Eckpfeiler: Worthington Pump and Machinery

Die Worthington Pump and Machinery Company war ein führender Hersteller von Industrie- und Schiffskompressoren, Pumpen, Kolbenmotoren und anderen Industriemaschinen. Sie war ein bedeutender Lieferant von großen horizontalen Gasmotorkompressoren.

Um 1920 entwickelte Worthington, basierend auf umfangreicher Erfahrung mit Vertikalmotoren und Kompressoren, integrierte Gasmotor-Kompressoren in Uniblockbauweise. Diese Maschinen, wie in Abb. 1 dargestellt, besaßen vertikale Arbeitszylinder mit 292 mm Bohrung und 305 mm Hub sowie vertikale Verdichterzylinder mit ebenfalls 305 mm Hub in Reihenanordnung, die vor den Arbeitszylindern auf einem gemeinsamen Rahmen angeordnet waren.

Abb. 1.

Obwohl sie eine neuartige, platzsparende Idee darstellten, waren diese Typen auf ein oder zwei Kompressorzylinder mit bescheidenen Durchmessern und Nenndrücken beschränkt. Die Reeves Gas Engine Company gilt als die erste, die solche Maschinen um 1915 einführte. Doch 1927/28 entwickelte Worthington den branchenweit ersten integrierten Winkelkompressor-Gasmotor.

Wie in Abb. 2 dargestellt, besaß diese Konstruktion vertikale Arbeitszylinder und horizontale Verdichterzylinder auf einem gemeinsamen Rahmen. Diese viertaktigen, fremdgezündeten Integral-Motorverdichter mit 300 U/min Hub waren deutlich kompakter als die horizontalen Verdichter, erreichten aber im Durchschnitt nur 37,5 PS (28 kW) pro Zylinder. Sie wurden mit vier, sechs oder acht Arbeitszylindern und typischerweise der Hälfte dieser Anzahl an Verdichterzylindern gefertigt. Diese Maschinen gewannen allmählich gegenüber den horizontalen Verdichtern für Anwendungen unter etwa 300 PS (224 kW) an Bedeutung, doch es sollte noch mehr als ein Jahrzehnt dauern, bis Motorverdichter mit längerem Hub und größerem Bohrungsdurchmesser die größeren, in Ferngasleitungen eingesetzten Horizontalverdichter ernsthaft infrage stellten.

Abb. 2.

1937, nur drei Jahre vor dem 100-jährigen Firmenjubiläum, präsentierte H.C. Lehm von Worthington der American Gas Association in New York eine Abhandlung. Darin beleuchtete er die damalige Praxis bei der Konstruktion und dem Bau von Gaskompressoren für die großen Pipelines und diverse andere Anwendungsbereiche. Der letzte Artikel der Reihe „Grundlagen der Kompression“ konzentrierte sich auf Auszüge aus dieser Abhandlung, die Worthingtons Einschätzung der Technologie großer Gasmotor-Kompressoren im Jahr 1937 verdeutlichten – zu einer Zeit, als horizontale Gasmotor-Kompressoren den Bedarf der Industrie bereits seit über drei Jahrzehnten deckten und Winkel-Gasmotor-Kompressoren noch in den Kinderschuhen steckten. In diesem Artikel werden Auszüge aus der Abhandlung von 1937 verglichen, die einige der „neuen“ vertikalen und Winkel-Integral-Gasmotor-Kompressoren gegenüberstellen. Die Abhandlung wird mit geringfügigen Änderungen wiedergegeben.

„Diese in Pipelines eingesetzten Standard- (horizontalen) Kompressoren eignen sich gleichermaßen für die Kompression in anderen Bereichen, wie beispielsweise der Verteilung von Stadtgas bei vergleichsweise niedrigen Drücken, der Kompression von Raffineriegas und der in chemischen Prozessen entstehenden Synthesegase. In den meisten Fällen erfordert eine solche Anwendung jedoch eine geringere Kompressorleistung als der Pipeline-Kompressor. Diese Anforderung wird durch verschiedene, relativ neue Konstruktionen erfüllt. Besonders hervorzuheben sind die sogenannten Winkelkompressoren. Sie basieren im Prinzip auf der alten horizontal-vertikalen Hochofen-Gebläsemaschine, jedoch mit umgekehrter relativer Position von Antriebs- und Verdichterseite. Diese Kompressoren sind so konstruiert, dass die vertikale Antriebs- und die horizontale Verdichterstange an einem gemeinsamen Kurbelzapfengehäuse gekoppelt sind, oder dass Antriebs- und Verdichtergehäuse nebeneinander auf einem gemeinsamen Kurbelzapfen angeordnet sind. Die Konstruktion ermöglicht einen erheblichen Leistungsbereich, da Antriebszylinder beliebiger Größe in Einheiten von ein bis vier Verdichterzylindern kombiniert werden können, deren Durchmesser innerhalb eines angemessenen Bereichs frei wählbar ist, um den jeweiligen Bedingungen gerecht zu werden.“

„Die vertikale Leistungselektronik in Kombination mit den kompakt verbundenen horizontalen Kompressoren sorgt dafür, dass alle Komponenten optimal zugänglich sind – sowohl für den Anschluss der Kompressor-Saug- und Druckleitungen sowie der Zwischenkühler (sofern erforderlich) als auch für Wartungsarbeiten und Justierungen vor Ort. Der geringe Platzbedarf und die niedrigen Fundamentanforderungen führen zu vergleichsweise geringen Kosten pro PS. Bei Problemen mit der Kühlwasserversorgung können Ventilatoren mit geschlossenem System eingesetzt werden, wodurch der Wasserbedarf minimiert wird. Eine solche Anlage eignet sich auch für temporäre Standorte, da die gesamte Station mit minimalem Aufwand versetzt werden kann.“

„Ein weiterer Typ ist der vertikale Mehrzylinder-Gasmotor, bei dem der Kompressor eine separate Einheit bildet, die über eine Kupplung vom Ende der Motorwelle angetrieben wird, oder bei dem die Kompressorzylinder und das Fahrwerk in einer Verlängerung des Motorrahmens untergebracht sind. Letztere Bauart bildet eine in sich geschlossene und kompakte Einheit und bietet nahezu alle Vorteile des Winkeltyps. Sie eignet sich zwar nicht für ein ganz so breites Spektrum an Anzahl und Größe der Kompressorzylinder, benötigt aber nicht mehr und in manchen Fällen sogar weniger Fundament- und Stellfläche. Die Trägheitskräfte dieser Bauart können besser ausgeglichen sein als die des Winkeltyps, wobei der Grad von der Anzahl und Anordnung der Zylinder, der Antriebseinheit und des Kompressors abhängt. Beispielsweise weist eine Einheit mit vier Antriebszylindern und zwei Kompressorzylindern an einem Ende nur noch eine geringe Unwucht auf. Durch die Anordnung eines Kompressorzylinders an jedem Ende kann sie vollständig ausgeglichen werden, was dem Sechszylinder-Antriebsmotor entspricht. Im Allgemeinen sind die freien Kräfte und Unwuchtmomente der vertikalen Einheit mit fünf oder mehr Zylindern im Vergleich zu denen des horizontalen Kompressors von geringerer Größenordnung. Daher bietet diese Bauart deutliche Vorteile bei der Installation auf instabilem Untergrund oder …“ in Gegenden, in denen die Übertragung von Vibrationen unerwünscht wäre.“

„Wenn der Leistungsbedarf sich dem eines standardmäßigen horizontalen doppeltwirkenden Motors annähert, gehen die Vorteile dieser Typen teilweise verloren, da sie in den großen Baugrößen pro PS prinzipiell teurer sind und die Einsparung an Stellfläche und Fundament durch die höheren Motorkosten aufgehoben wird.“

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