Eckpfeiler: Worthingtons Integrale

Vier von sechs Worthington 1000 PS (746 kW) Doppel-Tandem-Gasmotor-Kompressoren mit 22 Zoll (559 mm) Bohrung x 36 Zoll (914 mm) Hub an einer Kompressorstation, ca. 1933.

In den letzten Ausgaben wurde die Entwicklung großer horizontaler Gasmotorkompressoren zu Beginn des 20. Jahrhunderts und der Aufstieg von C & G Cooper zum führenden Hersteller dieser gewaltigen Maschinen nachgezeichnet. Dicht hinter Cooper folgte die Worthington Pump and Machinery Company, die 1916 aus dem Zusammenschluss mehrerer Unternehmen, darunter der Snow Steam Pump Works, dem frühen Marktführer für horizontale integrierte Gasmotorkompressoren, hervorging.

Worthington war ein führender Hersteller von Industrie- und Schiffskompressoren, Pumpen, Kolbenmotoren und anderen Industriemaschinen. 1937, nur drei Jahre vor dem 100-jährigen Firmenjubiläum, präsentierte Worthington der American Gas Association eine Abhandlung (Abb. 1). Darin wurden die damaligen Verfahren zur Konstruktion und zum Bau von Gaskompressoren für die großen Pipelines und diverse andere Anwendungsbereiche erläutert. Zu dieser Zeit hatten horizontale Gasmotorkompressoren den Bedarf der Industrie seit über drei Jahrzehnten gedeckt, während kleinere Winkelkompressoren gerade erst an Bedeutung gewannen. Die Abhandlung wird mit geringfügigen Änderungen wiedergegeben.

Ein Blick auf die Geschichte der Erdgasverdichtung in Pipelines offenbart eine höchst interessante Situation. Der in den ersten Anlagen verwendete Gerätetyp entspricht im Wesentlichen dem heutigen Standard. Auch Größe und Drehzahl haben sich, nach kleineren, mehr oder weniger langen Anpassungen, wieder auf die Werte früherer Motoren eingependelt. Man könnte sich berechtigterweise fragen, ob die Entwicklung schleppend verlaufen ist und nicht mit der anderer Antriebsmaschinen und Verdichter mithalten konnte. Es lässt sich jedoch zeigen, dass die Beibehaltung eines bestimmten Typs in einem bestimmten Anwendungsgebiet über einen Zeitraum von mehr als 35 Jahren logisch ist und die Entwicklung mit der Entwicklung entsprechender Typen in anderen Anwendungsgebieten Schritt gehalten hat.

„Man muss bedenken, dass der horizontale, doppeltwirkende Tandem-Gasmotor innerhalb eines bestimmten Leistungs- und Drehzahlbereichs zu den niedrigsten Kosten aller Motorentypen gebaut werden kann und dass dieser Bereich sich erfahrungsgemäß am besten für den Pipelinebetrieb eignet.“ (Abb. 2 zeigt eine Installation von Worthington-Horizontalmotoren.)

„Zweitens hat sich der Kolbenkompressor in diesem speziellen Anwendungsgebiet als überlegen erwiesen. Während Kreiselpumpen und Turbogebläse in anderen Bereichen einen beträchtlichen Anteil der Anlagen ausmachen, konnten sich Kreiselkompressoren bei der Erdgasverdichtung aufgrund der hohen Drücke, der erforderlichen Flexibilität und des Fehlens einer geeigneten Antriebsmaschine kaum durchsetzen. Drittens bietet diese Bauart die einfachste und direkteste Methode zur Verbindung von Motor und Kompressor, was zu einem maximalen mechanischen Wirkungsgrad führt. Viertens besteht ein weiterer, möglicherweise erst mit dem Aufkommen des vertikalen Dieselmotors erkannter Vorteil darin, dass die Eigenfrequenzen des horizontalen Doppel-Tandem-Kompressors oberhalb des Betriebsbereichs liegen. Daher kann das Gerät mit jeder Drehzahl betrieben werden, bis hin zur niedrigsten, die Konstruktion und Einstellung zulassen.“

Titelseite eines AGA-Papiers von 1937 mit dem Titel „Neuere Entwicklungen bei Gaskompressionsmaschinen“, HC Lehn.

„Dies sind die Hauptgründe, warum sich dieser Typ seit über 35 Jahren durchgesetzt hat. Die anfängliche Konstruktionsauswahl war richtig, was selten vorkommt. Allein diese Tatsache hat zweifellos zur Weiterentwicklung beigetragen, da die Gedanken und Energie, anstatt in Experimente mit verschiedenen Konstruktionen zu verstreuen, auf die Perfektionierung eines einzigen Typs hinsichtlich Konstruktion und Materialauswahl konzentriert wurden. Dabei profitierte man natürlich von den Fortschritten in der Metallurgie und der Fertigungstechnik sowie von den umfangreichen Praxiserfahrungen, die durch die große Anzahl der seit dem jüngsten Aufschwung im Gasleitungsbau installierten Anlagen gewonnen wurden.“

„Eine bemerkenswerte Verbesserung hinsichtlich Motorsteuerung und Laufruhe ist der Einsatz eines Relaisreglers. Regler dieser Art sind erst seit Kurzem auf dem Markt, zunächst für stationäre dieselelektrische Aggregate und U-Boote. Dieser Regler wurde mit deutlich verbesserten Ergebnissen für Gaspipeline-Motoren adaptiert und gewährleistet eine absolut gleichmäßige Drehzahl entsprechend der jeweiligen Reglereinstellung, unabhängig vom Lastzustand. Die Regler sind so konstruiert, dass unter Volllast und im Leerlauf innerhalb der vom Hersteller garantierten Grenzen exakt die gleiche Drehzahl beibehalten wird. Beim Hinzufügen oder Entfernen der Last ist keine besondere Vorsicht geboten, da bei Reglern dieser Art ein plötzliches Überdrehen oder Hochdrehen des Motors durch Laständerungen ausgeschlossen ist.“

„Die Zündanlage dieser Motoren war von Anfang an, fast ausnahmslos, eine Niederspannungszündung. Bei den früheren Motoren war die mechanische Zündung Standard, doch seit einigen Jahren werden Zündkerzen mit einzelnen, nahe an der Zündkerze angebrachten Zündspulen verwendet, wodurch die Länge der Hochspannungsleitung auf ein Minimum reduziert wird. Bei der Hochspannungsverteilung besteht aufgrund der benötigten Kabellänge ein Gefahrenpotenzial, und die Verwendung von Leitungen kann durch Induktion zu Zündaussetzern führen. Daher wurden Niederspannungsverteiler entwickelt und werden nun eingesetzt. Bei diesen können die Zündkerze gewechselt und die Verteilereinheit für einen Zylinder im laufenden Betrieb ausgebaut und ersetzt werden. Diese Verteiler ermöglichen die Vor- oder Nachverstellung des Zündzeitpunkts für den gesamten Motor oder für jeden einzelnen Zylinder.“