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eine
Kraftmaschine, die mit gespanntem Wasserdampf betrieben
wird. Derjenige Teil, welcher zunächst die
Kraft
[* 4] des in einemDampfkessel
[* 5] erzeugten gespannten
Dampfes
aufnimmt, ist der Dampfkolben, ein
Kolben, welcher sich in einem cylindrischen
Raum (Dampfcylinder) dicht anschließend hin
und her bewegen läßt. Der
Dampf
[* 6] kann auf zweierlei
Arten zur
Wirkung gebracht werden. Läßt man nämlich in den
Cylinder von
einer Seite
Dampf von einer höhern
Spannung als der der umgebenden
Luft treten, während die andre Seite
mit der
Atmosphäre kommuniziert, so wird der
Kolben von dem
Dampfe vorwärts bewegt, es wirkt also der
Dampf in diesem
Fall durch
direkten
Druck.
Sperrt man dagegen den
Dampf ab, sobald der
Kolben das Ende des
Cylinders erreicht hat, und kühlt man den
nunmehr mit
Dampf gefüllten
Cylinder mit
Hilfe von kaltem
Wasser ab, so kondensiert sich der
Dampf zu
Wasser, und da dies einen
bedeutend kleinern
Raum einnimmt als der
Dampf, so wird der übrige
Raum nahezu leer sein.
Daher wird von dieser Seite auf den
Kolben gar kein
Druck ausgeübt werden, während auf der andern Seite der
Druck der atmosphärischen
Luft
herrscht. Dadurch wird der
Kolben wieder zurückgetrieben. Hierbei wirkt der
Dampf also nicht direkt, sondern durch Erzeugung
eines
Vakuums. Bei den modernen Dampfmaschinen
[* 7] ist entweder die erstere Wirkungsart (durch direkten Dampfdruck) oder beide
(direkter Dampfdruck und Erzeugung eines
Vakuums durch
Kondensation) im
Gebrauch, während man von der zweiten
ohne die erste jetzt keine Verwendung mehr macht.
kanäle 1 und 2 angegossen, welche zu dem cylindrischen Steuerkasten I führen, der durch das Rohr q vom Kessel aus mit Dampf
gespeist wird. In dem Steuerkasten befindet sich ein röhrenförmiger, hohler Schieber AB, welcher die Verteilung des Dampfes
bewerkstelligt. Er besitzt nämlich zwei Vorsprünge A und B, welche die Öffnungen des Cylinders gerade
vollständig bedecken können und bald über, bald unter denselben befindlich sind. Die Bewegung des Schiebers wird von außen
durch eine damit in Verbindung stehende Stange vom Kopf z mittels des auf der Schwungradwelle sitzenden Exzentriks S, der Exzenterstange
Sp, des (in der
[* 8]
Figur halb verdeckten) Winkelhebels po' und einer (in der
[* 8]
Figur unsichtbaren) nach z aufwärts
führenden Stange geleitet.
In der
[* 8]
Figur geht eben der Dampfkolben nach oben; der Dampf, welcher im Steuerkasten die Schieberröhre von außen ganz umspült,
strömt durch den Kanal
[* 9] 2 fortwährend ein und drückt den Kolben aufwärts. Der Dampf über dem Kolben strömt
oben in den Steuerkasten ein und durch den hohlen Schieber und das Rohr q' in den Kondensator
[* 10] K, wo er durch das eingespritzte
Wasser momentan verdichtet und dadurch fast vollständig aus dem obern Teil des Treibcylinders herausgezogen wird, so
daß der Kolben durch den gegen seine untere Seite wirkenden Überdruck des Dampfes nach oben getrieben wird.
Um denGang
[* 22] der Dampfmaschine trotz eines veränderlichen Widerstandes oder ungleichmäßiger Dampfproduktion möglichst gleichmäßig
zu machen, wie das zum Betrieb vieler Etablissements, z. B. von Spinnereien,
nötig ist, macht man die Zuströmung des Dampfes automatisch veränderlich. Man bringt nämlich in der Dampfröhre vor ihrer
Einmündung in den Steuerkasten bei q eine Klappe an, eine sogen. Drosselklappe
[* 23] (ähnlich einer Ofenklappe), welche je nach
ihrer Stellung den Querschnitt der Dampfröhre mehr oder weniger verengert.
Bei der Umdrehung der WelleNN werden auch die Kugeln l in Umdrehung versetzt; infolge der Zentrifugalkraft
[* 25] suchen sie sich aber von der WelleNN zu entfernen und um die Punkte g und g' aufwärts zu bewegen. Dem entsprechend wird auch
durch Vermittelung der bei h und h' angreifenden Stangen der auf der Welle gleitende Ring k und das in einer Rille
des letztern liegende Ende des Winkelhebers klm gehoben werden. Die Bewegung des Winkelhebels klm wird durch die Stange mn,
einen zweiten Winkelhebel oy und eine aufwärts führende Stange so auf die Drosselklappe q übertragen, daß dieselbe den Dampfrohrquerschnitt
unter sein mittleres Maß verengert, also verhältnismäßig wenig Dampf zuströmen läßt, sobald die
Dampfmaschine zu schnell läuft, dagegen die Durchgangsöffnung größer macht, also mehr Dampf zutreten läßt, sobald die Dampfmaschine ins Schleppen
gerät.
Die modernen Dampfmaschinen weichen von den Wattschen in der Konstruktion vielfach ab. Zunächst ist die ganze Anordnung der
Maschine
[* 26] eine andre
[* 8]
(Fig. 2 zeigt das Schema einer gewöhnlichen modernen Dampfmaschine), indem der Balancier fast
immer fortfällt und die Bleuelstange qpz sich mit einem Gelenk direkt an das Ende der durch die Stopfbüchse s geführten Kolbenstange
k anschließt. Auch erfolgt die Geradführung dieses letztern nicht mehr durch gelenkig verbundene Stangen (Gelenkgeradführung),
sondern durch das zwischen den Gleitschienen gg hin- und hergleitende Querhaupt (Kreuzkopf)
[* 27] q. Die Stellung
des Dampfcylinders ist oftmals noch eine vertikale, wie bei Watt, meistens jedoch eine horizontale, weil dadurch die an Stabilität
gewinnt. Die Steuerungen der Dampfmaschine sind ungemein mannigfaltig. Die gewöhnlichste von ihnen hat als Dampfverteilungsorgan
den sogen.
¶
mehr
Muschelschieber (S), der in dem Schieberkasten D über den Dampfkanälen α, β und γ hin- und hergleitet. Er erhält seine
Bewegung von dem auf der Schwungradwelle W sitzenden, um 90° gegen die Kurbel K' verstellten Exzentrik
[* 29] E mittels der Exzenterstange
oe und der durch die Stopfbüchse s' geführten Schieberstange r. Befindet sich daher der KolbenK in der
Mitte des Cylinders C, so steht der Schieber in einer seiner Endstellungen und umgekehrt. Bei der Stellung der
[* 28]
Figur steht der
Schieber in seiner untersten Stellung, der Kolben in der Mitte, der durch das Rohr d in den Schieberkasten gelangte Dampf tritt
daher durch αα über den Kolben und drückt ihn abwärts, wobei der vom vorigen Hub in C befindliche Dampf durch γγ, die
Höhlung des Schiebers S, β und b entweicht.
Bei Ankunft des Kolbens am Boden des Cylinders wird der Kanal γγ für den Dampfeintritt frei, während αα durch die
Schieberhöhlung mit dem Abzugsrohr b inVerbindung gesetzt wird, so daß der unten eintretende Dampf den Kolben aufwärts und
letzterer den über ihm stehenden Dampf aus dem Cylinder hinaustreibt. Vorteilhaft werden als Dampfverteilungsorgane auch Ventile
und Hähne angewendet, welche durch Exzenter, Hebel,
[* 30] Hebedaumen etc. bewegt werden. Dergleichen Steuerungen sind weiter
unten beschrieben.
Einen großen Vorteil kann man bei Hochdruckmaschinen durch Anwendung der Expansion des Dampfes im Cylinder erzielen, indem
man den Dampfzufluß vor vollendetem Kolbenlauf absperrt. Hat der Dampf eine Spannung von 5 Atmosphären,
so hebt er so vielmal 5,170 kg, als der Kolben QZentimeter hat. Sperrt man nun den Dampfzufluß ab, wenn der Cylinder bis zur
Hälfte mit diesem Dampf gefüllt ist, so wird der Kolben mit seiner Last sich nicht weiterbewegen; vermindert man darauf aber
die Last, so wird sich der Dampf sofort weiter ausdehnen, bis seine Expansivkraft wiederum mit der Last
im Gleichgewicht
[* 32] ist.
Bei einer Verminderung der Last auf die Hälfte könnte sich der Dampf auf das doppelte Volumen ausdehnen und wäre dann noch
eben im stande, diese Last zu heben. Der Dampf leistete also in diesem Fall eine um mehr als die Hälfte
größere Wirkung. Denkt man sich den Kolbenlauf in 20 Stationen geteilt, und sperrt man den Dampf ab, wenn der Kolben den vierten
Teil seines Wegs vollendet hat, so wird der Dampf während der fünf ersten Stationen mit seiner vollen Kraft gleich 1 auf den
Kolben drücken, bei der sechsten Station aber nur
Der Vorteil der Drei- und Vierfach-Expansionsmaschinen liegt wesentlich in der Verwendung und in der durch die Mehrstufigkeit
der Expansion herbeigeführten bessern Ausnutzung höher gespannten Dampfes. Die Dreifach-Expansionsmaschinen arbeiten etwa
25-30 Proz. vorteilhafter als die Zweicylinder-Compoundmaschinen, brauchen also entsprechend weniger
Kohlen und Speisewasser, während sie anderseits von den bisher gebauten Vierfach-Expansionsmaschinen in ihren Leistungen nicht
übertroffen worden sind.
Viel von sich reden macht in neuerer Zeit die Gräbner-Maschine, deren außerordentlich einfacher Bau sie für schnellen Gang
besonders geeignet erscheinen läßt. Sie hat nämlich gar keine besondern Steuerorgane, sondern steuert
sich durch den Arbeitskolben selbst. Der Dampf tritt bei D ein (s. Fig. 1 u. 2), geht durch die Schlitzeb und b1 des hohlen
Arbeitskolbens k hindurch auf die linke Seite desselben und treibt den Kolben nach rechts, zunächst mit Volldruck und dann,
wenn beim Vorgehen des Kolbens die Schlitzeb und b1 nach den Räumen a und a1 hin abgeschlossen sind,
also kein Dampf mehr nach links durchtreten kann, durch Expansion.
Zugleich entweicht auf der rechten Seite der Dampf vom vorigen Hub durch die Öffnung c1, welche ebenso wie c gegen die
Schlitze bb1 des Kolbens um 90° versetzt ist. Sobald jedoch die Öffnung c1 von dem Kolben verdeckt
wird, kann kein Dampf mehr entweichen, und es tritt nun eine Kompression des zurückgebliebenen Dampfrestes ein, wozu die im
Schwungrad aufgespeicherte Arbeit mit herangezogen wird. Ist der Kolben so weit nach rechts gegangen, wie
er in der
[* 33]
Figur links stehend gezeichnet ist, so geht der frische Dampf durch b und b1 nach a2a3 auf die rechte Seite,
den Kolben nach links treibend, während die Ausströmung des links wirksam gewesenen Dampfes bei c erfolgt, bis wieder nach
Abschluß von c durch den Kolben eine Kompression¶
jedem System in Ringreihen angeordnet, zwischen welche Reihen von festen Schaufeln hineinragen, die an dem
den Laufcylinder umgebenden Gehäuse befestigt sind. Die Schaufeln des einen Systems sind denen des andern entgegengesetzt
geneigt, während wiederum in jedem System die feststehenden Schaufeln zu den beweglichen rechtwinkelig gerichtet sind. Der
Dampf tritt in der Mitte zwischen beiden Schaufelsystemen ein und zwar mit 10 AtmosphärenSpannung, strömt
durch die festen und beweglichen Schaufelreihen nach beiden Seiten hin und wird dann abgeführt.
Eine gute Ausnutzung der Dampfkraft ist hierbei nur durch Anwendung sehr großer Geschwindigkeit möglich. Die Turbine macht
dementsprechend auch 10,000 Umdrehungen pro Minute und übertrifft damit wohl alles bisher Dagewesene.
Durch die Anwendung einer großen Zahl von abwechselnden festen und beweglichen Schaufelringen wird das ganze Gefälle zwischen
dem hohen Druck des einströmenden und dem niedrigen des ausströmenden Dampfes in ebenso viele Stufen zerlegt, so daß jedes
Ringpaar nur einen kleinen Überdruck aufzunehmen hat.
Damit der Dampf, der stufenweise erfolgenden Spannungsabnahme entsprechend, sich ausdehnen kann, nehmen
die zwischen den Schaufeln verbleibenden Durchgangsöffnungen nach den Enden des Gehäuses hin allmählich zu. Durch die symmetrische
Anordnung des Schaufelwerks wird der Axialdruck auf die Lager
[* 38] vermieden, so daß dieselben nur das geringe Eigengewicht des Schaufelcylinders
aufzunehmen haben; trotzdem aber muß bei der ungeheuern Geschwindigkeit durch einen beständig zugeführten
Ölstrom für gehörige Abkühlung der Lagerstellen gesorgt werden. Der Dampfverbrauch soll demjenigen mittelguter Dampfmaschinen
gewöhnlichen Systems gleichkommen.
[* 3] Über die Größe des Arbeitsverlustes, der in den Dampfmaschinen durch Reibung verursacht
wird (Reibungsarbeit der Dampfmaschine), hat neuerdings Thurston in Ithaka (New York) Versuche angestellt, deren Resultate deshalb beachtenswert
sind, weil sie den bisherigen Ansichten über die Reibungsarbeit widersprechen. Bisher nahm man nämlich nach de Pambour an,
daß die Reibungsarbeit der Dampfmaschine sich aus zwei Teilen zusammensetzt, deren einer konstant
ist und durch die Leistung der leergehenden Maschine dargestellt wird, während der andre der jedesmaligen Nutzleistung proportional
ist.
Aus den von Thurston angestellten Versuchen hat sich jedoch ergeben, daß die Gesamtreibungsarbeit einer Dampfmaschine konstant und von der
jedesmaligen Belastung ganz unabhängig ist, demnach nicht in demselben Maße wie der sie verursachende
Druck zunimmt. Die Gesamtreibungsarbeit wird aus den beim Leergang der Maschinen abgenommenen Indikatordiagrammen erhalten,
deren Fläche proportional dem Arbeitsverlust angesehen werden kann. Außer der Gesamtreibungsarbeit hat Thurston auch ermittelt,
welcher Betrag derselben auf die verschiedenen miteinander arbeitenden Teile der Dampfmaschine entfällt (Lager der Schwungradwelle,
Kurbelstangenkopf und Kurbelzapfen, Kolben und Cylinder, Kolbenstange und Stopfbuchse, Schieber und Schieberspiegel,
Exzenter und Exzenterbügel, Luftpumpe etc.). Die Gesamtreibungsarbeit betrug bei einer der untersuchten Maschinen konstant
0,12 der effektiven Totalleistung, wenn der Schieber nicht entlastet war, dagegen nur 0,09 bei Entlastung des Schiebers.
Bei andern Maschinen lag der Betrag zwischen 0,089 und 0,095.
Auch bei Verbundmaschinen (Compoundmaschinen) blieb er konstant und betrug hier bei verschiedenen Maschinen 0,135-0,175 der
effektiven Totalleistung. Konstant ist hierbei in dem Sinne zu verstehen, daß eine Änderung der Reibungsarbeit weder mit
der effektiven Leistung der Maschine, noch mit der Verschiedenheit der Arbeitsverteilung auf die Cylinder einer Verbundmaschine
eintritt, solange die Maschine in dem gleichen Zustand der Schmierung erhalten wird.
Sehr bedeutend ist der Anteil der Lager der Schwungradwelle an der Reibungsarbeit; er beträgt bei Maschinen gewöhnlicher Konstruktion
0,33-0,5 der totalen Reibungsarbeit, also ungefähr 5-10 Proz.
der bei voller Belastung auf den Dampfkolben übertragenen Arbeit. Bei guter Schmierung soll sich dieser
Anteil auf 0,1 und weniger der totalen Reibung zurückführen lassen. Thurston empfiehlt daher, an den Schwungradwellenlagern
eine kleine Öldruckpumpe anzubringen, welche fortwährend Öl zwischen Lager und Wellenzapfen einpreßt und so eine Ölschicht
erhält.
Die Reibung eines nicht entlasteten Schiebers betrug 26 Proz. der totalen Reibung, kann aber durch eine
sorgfältige Schieberentlastung auf 2,6 der Totalreibung vermindert werden. Dies ist besonders
wichtig für Maschinen, deren Schieber direkt vom Regulator
[* 39] beeinflußt wird. Die Reibung des Kolbens und seiner Stange läßt
sich nicht genau angeben und hängt besonders von der Beschaffenheit der Maschine und der Aufmerksamkeit des Wärters ab. Es
ergaben sich bei sorgfältig ausgeführten Maschinen und hinreichender Schmierung etwa 20 Proz. der totalen
Reibung als Minimum. Die Reibung der Kurbelzapfen, Kreuzkopfführungen, Exzenter etc. soll von untergeordneter Bedeutung
sein: durch besonders gute Schmierung würden demnach etwa 5 Proz. der
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mehr
auf den Kolben übertragenen Arbeit, welche bisher als Reibungsarbeit verloren gingen, noch als Nutzarbeit verwertbar gemacht
werden können.
Beobachtungen über die Erschütterungen der Gebäude durch Dampfmaschinen haben ergeben, daß namentlich das Zusammenfallen
der Schwingungsdauer der tragenden Balken mit beliebigen Vielfachen der Zeit eines Kolbenhubes gefährlich werden kann, weil
sich in diesem Falle die Stoßwirkungen summieren. Man kann sich hierbei dadurch helfen, daß man der
Maschine dauernd eine andre Geschwindigkeit erteilt. Eine 10pferdige Westinghouse-Dampfmaschine, die in der obern Etage einer Silberwarenfabrik
aufgestellt war, verursachte solche Erschütterungen, daß noch in Entfernungen von 100 m Gegenstände von ihren Gestellen herunterfielen.
Nach einer Erhöhung der Umdrehungszahl der Maschine um 22 Gänge in der Minute war der Übelstand vollständig
beseitigt.
Eine neuere schnell laufende Dampfmaschine, Newalls Verbundschnellläufer, hat im äußern Aufbau viel Ähnlichkeit
[* 41] mit der bekannten
Westinghouse-Maschine. Zwei nebeneinander stehende, einander ganz gleiche Doppelcylinder sind auf einen rechteckigen Kasten
gesetzt, in welchem die Kurbelwelle gelagert ist und umläuft. Dieser Kasten ist dann gleich mit der zu
betreibenden Maschine (z. B. einer Dynamomaschine) auf eine Fundamentplatte geschraubt, und so ist
Kraftmaschine und Arbeitsmaschine zu einem Ganzen vereinigt.
Der Kasten hat an seinen Längsseiten Öffnungen, die den Zugang zu den Köpfen der Bleuelstangen gestatten, gewöhnlich aber
durch Deckel verschlossen sind. Die Cylinder der Maschine sind einfachwirkend.
[* 40]
Fig. 1 zeigt einen Doppelcylinder
im Durchschnitt; zunächst über jeder Kurbel steht ein nach unten offener Niederdruckcylinder a, in welchem ein hoher Kolben
b gleitet, der ohne Kolbenstange direkt mit der Bleuelstange c verbunden ist. Auf dem Kolben des Niederdruckcylinders steht,
fest mit ihm verbunden, der nach oben offene Hochdruckcylinder d, der also die Bewegungen des Niederdruckkolbens
mitmacht und sich dabei auf einen Kolben e aufschiebt, der von dem Deckel des Niederdruckcylinders getragen wird.
Eigentümlich ist die Steuerung. Es ist nämlich der Zapfen f, mit welchem die Bleuelstange c im Kolben b
gelagert ist, zugleich als Rundschieber ausgebildet, und der Kolben b selbst, der zugleich als Kreuzkopf dient, ist außerdem
auch noch Schieberkasten und Schieber. Der Bleuelstangenzapfen steckt in einer cylindrischen Bohrung des Niederdruckkolbens
rechtwinkelig zur Kolbenachse und wird durch die Seitenschwingungen der Bleuelstange in eine hin- und hergehende Drehbewegung
versetzt; hierdurch wird der innere Raum des hohlen Kolbens b abwechselnd mit dem kleinen und dem großen
Cylinder in Verbindung gesetzt, während die Verbindung des innern Kolbenraums mit der Dampfzu- und -Ableitung durch die auf
und nieder gehende Bewegung des Kolbens herbeigeführt wird.
Der Dampf wirkt nun in folgender Weise: er tritt durch den rechten Niederdruckkolben in den rechten Hochdruckcylinder,
geht dann wieder durch den rechten Kolben nach dem linken Kolben und durch diesen zum linken Niederdruckcylinder und darauf,
nochmals den linken Kolben durchstreichend, ins Freie. Abwechselnd hiermit tritt der Dampf zuerst durch den linken Niederdruckkolben
in den linken Hochdruckcylinder, von hier durch beide Kolben in den rechten Niederdruckcylinder und
durch
den rechten Kolbenins Freie. Der Dampf expandiert also immer von dem Hochdruckcylinder des einen Doppelcylinders in den Niederdruckcylinder
des andern.
Der Dampf durchstreicht ein Röhrenbündel, welches vom Kühlwasser umgeben ist. Zwischen je zwei senkrechten
Röhrenreihen sind große kreisrunde Scheiben etwa bis zur Hälfte in das Kühlwasser getaucht, die, in Drehung versetzt, das
sie benetzende Wasser mit empornehmen. Über den aus dem Wasser herausragenden Teil der Scheiben streicht Luft, welche durch
einen Ventilator angesaugt wird, so daß das anhaftende Wasser verdunstet und durch die Verdunstung eine
Abkühlung der Scheiben erfolgt.
Von F. J. Weiß in Basel
[* 43] ist unter dem Namen Gegenstromkondensation eine neuere Art von Einspritzkondensation (Mischkondensation)
für Dampfmaschinen angegeben worden, welche sich besonders zum Kondensieren großer Dampfmassen, also für große Dampfmaschinen
und für Zentralkondensationsanlagen, welche von einer größern Anzahl von Dampfmaschinen den Dampf absaugen
sollen, eignet. Weiß berichtet darüber in »Stahl und Eisen«,
[* 44] 1889, Nr. 8: Eine jede Kondensation besteht im wesentlichen aus
zwei zusammenarbeitenden Teilen, aus dem eigentlichen Kondensator, einem Gefäß, in welchem der von der Dampfmaschine zuströmende Abdampf
durch eingeführtes Kühlwasser möglichst vollständig zu Wasser verdichtet werden soll, und aus den Vorrichtungen,
welche die erforderliche Luftverdünnung im Kondensator unterhalten, indem sie die dort vorhandene, im Kühlwasser und im Kesselspeisewasser
absorbiert gewesene oder durch undichte Stellen eingedrungene Luft, bez. das durch die Mischung des Dampfes mit dem Kühlwasser
entstandene Warmwasser absaugen. Wenn eine Pumpe zugleich mit der Luft auch das warme Wasser aus dem
¶
mehr
Kondensator zu schaffen hat, so nennt man sie nasse Luftpumpe. Findet aber die Wasserentnahme aus dem Kondensator getrennt
von der Entlüftung statt (entweder durch eine Warmwasserpumpe oder einfacher durch ein bis zu mindestens 10 m Tiefe führendes
Abfallrohr), so nennt man die nur die Luft fortschaffende Pumpe eine trockne Luftpumpe. Bei der Gegenstromkondensation
findet die getrennte Wasser- und Luftentnahme Anwendung. Der in jedem Kondensator herrschende Gesamtdruck p, der jedenfalls
bedeutend geringer als der Druck der Atmosphäre sein muß und in der Regel 0,15-0,3 Atm.
beträgt, setzt sich aus zwei Teilen zusammen: aus dem Druck d des im Kondensator anwesenden Dampfes und
aus dem Druck l der im Kondensator anwesenden Luft, und zwar so, daß p = d+ l ist. Diesen Gesamtdruck mit möglichst geringen
Mitteln (kleiner Kühlwassermenge, kleiner Luftpumpe, geringer Betriebskraft) möglichst niedrig zu halten, ist die Aufgabe
der Kondensationsanlage.
Der Dampfdruck d hängt, gute Verteilung des Kühlwassers vorausgesetzt, lediglich von der Temperatur des
ablaufenden Warmwassers ab und diese wiederum nur von der Menge und Temperatur des zur Verfügung stehenden, bez. in Verwendung
genommenen Kühlwassers, hat also unter gegebenen Verhältnissen eine bestimmte unveränderliche Größe. Der andre Teil des
Gesamtdrucks d dagegen, der Luftdruck l, läßt sich durch eine zweckmäßige Art und Weise der Luftabführung
sehr niedrig halten.
Hierin liegt das Wesen der Gegenstromkondensation. Während bei richtiger Anlage, abgesehen von dem für sich entfernten Warmwasser,
die Luftpumpe nur noch Luft abführen soll, ist sie bei der gewöhnlichen Art der Kondensation (Parallelstromkondensation) so
angebracht, daß sie ein Gemenge absaugt, welches zum größten Teil aus Dampf und nur zum geringsten Teil
aus Luft besteht. Sie verrichtet aber dadurch eine Menge unnötiger Arbeit und bedarf einer entsprechend größern Betriebskraft;
denn der Dampfdruck im Kondensator wird durch Dampfabsaugen nicht erniedrigt, weil die entnommene Dampfmenge sich aus dem
vorhandenen Warmwasser sofort wieder ersetzt.
Nach Regnaults Dampftabellen beträgt die Spannung d des Dampfes bei 40° C. = 0,072 Atm. Es ist somit
der Gesamtdruck p = 0,1 Atm. = Luftdruck l + Dampfdruck d = l + 0,072 und hieraus l = p - l = 0,1
- 0,072 = 0,028 Atm.
Der Luftdruck beträgt also wenig mehr als ein Viertel des Kondensatordrucks. Es
wird daher die Luft in sehr verdünntem Zustand
angesaugt, deshalb muß die Luftpumpe unverhältnismäßig groß (beinahe viermal zu groß) gemacht werden und absorbiert
eine entsprechend große Menge Betriebskraft.
Sie möge sich etwa von 15 auf 20° C. erhöht haben. Dieser entspricht nach Regnault ein Dampfdruck von
0,023 Atm. Es bleibt daher für die Luft eine Spannung l = p - d= 0,10-0,023 = 0,077 Atm.
Die Luft wird also unter den angenommenen Bedingungen bei der Gegenstromkondensation in einem 0,077/0,028 = 2,75mal dichtern
Zustand abgesaugt als bei gewöhnlicher Kondensation. Die Luftpumpe kann daher 2,75mal kleiner sein und
beansprucht entsprechend weniger Betriebskraft.
Dabei bietet die Gegenstromkondensation gegenüber der Parallelstromkondensation noch als zweiten Vorteil einen geringern
Kühlwasserverbrauch. Eine nasse Luftpumpe saugt Wasser und Luft mit Dampf an derselben Stelle ab. Der Gesamtdruck von Luft und
Dampf entspricht dem Kondensatordruck p. Der Dampfdruck ist deshalb um den Luftdruck geringer als dieser,
also = p - l. Von diesem Dampfdruck hängt aber unmittelbar die Temperatur ab, auf welche sich das ablaufende Wasser erwärmen
kann, deshalb kann diese nur geringer sein, als der vollen Kondensatorspannung entsprechen würde. Je weniger Wärme das Wasser
aber aufnimmt, um so reichlicher muß es für gleiche Kondensationsleistung dem Kondensator zugeführt
werden.
Ist die Spannung im Kondensator wieder = 0,10 Atm., so würde nach
Regnault die entsprechende Dampftemperatur, bez. Warmwassertemperatur 46°
C. betragen. So warm kann aber bei Anwendung der nassen Luftpumpe das ablaufende Wasser nicht werden, denn seine
Dämpfe würden allein schon den Gesamtdruck p = 0,10 Atm.
ausüben, für die Luft bliebe nichts mehr übrig, d. h. es würde diese Temperatur nur eintreten dürfen, wenn gar keine Luft
im Kondensator vorhanden wäre, was jedoch der Wirklichkeit widerspricht.
Bei der Gegenstromkondensation sind die Verhältnisse andre. Hier wird aus dem untern Teil, aus welchem
das Warmwasser abgesaugt wird, die Luft in solchem Maße nach oben verdrängt, daß unten reiner Dampfdruck herrscht, also l
= 0 und p = d ist. Daher kann sich das Warmwasser vollständig bis auf die der Kondensatorspannung entsprechende Temperatur
erwärmen, wenn nur für eine gute Kühlwasserzerteilung gesorgt ist. Dadurch wird die Kälte, d. h. die
Wärmeaufnahmefähigkeit, des Wassers vollständig ausgenutzt und somit der Kühlwasserverbrauch sowie die zu dessen Beschaffung
erforderliche Arbeit auf den geringstmöglichen Grad beschränkt. Bei einem Versuch mit einer gewöhnlichen Kondensation fand
sich folgendes: die Kühltemperatur konstant = 18° C., die Temperatur des ablaufenden Wassers = 29,36,
bez. 57° C., je nachdem das 66-,33-, bez.
14,5 fache des Gewichts des kondensierten Dampfes am Kühlwasser verbraucht wurde, wobei die Kondensatorspannung
¶
Die Schwierigkeit dabei ist nur, einen Mechanismus zu finden, der gestattet, die Größe der Bewegung des Kolbens, bez. den Ausschlag
des Steuerhebels mit Sicherheit so zu begrenzen, daß die für die jedesmal erwünschte Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit
erforderliche Stellung der Steuerung durch die Einstellung eines leicht zu bewegenden Handsteuerhebels erreicht
und nicht übertroffen wird. Stellt man also z. B. den Handsteuerhebel auf »vorwärts«
mit halber Kraft, so soll der Kolben und mit ihm die Steuerung sich zuverlässig dementsprechend einstellen.
[* 48]
Fig. 1 zeigt
¶
mehr
eine Dampfumsteuerung der Compagnie de l'Ouest. Sie besteht aus einem wagerechten Steuercylinder A mit davorliegendem Bremscylinder
B, der mit Wasser oder Glycerin gefüllt ist und dazu dient, die in den Steuerungsteilen bei ihrer Bewegung aufgespeicherte
lebendige Kraft zu vernichten, damit sie durch letztere nicht über die erforderliche Stellung hinausgeschleudert werden.
Die gemeinschaftliche Kolbenstange beider Cylinder bewegt ein Führungsstück F, an welches eine mit der Steuerung der Dampfmaschine in
Verbindung stehende Steuerstange angeschlossen ist.
Dieses Führungsstück vertritt also die Stelle der bei den Handumsteuerungen auf die Steuerung einwirkenden Hand. Wenn nun
der Maschinenführer den zweiarmigen, bei Z drehbaren Hebel E (Steuerhebel) in der Pfeilrichtung, also
nach links, aus aus seiner Mittellage bringt, so wird zunächst der an dem untern Ende von E bei W drehbar angebrachte Hebel
V W in dem Punkte V, welcher durch die Stange S, den bei R drehbaren Hebel T und die Stange Q mit dem zur
Zeit noch ruhenden Stück F verbunden ist, festgehalten werden.
Der Hebel T dreht sich daher um diesen Punkt in umgekehrter Richtung wie Hebel E, und hierbei werden die StangenM und N, die am
Hebel V W bei U angreifen, so verschoben, daß sowohl die Dampfschieber mittels des Hebels X und der Schieberstangen
O und P als auch der Wasserhahn C aus ihrer Mittellage, bei welcher alle Kanäle von den Cylindern A und B verschlossen sind,
gebracht werden, und zwar in eine solche Stellung, daß am Dampfcylinder der Dampf auf der rechten Seite
eintreten und im Wassercylinder das Wasser von der linken nach der rechten Seite übertreten kann.
Infolge davon wird der Dampfkolben und mit ihm das StückF in der Richtung von rechts nach links bewegt. Hierbei wird jedoch
die Stange Q, der Hebel T und die Stange S mitgenommen und dadurch der Hebel V W um den Punkt W, welcher jetzt,
da der Hebel E inzwischen in der gewünschten Stellung festgestellt ist, als der feste Drehpunkt des Hebels V W anzusehen ist,
in derselben Richtung wie vorher der Hebel E, also seiner eignen frühern Bewegung entgegen, gedreht. Auch der Punkt U
erhält hierbei eine seiner ersten Bewegung entgegengesetzte Bewegung, und damit werden auch mittels der StangenM und N die
Dampfschieber und der Wasserhahn ihrer mittlern Stellung (Schlußstellung) wieder näher gebracht, bis der Punkt U an derjenigen
Stelle angelangt
ist,
Eine neue rotierende Dampfmaschine ist von Gwinner, in FirmaGwinner u. Schraivogel in Rottenburg am Neckar, angegeben.
Bei dieser wirkt der Dampf in einem ringförmigen Raum auf einen mit dem Cylinder fest verbundenen Kolben und führt dadurch
die Drehung des auf der Antriebswelle aufgekeilten Cylinders, also auch der Antriebswelle selbst, herbei.
Die Maschine (Fig. 2-6) besteht aus dem cylindrischen Gehäuse A mit dem Dampfeinströmungsstutzen B, dem Deckel C, welcher
mit einer dampfdichten Lagerung D für die rotierende Welle E versehen ist, und der in der Mitte befindlichen Scheibe E, welche
Schlitz und Führung für den Dampfschieber N und eine zentrale Lagerung für die Welle E besitzt. Die Scheibe
A ist mit dem cylindrischen Gehäuse G dampfdicht an das Gehäuse A angeschraubt (die an der Drehbewegung teilnehmenden Teile
sind im Querschnitt schwarz dargestellt), das Gehäuse G besitzt eine dritte Lagerung für die Welle E und eine Dampfausströmungsöffnung
H. Der auf der Welle E aufgekeilte Dampfcylinder K liegt mit seinem ringförmigen Raum L dampfdicht auf
der Scheibe F auf.
ringförmigen Raume des Cylinders ist der Kolben M angebracht. Die verschiedenen Stellungen des Schiebers und seine Führung gegenüber
dem Cylinder und Kolben sind in
[* 50]
Fig. 4-6 in kreisrunden Schnitten durch den ringförmigen Dampfraum, die in eine Ebene abgewickelt
sind, sowie durch die perspektivische Ansicht
[* 50]
(Fig. 3) gekennzeichnet. Der Schieber N ist als Hohlschieber
konstruiert und wird durch den Dampfdruck gegen den Cylinderboden gedrängt, während die Seitendichtung durch zwei federnde
Bronzeleisten hergestellt wird.
Der Verlauf der Dampfwirkung bei dieser rotierenden Maschine ist demnach folgender: Der Dampf tritt durch den StutzenB in die
Maschine ein, drückt den Schieber N in den Cylinder hinein, strömt durch die Öffnung H des Schiebers N
in den CylinderK ein, dreht diesen, expandiert und zieht dann durch die Öffnung Q des mit dem Cylinder aus einem Stück bestehenden
Kolbens in das Gehäuse G, aus welchem er durch die Öffnung R entweicht. Damit die Dichtungsflächen
zwischen der ScheibeF und dem Dampfcylinder K dampfdicht erhalten werden können, ist außen auf dem Gehäuse G einWinkel
[* 51] W
angebracht, an welchen die auf der Welle E aufgeschraubten Muttern V anliegen.
Mittels dieser kann der auf der Welle E aufgekeilte Cylinder K nach Bedarf nachgestellt werden. Die Maschine
kann auch als Pumpe verwendet werden, wenn man ihre Achse in umgekehrter Drehrichtung von einem Motor umtreiben läßt. In diesem
Falle wird die zu fördernde Flüssigkeit durch die Öffnung R angesaugt und tritt durch die Öffnung Q des Schiebers aus. Nur
ist dabei zu beachten, daß bei der Anwendung der Maschine als Pumpe die Erhöhung X des Cylinderbodens
wegfallen muß.
Die umherfliegenden mächtigen Bruchstücke hatten die wasserdichten Schottwände und die Bordwände durchschlagen und die
Seeventile zerstört, so daß sofort Wasser in beide Maschinenräume mit Heftigkeit einströmte und das
Schiff anfüllte. Da die Dampfpumpen sämtlich unter Wasser standen, mußte das Schiff 40 Stunden lang mit den Handpumpen flott
gehalten werden, bis ein andrer Dampfer zu Hilfe kam und das Schiff nach Queenstown schleppte. Hier wurden die Löcher in den
Bordwänden durch Taucher geschlossen und das Schiff ausgepumpt, worauf es mit der ziemlich unbeschädigt
gebliebenen Backbordmaschine nach Liverpool
[* 57] dampfte.
Die sieben zur Zeit der Katastrophe im Maschinenraum befindlichen Maschinisten sind unbeschädigt geblieben und haben bis zum
letzten Augenblick nichts Unregelmäßiges oder Auffälliges an der Maschine bemerkt. Die Ursachen des beispiellosen Unfalles
sind noch nicht völlig aufgeklärt. Bei genauerer Untersuchung fand sich, daß die Lager der Schraubenwelle
verletzt und zum Teil völlig zerstör! waren, und daß die über 0,5 m starke Schraubenwelle
aus ihrer richtigen Lage gerückt und am hintern Ende, hart neben der Kuppelung,
[* 58] die ihren äußern, die Schraube tragenden
Teil mit den: im Schiffe
[* 59] liegenden Teil verbindet, durchgebrochen war.
Aus dein Befund des hintersten Lagers (mit 1,8 m langen Lagerbacken) und des in ihm gelagerten Wellenteiles kann geschlossen
werden, daß der Wellenbruch infolge eines längere Zeit vorhergegangenen Bruches des obern Lagerfutters erfolgt ist. Nach
dem »Engineering« ist die Ursache der Zerstörung in dem durch den Bruch der Welle veranlaßten Durchgehen
der Maschine zu suchen, jedoch müsse noch eine weitere Veranlassung vorgelegen haben, welche die Wirkung des Durchgehens der
Maschine so beschleunigt und verstärkt habe, daß die sieben im Maschinenraum befindlichen Maschinisten nicht mehr Zeit fanden,
wie es sonst unter gewöhnlichen Umständen möglich ist, durch Abstellung des Dampfes der Zerstörung
vorzubeugen.
Als solche Veranlassung wird im »Engineering« übergroßer Gegendruck (Kompression) im Cylinder bezeichnet, der dadurch herbeigeführt
sein soll, daß die durch besondere Maschinen betriebene Kondensation bei dem Durchgehen der Hauptmaschine ihren normalen Gang
beibehalten habe, bei welchem sie den übermäßig zuströmenden Dampf nicht hinreichend habe verdichten
können, und daß ferner die Ableitungsrohre nicht genügend Dampf haben fortschaffen können. Hiergegen wendet sich O. H.
Müller in Gmunden in einem beachtenswerten Aufsatz (»Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure«, 1890), indem er ausführt,
daß die Kompressionsspannung wegen der großen schädlichen Räume bei derartigen schnelllaufenden Maschinen nicht übermäßig
groß werden konnte (höchstens 3 Atmosphären), und daß gerade das Gegenteil, nämlich der Mangel an
genügender
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