Der Entwicklungsstand der Gaskraftanlagen für Schiffsbetriebe

Otto Holm, HANSA Deutsche Schiffahrtszeitschrift. Nr. 41 10. Oktober 1943, Seite 958 - 960 und 17. Oktober 1943 Seite 978

Auszug aus dem am 29.6. vor der Schiffbautechnischen Gesellschaft in Berlin gehaltenen Vortrag von Dr. Ing. Otto Holm,  Hamburg.

Die kriegswirtschaftlichen Verhältnisse zwingen dazu sich weitgehend nach einem Ersatz für den Dieselmotor umzusehen da Dieselöl praktisch für die Schiffahrt und die W irtschaft überhaupt nicht mehr zur Verfügung steht. Deshalb werden die Motoren auf Gasbetrieb umgestellt. Derzeit wurde die Entwicklung des Gasmotors in Ver bindung mit Gaserzeugern durch das Aufkommen des Diesel motors unterbrochen. An die vorübergehend etwas zu rückgestellte Entwicklung wird jetzt wieder angeschlossen. Die Bemühungen in dieser Richtung haben bei Schiffsgas kraftanlagen schon zu beachtlichen Erfolgen geführt. Ziel der Entwicklung ist den Gasantrieb der Schiffe dem Diesel antrieb möglichst ebenbürtig zu machen. In mancher Hinsicht ist dies weitgehend gelungen.

Eine neuzeitliche Schiffsgaskraftanlage arbeitet schon ziemlich selbsttätig.

Die Anordnung der Motoren im Maschinenraum ist aus der Abbildung ersichtlich. Der Gaserzeuger steht in Fahrt richtung vor den Motoren. Die Umschaltung der Wende getriebe erfolgt selbsttätig wenn die Schalthebel auf der Brücke von Vorwärts- auf Rückwärtsstellung umgelegt werden und umgekehrt. Auch die Motordrehzahl hängt von der Stellung dieser Hebel ab. Außer von der Brücke aus kann die Steuerung der Motoren und Wendegetriebe auch durch Handbedienung im Maschinenraum selbst erfolgen.

An Brennstoffen verwendet man fiir Schiffsgasanlagcn hauptsächlich Anthrazit. Brechkoks, Schwelkoks und Torfkoks. Diese mageren Brennstoffe müssen in Gaserzeugern mit aufsteigender Vergasung verarbeitet werden weshalb die meisten Schiffsgaskraftanlagen mit solchen Gaserzeugern ausgerüstet sind. W ährend bei kleinen Anlagen noch Handbeschickung üblich ist ist die Brennstoffbeschickun bei größeren Anlagen vollkommen selbsttätig. Der Brenn stoff rutscht durch einen Trichter zur Brennstoffaufgatic von selbst nach. Soweit nicht ein Hochbunker vorgesehen werden kann wird er bis zur Einfüllschleuse über dem Generator in einem Schacht durch ein Becherwerk nach oben befördert. Die aus einem Zellenrad bestehende Schleuse befördert den Brennstoff je nach Verbrauch selbst tätig in den Generator. Durch die Schütte im Generator schacht wird jeweils das Ingangsetzen oder Stillsetzen der Brennstofförderungseinrichtung bewirkt.

Die beistehende Abb. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau und die Anordnung der Deutzer Ausführung. Es handelt sich hierbei um eine Anlage für ein Zweischraubenschiff Wilhelm Bolz das auf der Elbe zwischen Hamburg und Finkenwärder verkehrt. Die Maschinen können von der Brücke aus bedient werden. Hierzu dienen 2 einfache Handhebel mit denen die verschiedenen Fahrtstufen der Stillstand und die Rückwärts fahrt eingestellt werden können. In Stopstellung bei der die Handhebel in Mittelstellung stehen laufen die Motoren mit kleiner Drehzahl unbelastet. Die Kupplungen der Wendegetriebe sind dabei ausgerückt. Sie werden selbsttätig eingerückt wenn die Steuerhebel auf Vorwärts- oder Rück wärtsfahrt gestellt werden.
Die weitgehend selbsttätige Arbeitsweise und der ge ringe Platzbedarf sind neben wesentlich gesteigerter Be triebssicherheit als Hauptfortschritte gegenüber den vor dem ersten Weltkrieg gebauten Schiffsgasanlagen anzusehen.

Die Anordnung der Motoren im Maschinenraum ist aus der Abbildung ersichtlich. Der Gaserzeuger steht in Fahrtrichtung vor den Motoren. Die Umschaltung der Wendegetriebeerfolgt selbsttätig wenn die Schalthebel auf der Brücke von Vorwärts- auf Rückwärtsstellung umgelegt werden und umgekehrt. Auch die Motordrehzahl hängt von der Stellung dieser Hebel ab. Außer von der Brücke aus kann die Steuerung der Motoren und Wendegetriebe auch durch Handbedienung im Maschinenraum selbst erfolgen kann- Aus diesem Grunde ist bei großen Anlagen ein Hochbunker nicht zweckmäßig, der die Zugänglichkeit beeinträchtigt. Der über dem Generator liegende Bunker bzw.  der das Becherwerk umkleidende Förderschacht müssen gut entlüftet werden da beim Einschleusen des Brennstoffes in den Generatorschacht unvermeidbar ein entsprechendes Gasquantum ausgeschleust wird. Der Gasaustritt befindet sich im Deckel selbst. Hierbei wird die verfiigbare Schütthöhe des Brennstoffes restlos für die Vorreinigung des Gases ausgenutzt. Es wird dabei nicht leicht Staub mitgerissen wie bei niedriger liegender seitlicher Absaugeöffnung.

Der Brennstoffverbrauch des Generators beläuft sich ährend der Liegezeiten wenn die Motoren nicht in Betrieb sind auf etwa 5 -8 % des Vollastverbrauches. Der Dampfzusatz zur Verbrennungsluft wird zweckmäßig durch Frischdampfzusatz erreicht.
Durch Beimischung von Sattdampf zur Luft und selbsttätige Regelung der Gemischtemperatur mittels eines Thermostaten der den Dampfzusatz steuert erreicht man ein stets gleich bleiben desMischungsverhältnis von Dampf und Luft. Durch diese Methode wird eine genauere Regelung erreicht als auf die sonst auch übliche Art das Dampfluftgemisch dadurch zu erzeugen daß man die Vergasungsluft über den Spiegel des heißen Wassers im Generatorkühlmantel hinwegstreichen läßt. Wegen der hohen Speicherkraft des Wassers paßt sich hierbei das Gemisch einer Belastungsänderung erst mit einer gewissen Nacheilung an.
Deutz SchiffsgaserzeugerDer Generatorrost ist so auszuführen daß der allseitig freie Luftzugang nicht so leicht durch Asche und Schlacke gehemmt werden kann. Bei größeren Gaserzeugern ist eine drehbare Aschenschüssel vorgesehen die den Zugang nach außen durch einen Wasserverschluß abschließt. Bei Verstopfung des Rostdurchganges besteht die Gefahr daß der Motor sich durch den Wasserverschluß der Aschenschüssel hindurch Luft ansaugt. Das kann zu Betriebsstörungen führen. Die Entfernung der anfallenden Asche aus der Aschenschüssel erfolgt wie bei stationären Generatoren selbsttätig durch eine stillstehende Schaufel.
Der Rost selbst wird so durchgebildet daß er bei der Drehung etwa sich bildende Schlackenkuchen zerbricht und unschädlich macht. Zu diesem Zweck besteht er meistens aus auf einander dachziegelartig überdeckenden schuppenartigen Gebilden mit exzentrischer Begrenzung.Der Deckel des Gaserzeugers muß oben zugänglich sein damit man die Kohlenfüllung nach allen Seiten durchstoßen vgl. Abb. 2 kann. Dadurch wird die Brecherwirkung gegen über der feststehenden Generatorwand erreicht. Neucrdings führt man den Rost mit einem im Verhältnis zum Schachtdurchmesser kleineren Durchmesser aus, als es bisher üblich war. Man will damit erreichen daß Verstopfungen auf jeden Fall verhindert werden. Durch einen großen Rost strömt die Luft mit geringerer Geschwindigkeit was an sich wegen des damit verbundenen geringen Druckverlustes erstrebenswert wäre. Tritt jedoch irgendwo eine Verstopfung ein so reicht die Strömungsgeschwindigkeit der Luft nicht aus das Hindernis wieder fortzublasen. Deshalb nimmt man lieber den Nachteil eines größeren Saug. Widerstandes in Kauf da sich der kleinere Rost in den meisten Fällen selbsttätig wieder frei bläst. Außerdem macht der kleinere Rost den Generator vor allem im Be reich der kleinen Belastungen elastischer.
Schließliich wird durch den kleineren Durchmesser des sich drehenden Rostes auch eine Schonung der Generator schachtwand erreicht. Bis zu einem gewissen Ausmaß dreht sich die Asche und Schlacke die in gewisser Höhe über dem Rost lagert mit dieser mit. Dabei reibt sie ständig an der Generatorschachtwand und verschleißt sie. Bei kleinerem Rostdurchmesser bleiben die äußeren Ascheteile in W andnähe in Ruhe. Die Steigerung des Saugunter- druckes kann man umso eher in den Kauf nehmen als damit kein Leistungsverlust der Motoren verbunden zu sein braucht denn die selbsttätig arbeitenden größeren Schiffs- gaskraftanlagen sind stets mit einem elektrisch angetrie benen Sauggebläse ausgerüstet das den Motoren das Gas zudrückt.
Dieses gesondert angetriebene Sauggebläse ist mit Rücksicht auf die Elastizität des Generators und die Manövrierfähigkeit der ganzen Anlage eine unerläßliche Voraussetzung für den vollautomatischen Betrieb. Man hat es damit in der Hand die Gaserzeugung des Generators weitgehend von dem Belastungszustand der Motoren unabhängig zu machen ihn vor dem Anfahren aufzuheizen und zu erhöhter Gaserzeugung zu veranlassen usw. Das überschüssig erzeugte Gas wird in einem unter dem Schornstein vorgesehenen Brenner verbrannt so daß keine Belästigung durch unverbranntes Gas eintreten kann. Die Entzündung des Brenners erfolgt durch Fernsteuerung vom Maschinistenstand aus elektrisch.
Fortgesetzt im nächsten Heft.
Man verwendet in Schiffsgasanlagen auch B r a u n k o h l e n – eintritt. Der gebildete Koks wird im unteren Teil des brike11 s und Torf. Wegen ihres großen Gehaltes an Generators in aufsteigender Vergasung in Generatorgas Schwelgasen kann man die Braunkohle nicht mit aufsteigender Vergasung verarbeiten. Man benutzt hierfür zum Antrieb zweier 350 PS Motore in einem Schlepper einen sogen. Doppelfeuervergaser bei dem in der oberen Brennzone die Schwelgase ausgetrieben und in permanente Gase verwandelt werden während gleichzeitig eine Verkokung der verbleibenden festen brennbaren Bestandteile eintritt. Der gebildete Koks wird im unteren Teil des Generators in aufsteigender Vergasung in Generatorgas verwandelt. Die Doppelvergasung bereitet gewisse Schwierigkeiten der Regulierung. Das obere Feuer neigt dazu nach unten wegzulaufen. Dem wirkt Deutz durch Vorwärmern der Oberluft entgegen. Abb. 3 zeigt einen Braunkohlengenerator mit doppelter Vergasung. Er dient zum Antrieb zweier 350 PS-Motoren in einem Schlepper.
W ährend des Betriebes ist der Luftbedarf für die obere und untere Feuerung etwa gleich groß. Die Luftregulierung für beide Feuer kann gesondert durch Drosselklappen in den Einströmstutzen erfolgen die in der Abb. 3 zu sehen sind. Da die heutigen Braunkohlenbriketts in der Feuerung zerfallen und dadurch den Luftdurchschnitt erschwerenwird der gleichmäßige Abbrand beeinträchtigt. Man kanndem abhelfen indem man der unteren Feuerung von außen durch einen Ring noch zusätzlich Dampfluftgemisch zuleitet.
Abb. 4 zeigt einen Torfgenerator für eine kleinere Brausen ergießen ihr Wasser in beide Gefäße die bis zum Scliiffsgasanlage der mit absteigender Vergasung arbeitet. Der Brennstoff befindet sich hier unmittelbar über dem Generator in einem Hochbunker.

Die Windleitung durch die das Dampfluftgemisch unter den Rost geleitet wird vgl. Abb. 2 muß zwecks Ueberholung und Reinigung zugänglich sein. Da der Rost sich gegenüber der Windleitung dreht ist ein besonderer Verschluß nicht zu umgehen.
Bei dem in der Abbildung dargestellten Generator ist es ein Wasserverschluß. Dieser führt leicht zu Korrosionen. Man ersetzt ihn deshalb neuerdings durch einen Trockenverschluß. Einen solchen zeigt beispielsweise Abb. 2 oben neue Ausführung. Die Windleitung wird elastisch durch eine Feder gegen den unteren Rostteil gedrückt und mittels einer konischen Trockendichtung abgedichtet. Der angepreßte Teil kann weggezogen werden.
Auch gegen den Kamin braucht man einen Verschluß. Während des Stillstandes ist der Gaserzeuger auf Kamin geschaltet. Während des Betriebes muß er jedoch zuverlässig abgedichtet werden damit keine falsche Luft angesaugt werden kann. Abb. 5 läßt erkennen wie eine absolut sichere Abdichtung abwechselnd gegen den Kamin oder die Gasleitung erreicht werden kann. Dem Zweck dient hier ein Flüssigkeitsverschluß in Form eines Tauchtopfventiles. Dieses ist im ersten Reiniger hinter dem Generator angebracht in dem die Reinigung durch Wasserbrausen erfolgt. Das Tauchtopfventil ist also immer mit Wasser gefüllt. Dasselbe gilt für die Wasservorlage in die es in seiner untersten Stellung hineintaucht. Auf diese Weise ist der Flüssigkeitsabschluß jederzeit gewährleistet. Die Brausen ergießen ihr Wasser in beide Gefäße, die bis zum Rand gefüllt sind und dauernd überlaufen. Das Tauchtopfventil hat aber den Nachteil aller Wasserverschlüsse durch ungewöhnlich große Unterdrücke einmal leer gesaugt zu werden. Falls dieser Fall eintritt. könnten die Motoren zum Stillstand kommen. Deshalb ist auch hier das Bestreben vorhanden den Wasserverschluß durch einen Trockenverschluß zu ersetzen was voraussichtlich in ab sehbarer Zeit zum Erfolg führen wird. Die Schwierig keiten sind mit Rücksicht .auf den Staubgehalt und die Gefahr der Verschmutzung des Gases besonders groß. Einen solchen Trockenverschluß zeigt Abb. 5 ganz rechts.
Die Reinigungsanlagen sind gegenüber älteren Gaskraft anlagen vereinfacht worden. Großräumige Reiniger Scrubber die mit irgendwelchen Füllungen wie Koks usw. versehen sind werden durch kleinräumige Reinigungselemente ohne Füllungen ersetzt. Die einzelnen Bestandteile einer Reinigungsanlage wie Rohrleitungen, Apparate und Wäscher müssen gegen etwa in der Leitung auftretende Verpuffungen widerstandsfähig sein. Mit solchen Verpuffungen muß man immerhin rechnen da ia einmal irgend wie falsche Luft in die Gasleitung gelangen und in dein Gas ein explosibles Gemisch bilden könnte. Außerdem müssen sich die einzelnen Tele leicht reinigen lassen. Das ist nur bei füllungslosen Reinigungselementen die im wesentlichen durch Gaswaschung und Umlenkung des Gasstromes wirken zu erreichen. Vergleichsmessungen des Staubgehaltes gereinigten Gases bei Verwendung von großräumigen Koks und Späne gefüllten Gasreinigern einerseits und kleinräumigen zylindrischen füllungsfreien Reinigern an derseits, haben keine Unterschied in der Reinigungs wirkung ergeben.
Bei Seeschiffen läge es nahe eine mittelbare Gasspülung vorzusehen. Man hat sie bisher nicht ausgeführt da man bei ihr die im Gasenthaltene schweflige Säure nicht entfernen würde während sie bei unmittelbarer Wäsche durch Wasserbrausen fast restlos verschwindet.
Der Gasreinigung kann gar nicht genug Aufmerksamkeit geschenkt werden. Deshalb lohnt sich bei größeren Schiffsgasanlagen auch eine wirksame Schlußreinigung durch mechanisch angetriebene Umlaufwäscher. Er dient insbesondere zur Entfernung der noch im Gas verbliebenen Teerreste. Teer wird von Fetten und Oelen gelöst. Am wirksamsten für die Teerwäsche wäre Gasöl das jedoch in Form von Tröpfchen mitgerissen wird und die Klopffestigkeit des Gas-Luft-Gemisches im Motor herabsetzt. Man verwendet deshalb für die Gaswäsche eine Wasserölemulsion. Der hierdurch bedingte Ölverbrauchbrauch beläuft sich auf nur etwa 0,1 – 0,2  g/PSeh. Eine solche Gasreinigung mit Oelemulsion lohnt sich nur bei verhältnismäßig hohem Teergehalt des Gases. Andernfalls kommt man auch ohne Oel aus besonders wenn sogen. Schlagwäscher zur Anwendung kommen. Eine gute und gründliche Reinigung beeinflußt die Betriebssicherheit und Lebensdauer der Motoren maßgebend. Beide sind heute schon recht gut und durchaus ausreichend wenn sie auch an diejenigen der Schiffsdieselmotoren noch nicht heranreichen. Trotz bester Gasreinigung ist der Verschleiß von Zylinder und Kolben immer noch höher als bei diesen. Hierbei muß man berücksichtigen daß die Ueberholungs- zeiten bei den Dieselmotoren sehr günstig liegen.

Es besteht auch durchaus die Möglichkeit den Verschleiß bei den Gasmotoren noch weiter herabzusetzen. Graphitieren der Zylinder läßt vielleicht eine Verbesserung er warten. Nach dem Kriege kann man den Verschleiß zweifellos durch Verchromen der Zylinderbüchsen wesentlich her absetzen. Beim Gasmotor ist schon deshalb eine größere Abnutzung zu erwarten als beim Dieselmotor weil der Dieselkraftstoff selbst gewisse Schmiereigenschaften besitzt. Dadurch werden die Gefahren bei Trockenlauf und unzureichender Schmierung vermindert.
Schiffsmotoren sind vorwiegend Viertaktmotoren. Bei kleinen Zweitaktbenzinmotoren hat man gegenüber der Benzinleistung mit Holzgas einen Leistungsverlust von etwa 50. Bei denViertaktgasmotoren weicht dieLeistung von derjenigen gleichwertiger Dieselmotoren nur noch unerheblich ab, wenn sämtliche brauchbare Maßnahmen zur Verkleinerung des Leistungsfalles zur Anwenduns kommen. Dazu gehört z. B. das Ansaugen des Generatorgases durch ein besonders angetriebenes Gebläse derart daß dem Motor das Gas ohne Druckverlust zugeleitet wird. Auch eine gründliche Gaskühlung die an Bord ohne Schwierigkeit durchgeführt werden kann wirkt in dieser Richtung. Mit nach dem normalen Otto-Verfahren arbeitenden Schiffsgasmotoren erreicht man bei voller Belastung einen mittleren wirksamen Kolbendruck von etwa 4 at. Mit dem Zündstrahl- oder Dieselgasmotor kann entsprechend ein Mitteldruck von etwa 5 at. erreicht werden
Auf Grund neuerer Versuche besteht die Aussicht, die Dieselleistung auch mit dem Otto-Verfahren mit höherer Verdichtung zu erreichen. Außerdem wird es voraussichtlich möglich sein unter Verzicht auf die Zündstrahleinspritzung den nur mit der Funkenzündung arbeitenden Motor sogar umzusteuern. Die in dieser Richtung gehen den Arbeiten sind noch im Gange.
Die erreichbare Motorleistung hängt auch von dem Heizwert des vom Generator gelieferten Kraftgases ab. Mit steigendem Heizwert ist eine steigende Leistung zui erwarten. Praktisch ergibt sich jedoch dnß eine Erhöhung der Dauerleistung bei einem über 1.200 kcal/nm³ liegenden Heizwert des Gases nicht mehr erzielbar ist. Wahrscheinlich ist die Grenze der inneren Wärmebelastung bei Einhaltung des zur Verbrennung erforderlichen geringen Luft überschusses von etwa 90 erericht, so daß der Motor zui warm wird und dadurch Frühzündungen den regelmäßigen Gang stören.
Be i h o c h v e r d i c h t e t e n S c h i f f s g a s m o t o r e n i s t d e r K r a f t Bei hochverdichteten Schiffsgasmotoren ist der Kraftstoffverbrauch schon recht günstig. Neuere Versuche an einem Deutzer Gasmotor ergaben im Zündstrahlbetrieb Verbrauchszahlen von etwa 1900 kcal/PSe h. Die beistehende Zahlentafel enthält die an einem 500 PS- Schiffsgasmotor gemessenen Betriebszahlen. Danach wird auf das Gas bezogen schon ein Bestwert des wirtschaftlichen Wirkungs grades von über 32 erreicht
Deutz Gasmotor Leistung
Abb. 6 zeigt die Gasverbrauchkurve bei verschiedenen Motorbelastungen und läßt erkennen daß der Gasölverbrauch im Zündstrahlbetrieb beachtenswert klein ist.
Verbrauch Deutz

Gas- und Zilndölverbrauch beim Deutz-Schiffsgasmotor RZV6M 545 450PSe n = 375 U/min Foto I 2 3 5 und 6 Deutz-Werke Abb. 6

Eine Schiffsgasanlage benötigt eine Reihe von Hilfsbetrieben. Diese macht man zum großen Teil von den Hauptmotoren unabhängig. Hierzu gehört z. B. auch die Motorkühlung. Man hat es auf diese Weise in der Hand die Motoren vor der Inbetriebnahme mit heißem Wasser aus dem Generatormantel anzuwärmen. Die Gaskühlung und Reinigung wird auch durch Hilfsantriebe besorgt.
Bei größeren Anlagen braucht der Gaserzeuger selbst im allgemeinen nur alle paar Jahre neu angefeuert zu werden da er meistens auch während der winterlichen Stillstände in leichter Glut gehalten wird. Bei größeren Anlagen ist eine elektrische Hilfsanlage zweckmäßig die ihren Strom von einem Diesel- oder Dampfaggregat bezieht.
Die W irtschaftlichkeit von Gaskraftanlagen steht im Verhältnis zu anderen Antriebsarten außer Zweifel wenn auch Vergleichsberechnungen wegen der oft unterschied lichen Voraussetzungen schwierig sind und zu recht ver schiedenen Ergebnissen führen können. Die Brennstoffkosten des Gasschiffes sind jedenfalls unerreicht niedrig.
Wenn auch bisher immer nur Schiffsantriebe mittlerer Leistung bis zu einigen Hundert PS gebaut worden sind so ergeben doch die Erfahrungen mit ihnen jetzt schon daß einer wesentlichen Leistungssteigerung bei Gasschiffen nichts im W ege steht. Wenn auch das Gebiet der ganz großen Leistungen bis auf weiteres noch der Dampfturbine gehören wird so ist doch zu erwarten daß sich die Gasgeneratorenantriebe nach dem Kriege auch bei seegehenden Frachtschiffen mittlerer Leistung einführen werden.

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