Schiffs-Dampfmaschinen

[Turbo-Georg]

Hallo Manfred,
Du hast natürlich recht, aber lieber über PN als garnicht nachfragen.
Wenn die Fragen von allgemeinem Interesse sind, habe ich sowieso im Forum dazu Stellung bezogen.
Übrigens: Ich bin gerade mit einer weiteren Folge fertig geworden und werde sie in wenigen Minuten hochladen.

[Turbo-Georg]

Bevor ich auf einige Bauart spezifische Besonderheiten von Doppel-Verbundmaschinen eingehe, möchte ich ihre wesentlichen Charakter-Merkmale darstellen.

Bei den Doppel-Verbundmaschinen ist zwar die Arbeitsweise des Dampfes dieselbe wie bei den Mehrfach-Expansionmaschinen, aber die Steuerung des Dampfflusses unterscheidet sich grundlegend.
Durch die, um 180⁰ versetzten Kurbeln der zusammengehörigen HD- und ND-Zylinder einer Maschinenhälfte, befinden sich die Kolben dieser Zylinder zur gleichen Zeit in den entgegen gesetzten Totpunktlagen. Das heißt, dass der oben stehende Kolben den Abwärtsgang beginnt, während der unten Stehende beginnt aufzusteigen. Der Auslass-Zeitpunkt des HD-Zylinders ist somit gleichzeitig der Einlasspunkt des ND-Zylinders. Der aus dem HD-Zylinder ausströmende Dampf kann also direkt zum aufsteigenden ND-Kolben geleitet werden. Das HD-Auslassventil bildet demnach gleichzeitig das ND-Einlassventil.
Das gilt grundsätzlich auch bei der Steuerung durch Kolbenschieber.
Die Schieberüberdeckungen steuern neben der HD-Einströmung den HD-Auslass und somit den ND-Einlass.
Anhand einer hierzu bearbeiteten, farbig angelegten Schnitt-Zeichnung einer Doppel-Verbundmaschine mit Kolbensteuerung (Bauart Christiansen & Meyer) kann der Dampffluss am deutlichsten dargelegt werden.

Wir sehen, dass die obere Überdeckung des noch aufwärts gehenden Schiebers S1 den Heißdampf (gelb) in den Zylinder HD1 einströmen lässt und sich der Kolben nach unten bewegt bis bei weniger als 50% des Kolbenweges durch den wieder abwärts laufenden Schieber S1 die Überdeckung schließt und die Füllung beendet wird. Der Dampf im HD-Zylinder expandiert und treibt den Kolben weiter abwärts. Gleichzeitig kann der teilweise entspannte Dampf (rot) aus dem unteren Zylinderraum von HD1 über den, von der unteren Überdeckung von S1 frei gegebenen Überströmkanal in den unteren Zylinderraum von ND1 übertreten. Der Dampf treibt den Kolben von ND1 nach oben und expandiert bis auf Kondensatordruck.

Das Expandieren des Dampfes im HD-Zylinder wird am Zylinder HD2 verdeutlicht (dunkel gelb). Wir sehen, dass durch die Überdeckungen des abwärts gehenden Schiebers S2 die Dampfkanäle des HD-Zylinders geschlossen werden. Expansion und Überströmung sind abgeschlossen. Der Restdampf im unteren Zylinderraum des HD-Zylinders wird auf etwa den Druck des Frischdampfes vor verdichtet (orange). Der Beginn dieser Restdampf-Verdichtung bestimmt das Ende der Füllung des ND-Zylinders. Der Kolben des ND-Zylinders erreicht seine obere Endstellung und sein Abdampf (blau) strömt über die Schlitze aus.

Bei dieser Gelegenheit lernen wir einige Besonderheiten der meisten Doppel-Verbundmaschinen der Fa. Christiansen & Meyer kennen.
Nachdem man die früher aufgetretenen Probleme mit den Kolbensteuerungen von Heißdampfmaschinen offensichtlich gelöst hatte, favorisierte man hier diese, gegenüber der Ventilsteuerung nicht nur kostengünstigere, sondern auch wartungsärmere Bauweise für Maschinen bis etwa 1000 PSi.
Gleichzeitig verzichtete man auf ein spezielles ND-Auslass-Steuerorgan und versah die ND-Zylinder stattdessen mit Schlitz-Auslässen.

Bei dieser, auch als Gleichstromzylinder (System Stumpf) bezeichneter Bauweise, werden über den gesamten Umfang der Zylinderwand Auslass-Schlitze vorgesehen, die vor dem Erreichen der Endlagen vom Kolben frei gegeben werden. Der, über die Schlitze ausströmende Dampf wird über einen ringförmigen, um den Zylinder laufenden Dampfkanal gesammelt und als Abdampf dem Kondensator zugeführt. Hierdurch konnten große Auslass-Querschnitte erzielt und die Verluste durch Auslass-Drosselungen klein gehalten werden.

Die üblicherweise bei Gleichstrom-Zylindern auftretende hohe Verdichtungsarbeit (Verdichtung ca. 90%) nach dem Schließen der Schlitze durch den zurück laufenden Kolben wurde vermieden, indem die Steuerschieber mit kurzen Hilfsüberdeckungen versehen wurden, die kleine Auslasskanäle zur Entlastung der ND-Kolben steuerten. Bis auf eine geringe Menge kann der Restdampf (blau, gepunktet) über entsprechende Rohre in den Kondensator entweichen. Der verbleibende Restdampf wird auf etwa Zwischendampfdruck vor verdichtet (komprimiert).

Die Zeichnung zeigt beim Zylinder ND2 den Ausstoß des Restdampfes (blau, gepunktet) aus dem oberen Zylinderraum bei vollständig geöffnetem Hilfsauslass.
Beim dem, nach unten gehenden Schieber S2 sehen wir die bevorstehende Schließung des oberen Hilfsauslasses. Der Kolben des Zylinders ND2 hat in etwa die Position zur Vorverdichtung des Dampfrestes erreicht. In der untersten Position des Schiebers S2 gibt die untere Überdeckung die Einströmung des Frischdampfes in den unteren Zylinderraum von HD2 frei und es beginnt der umgekehrte Zyklus.

[Captain Hans]

hallo Georg

möchte mich auch bei dir für deine tollen und verständlichen Berichte bedanken

eine echte Bereicherung fürs Forum


liebe Grüße

Hans

[Turbo-Georg]

Danke Hans.
Solange ich im Forum interessierte Leser finde, werde ich auch weiter Beiträge liefern.

[Snuffy]

Hallo Georg: Du wirst hier immer Leute finden, für deine guten Beiträge. Nur manche lesen nur und antworten nicht !!! Mfg: Willi.

[Turbo-Georg]

Die oben genannten Gleichstromzylinder (System Stumpf) wurden auch von anderen Herstellern von Schiffsdampfmaschinen angewendet;  z.B. der Drillings-Schiffsmaschine mit Ventilsteuerung ,,Unaflow" der Fa. Skinner Engine Company, Pennsylvania, sogar ausschließlich.

Zum System Stumpf:   http://de.wikipedia.org/wiki/Gleichstromdampfmaschine

Bei den Doppel-Verbundmaschinen blieb der Einsatz aber in der Regel auf die ND-Zylinder beschränkt. Dabei standen durch das Einbringen von Auslassschlitzen in die Zylinderwände die Einsparungen bei den Steuerorganen gar nicht so sehr im Vordergrund; die tendierten bei der Bauart Christiansen & Meyer durch die Hilfsüberdeckung an den Schiebern sogar gegen Null.
Warum wurden also u.a. das größere Gewicht dieser bauartbedingt hohen Kolben oder ggf. die Leistungseinbusen durch die höhere Kompressionsarbeit in Kauf genommen?

Die Senkung des Dampfverbrauchs, das heißt ein hoher Wirkungsgrad als Wettbewerbsfaktor, bestand aus einer Vielzahl von Einzel-Maßnahmen zur Reduzierung der Verluste in den Maschinen.
Wir wissen aus dem Anfang dieses Beitrages, dass bei Kolbendampfmaschinen der so genannte Wandeffekt die größte Verlustquelle bildet. Er tritt bekanntlich bei Dampfzylindern mit wechselnder Strömungsrichtung im besonderen Maße auf.
Der einströmende Frischdampf muss die von ihm berührten Bauteile im Innern der Maschine, also Kolbenboden, Zylinderwände und Steuerorgane bei jedem Hubwechsel unter Abgabe von Wärmeenergie wieder aufheizen, da sie vom ausströmenden, entspannten Dampf abgekühlt wurden.
Bei Gleichstromzylindern, die logischerweise nichts mit elektrischem Gleichstrom zu tun haben, kann der abgekühlte Dampf durch die Auslassschlitze unmittelbar abströmen. Der   einströmende Dampf trifft beim Kontakt mit den inneren Bauteilen auf eine nahezu gleich bleibend hohe Temperatur. Das bedeutet geringere Kondensverluste und niedrigeren Dampfverbrauch. Wir erinnern uns, dass der Gefahr zu großer Dampfnässe bei nur zweifacher Expansion von Hochdruckdampf auf Kondensatordruck ein besonderes Augenmerk galt.

Ich verfüge zwar über einige mehr oder weniger detaillierte Zeichnungskopien von Doppel-Verbundmaschinen verschiedener Hersteller, aber eine Veröffentlichung im Forum ist leider nicht möglich.
Die Erstellung eigener Zeichnungen ist sehr aufwändig. Ich werde mich daher im Folgenden auf einige schematische Darstellungen beschränken müssen.
Um zumindest einen Eindruck vom Aussehen einer Doppel-Verbundmaschine der Bauart Christiansen & Meyer zu vermitteln, zeige ich eine von mir angefertigte Bleistiftzeichnung des Steuerstandes einer Modell-Doppelverbundmaschine und für die Modellbauer unter Euch, das Foto von Kondensator und Maschinenpumpen dieser Modellmaschine.

[Captain Hans]

hallo Georg

im folgenden link gibt es einen Überblick von Herstellern, Arten von Dampfmaschinen mit technischen Details.

http://www.albert-gieseler.de/dampf_de/indexe/register.shtml

viele Grüße

Hans

[Turbo-Georg]

Hallo Hans,
mir ist dieser Link bekannt, aber Zeichnungen konnte ich hier bisher nicht finden. Suche ich falsch?

[Albatros]

Das in Antwort #125 gezeigte Modellbauteil.........

Toll wäre es wenn man so eine miniaturisierte Dampfmaschine mal in einer Filmaufnahme laufen sehen könnte.



Manfred

[Turbo-Georg]

Hallo Manfred,
ich bedaure selbst am meisten, dass ich aus gesundheitlichen Gründen (Störung der Feinmotorig der Hände) den Bau unterbrechen musste, weil ich meinem eigenen Anspruch an guten Miniatur-Maschinenbau nicht mehr gerecht wurde. Ich bin aber der Hoffnung, die Maschine bald fertig bauen zu können, um sie Euch in Funktion zu zeigen.

[Albatros]

Ich bin aber der Hoffnung, die Maschine bald fertig bauen zu können, um sie Euch in Funktion zu zeigen.

dafür drücke ich Dir meine beiden Daumen!



Manfred

[Turbo-Georg]

Neben der bekannten, offenen Bauweise der Doppel-Verbundmaschinen mit Kolbenschiebern und ND-Schlitzauslassen, baute C & M aber auch Maschinen mit geschlossenen, geschweißten Gehäusen und geschweißten Grundplatten. Diese hatten eine wartungsarme Drucköl-Umlaufschmierung und statt der vorzugsweise eingesetzten Klug-Steuerung, eine Steuerwelle mit Exzentern, parallel zur Kurbelwelle liegend und über Zahnrad-Getriebe mit ihr verbunden. Zum Umsteuern wurden die beweglichen Exzenter durch ein System von verschiebbaren Buchsen mit Hilfe von steilgängigem Gewinde auf die gewünschte Fahrrichtung gestellt.
Bei den wenigen Doppel-Verbundmaschinen mit Stevenson-Steuerung von C & M, oder in Lizenz z.B. bei Mekaniske Verksteden A/S, Frederikstad/NO oder der Maschinenfabrik Gebr. Storck & Co, Hengelo, NL gebaut, mussten die Zylinder und Schieber in Reihe angeordnet werden, da die Steuerstangen über den Exzentern auf der Kurbelwelle standen und nicht wie bei der Klug-Steuerung seitlich davon auf Lenkern.

Eine äußerst bemerkenswerte Ausführung einer Doppel-Verbundmaschine stellte die so genannte ,,Hamburg-Maschine" von Christiansen & Meyer dar. Eine schnell laufende Getriebedampfmaschine mit einer Abdampfturbine auf dem Getriebegehäuse. Sie hatte ebenfalls ND-Gleichstromzylinder und Kolbenschieber mit Hilfsauslassen.
Bei dieser sehr kompakten Maschine lagen die beiden Maschinenhälften nicht in einer Reihe, sondern parallel nebeneinander und ihre zusammengehörigen HD-und ND-Zylinder arbeiteten auf zwei verschiedene Kurbelwellen mit Ritzeln (Anordnung nach Rembold), zwischen den Kurbelwellen lag die gemeinsame Steuerwelle.
Die Ritzel der Kurbelwellen, sowie das Ritzel der Vulcan-Getriebeswelle der Abdampfturbine, wirkten auf ein großes Zahnrad, dessen Welle über ein Einscheiben-Drucklager mit der Schraubenwelle verbunden wurde. Über das Getriebe wurde die Maschinendrehzahl optimal an den günstigsten Schraubenwirkungsgrad angepasst. Mit dieser Bauform konnten Abmessungen und Gewicht auf ein Mindestmaß reduziert werden.

Die wohl bekannteste Ausführung einer Doppel-Verbundmaschine ist jedoch die Lentz-Einheits-Schiffsmaschine (LES). Sie ist das Ergebnis einer längeren und interessanten Entwicklung ab dem Beginn der zwanziger Jahre des vorigen Jahrhunderts. Sie gilt auch gemeinhin als der Inbegriff der ventilgesteuerten Schiffsdampfmaschine.
Ihre ausschließlich aus insgesamt zwölf Lentz-Ventilen bestehende Steuerung, sowie die Verwendung von einheitlichen, also weitgehend standardisierten Bauteilen für die, nach Größen bis ca. 6000 PSi abgestuften Baureihen, prägten ihren Namen.
Charakteristischstes Merkmal war die Anordnung der Ventile in einer Achse, mit je einer Steuerwelle für die sechs Ventile einer Maschinenhälfte.
In dieser zweifellos eleganten Konstruktion mit ihrer guten Zugänglichkeit, beruhte hauptsächlich ihr patentrechtlicher Schutz.
Eine solche Maschine mit 1250 PS wurde u.a. noch für die 1950 vom Stapel gelaufene ,,Jacobus Fritzen" von den Ottenser Eisenwerken AG, Hamburg gebaut.

Die Anordnung der Ventile in einer Achse ergab allerdings auch den Nachteil, dass sich durch die recht weit von den Zylindern entfernt liegenden Ventile, lange Dampfkanäle und damit große schädliche Flächen ergaben. So legte z.B. die A. Borsig AG, Berlin bei ihren Doppelverbundmaschinen die ND-Auslassventile auf die Rückseite der Maschinen, so dass alle Ventile näher an die Zylinder heran gerückt werden konnten. Die zusätzlichen Steuerwellen an der Rückseite wurden durch Steuerstangen mit den Steuerwellen der Vorderseite verbunden oder aber man verzichtete ganz auf ND-Auslassventile und gestaltete die ND-Zylinder als Gleichstromzylinder mit Schlitz-Auslassen.

Eine für den Schiffbau neuartige Bauform einer Doppel-Verbundmaschine  mit ND-Gleichstromzylindern stammte von der Skinner Engine Company, in den USA. Hier sind die zusammenwirkenden HD- und ND-Zylinder übereinander angeordnet und wirken gemeinsam auf eine Kurbel. Die HD-Zylinder waren über ein Verbindungsstück mit den darunter befindlichen ND-Zylindern über eine gemeinsame Kolbenstange verbunden.
Im Verbindungsstück befanden sich die beiden Steuerventile (Einström- bzw. Überströmventil). Je nach Anforderung konnten Maschinen mit einer beliebigen Anzahl an Kurbeln gebaut werden.

[RonnyM]

...und wieder ein Glanzstück von unserem Georg 

Mir fehlt die Connection, aber ich glaube, wir alle würden in dieser Hinsicht Georg unterstützen

Grüße Ronny

[Albatros]

aber ich glaube, wir alle würden in dieser Hinsicht Georg unterstützen

ganz genau Ronny,.....



Manfred

[Captain Hans]

von mir hätte er die volle Unterstützung - ich find es einfach genial wie er schreibt und erklärt.