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Apparate, in welchen Wasserdampf zum Betrieb von Dampfmaschinen
[* 5] oder zum Heizen, Sieden und Abdampfen erzeugt wird, sollen
bei gehöriger Explosionssicherheit die größtmögliche Dampfmenge mit möglichst wenig Brennmaterial
erzeugen, Bedingungen,
deren Erfüllung von zweckmäßigem Material, Form und Dimensionen sowie verschiedenen Hilfsapparaten abhängig
ist. Das gebräuchlichste Material der Dampfkessel, gewalztes Eisenblech, wird nur ausnahmsweise (Feuerbuchsen) durch das dauerhaftere,
aber erheblich teurere Kupfer- oder neuerdings versuchsweise durch das wegen größerer Festigkeit
[* 6] zwar dünner anzuwendende
(Brennmaterialersparnis), aber dennoch kostspieligere und stellenweise ungleich harte Stahlblech ersetzt.
Das starke, die Wärmeleitung
[* 7] verringernde Wandungen voraussetzende Gußeisen darf wegen seiner Sprödigkeit
nur zu kleinen Kesseln und Kesselteilen verwendet werden. Die einzelnen Blechplatten werden durch Nietung (neuerdings auch
zuweilen Schweißung) verbunden. Obgleich die Wärmeausnutzung möglichst dünne Wandungen wünschenswert macht, so muß
ihre Dicke doch so groß sein, daß sie dem zuweilen sehr bedeutenden Dampfdruck (bis 10 Atmosphären)
mit Sicherheit Widerstand leisten. Die Stärke
[* 8] der Wände ist bei gegebenem Material abhängig von Form und Dimensionen des Kessels
sowie von der Höhe des Dampfdrucks.
Zu jedem Dampfkessel gehört eine Feuerungsanlage, bestehend aus Feuerraum (Herd) und den Feuer- oder Rauchkanälen, in welchen die Feuergase
um den Kessel herumziehen, um dann in den Schornstein oder die Esse zu gelangen. (Nur in den Fällen, wo
man die abziehenden Verbrennungsgase eines Ofens, z. B. des Puddelofens, zur Dampfkesselfeuerung benutzt, ist ein besonderer
Feuerraum am Kessel nicht vorhanden.) Die Feuerungsanlage eines Dampfkessels muß so beschaffen sein, daß eine möglichst
vollkommene Verbrennung des Brennmaterials (Holz,
[* 9] Kohle, Torf, Stroh oder Gas) herbeigeführt wird; es muß
daher dafür gesorgt sein, daß die nötige Luftmenge in den Feuerraum einströmt, um das Brennmaterial möglichst vollständig
in die Endprodukte der Verbrennung, d. h. in Kohlensäure und Wasserdampf, überzuführen.
Heizfläche heißt der von den Feuergasen bestrichene Teil der Kesseloberfläche, und zwar unterscheidet man dabei die
direkte Heizfläche, d. h. diejenige, welche die Umgebung des Feuerraums bildet
und von der strahlenden Wärme des Feuers getroffen wird, von der indirekten Heizfläche, welche ihre Wärme nur durch die Berührung
mit den Feuergasen erhält (1 qm der ersten wirkt auf die Wasserverdampfung ca. dreimal so stark als 1 qm der letztern). Es
können bei Anwendung mittelguter Steinkohle pro QMeter Heizfläche 15-20 kg Wasser stündlich verdampft
werden, jedoch ist es für die Wärmeausnutzung besser, pro QMeter eine geringere stündliche Verdampfung anzunehmen (etwa
nur 10-15 kg pro QMeter Heizfläche), also die Heizfläche des Kessels etwas größer zu machen, als für die erforderliche
Dampfmenge unumgänglich nötig ist. Speziell bei Dampfkesseln für Dampfmaschinen rechnet man durchschnittlich
pro Pferdekraft 1,5 qm Heizfläche. Nach der Größe der Heizfläche bemißt man die
¶
Die letztere Anordnung ist die wirksamste, weil dabei wegen der an den einzelnen Stellen der Heizfläche
herrschenden verhältnismäßig großen Temperaturdifferenzen zwischen dem Kesselwasser und den Feuergasen eine beschleunigte
Wärmeaufnahme stattfindet. Endlich ist bei der Heizfläche noch auf ihre innere (Wasserseite) und äußere (Feuerseite) Reinheit
zu sehen, weil durch außen anhaftenden Ruß und innen angesetzten Kesselstein nicht nur die Wärmeleitungsfähigkeit verringert,
sondern auch leicht eine allmähliche Zerstörung des Eisens herbeigeführt wird.
Man unterscheidet der Lage nach horizontale (liegende) und vertikale (stehende) Dampfkessel. Eine andre Unterscheidungsart ist die
in stationäre (feste) und lokomobile (bewegliche) Kessel; die stationären Kessel sind meist mit gemauerten Feuerungsanlagen
umgeben und haben eine Heizfläche von normaler Größe, während die lokomobilen Kessel nicht eingemauert sind und vielfach
eine anormal geringe Heizfläche bekommen müssen (die Kessel der Lokomotiven haben pro Pferdekraft nur ca. 0,34 qm Heizfläche),
weil sie sonst für die Beweglichkeit zu schwer würden.
Die wichtigsten Formen der horizontalen Dampfkessel sind folgende:
1) Der WattscheWagen- oder Kofferkessel
[* 12]
(Fig. 1), bei welchem das Feuer an der Unterfläche A hin und dann noch einmal an den
Seiten
B CD um den ganzen Kessel herumgeht, nutzt das Brennmaterial ganz gut aus, ist jedoch den modernen
großen Dampfspannungen gegenüber nicht widerstandsfähig genug, weshalb er nicht mehr ausgeführt wird und nur noch historisches
Interesse hat. Da cylindrische und kugelförmige Gefäße einem innern Druck am besten Widerstand leisten, so gibt man jetzt
allen Dampfkesseln Formen, welche möglichst aus Cylinder- und Kugelflächen zusammengesetzt sind.
2) Der Cylinderkessel (Walzenkessel), in
[* 12]
Fig. 2 dargestellt, wird meist liegend, aber auch
stehend ausgeführt (z. B. in Puddelwerken) und bekommt im Maximum 1,33 m Durchmesser bei einer Länge von 5-7 m, wobei er etwa
für eine achtpferdige Dampfmaschine
[* 14] genügenden Dampf liefert.
3) Die Rauch- oder Flammrohrkessel. Das Bestreben, die Heizfläche des Kessels zu vergrößern, führte zur
Anwendung von Rauch- oder Flammrohren im Kessel, einem oder zwei weiten cylindrischen, den Kessel der Länge nach durchziehenden
Rohren, durch welche die Feuergase streichen. Verschiedene Arten derselben sind: a) Der Dampfkessel mit einem oder zwei Flammrohren
und Unterfeuerung, daran kenntlich, daß die Feuerung vorn unter dem Kessel liegt und die Heizgase zunächst
unter dem Kessel entlang, dann erst durch die Flammrohre ziehen.
[* 12]
Fig. 3 und 4 auf Tafel »Dampfkessel I« zeigen
einen Zweiflammrohrkessel mit Unterfeuerung. A Kessel, B Flammrohre, C Mauerwerk, D Rost, E Feuerthür, F Aschenfall, K
Luftzuführungskanal, dessen heiße Wände die Luft vor dem Eintritt ins Feuer zum Zweck besserer Verbrennung erwärmen, H der
von der Feuerluft zuerst durchzogene Kanal
[* 15] unter dem Kessel, BB die nach diesem durchstrichenen Rauchrohre, JJ die letztgetroffenen
Kanäle zu beiden Seiten des Kessels. b) Dampfkessel mit einem oder zwei Flammrohren und Innenfeuerung.
rohr selbst, sondern in einem davor aufgemauerten Raum befindet, ist nur für geringwertiges, nasses Brennmaterial (erdige
Braunkohle, Lohe, Sägespäne) zu empfehlen. Von diesen Flammrohrkesseln sind namentlich die mit Innenfeuerung wegen ihrer guten
Wärmeausnutzung und des bequemen Ofenbaues noch immer sehr beliebt, obwohl sie an dem großen Übelstand leiden, daß die
Flammrohre äußern Druck erfahren und infolgedessen leicht eingedrückt werden, sobald der Normaldruck überschritten oder
das Material der Rohre etwas angegriffen ist, und obwohl sie wegen der erforderlichen großen Durchmesser und Wandstärken sehr
schwer werden. d) Der Flammrohrkessel mit Quersiedern (Gallowaykessel),
[* 17]
Fig. 6 und 7 auf Tafel I, eine Modifikation des
gewöhnlichen Flammrohrkessels, wobei im Flammrohr F konische Siederohre S (Gallowayröhren) kreuzweise angeordnet sind, die
einerseits die Verdampfungsfähigkeit des Kessels erhöhen sollen, anderseits aber auch zur Versteifung des Flammrohrs beitragen.
Bezüglich der Verdampfungsfähigkeit ist jedoch der Nutzen der Quersieder nicht so groß, als man erwarten könnte; außerdem
führen dieselben den Nachteil herbei, daß das damit versehene Flammrohr sich nicht gut von innen reinigen
läßt. e) Dampfkessel mit gewelltem Flammrohr (Foxsche Dampfkessel). Das Flammrohr ist hier
[* 17]
(Fig.
8) der ganzen Länge nach gewellt und erhält dadurch eine außerordentliche Vergrößerung der Festigkeit, zugleich auch eine
Vergrößerung der Heizfläche. Die gewellten Flammrohre haben in den letzten Jahren große Verbreitung
gefunden.
4) Feuerrohrkessel (Heizrohrkessel) sind Dampfkessel, bei welchen statt der ein oder zwei weiten Flammrohre
eine große Anzahl enger Röhren
[* 18] verwendet sind. a) Heizrohrkessel mit Unterfeuerung oder Kessel mit rückkehrenden Heizrohren,
ein horizontaler, cylindrischer, bis auf ungefähr zwei Drittel seiner Höhe von einer großen Zahl von
Heizröhren durchzogener Kessel. Die Feuergase gehen von der vorn unter dem Kessel befindlichen Feuerung unter dem Kessel hinweg
bis ans Ende, wo sie in eine hintere Rauchkammer eintreten, um von dieser aus die Heizrohre rückwärts zu durchströmen,
sich in einer vordern Rauchkammer zu sammeln und dann in den Schornstein geleitet zu werden.
Für stationäre Kessel ist diese Kesselform zwar mit Bezug auf gute Wärmeausnutzung und Widerstandsfähigkeit gegen hohen
Druck ganz gut konstruiert, jedoch nur für sehr reines Kesselwasser empfehlenswert, da die innere Reinigung des Kessels vom
Kesselstein zwischen den Rohren sehr umständlich und nur möglich ist, wenn man die Rohre herausnimmt.
In sehr gedrungener Form findet eine Abart dieser Dampfkessel als Schiffsdampfkessel Verwendung
[* 17]
(Fig. 9 und 10, Tafel I).
Der Kessel hat drei Feuerungen F, die auf den Rosten R entwickelten Flammen schlagen in den ganz von Wasser umspülten Kammern
K empor und treten durch 193 Feuerrohre E nach der gemeinschaftlichen Rauchkammer O, von welcher die Gase
[* 19] durch einen eisernen Schornstein S abgeführt werden.
Diese Kessel nutzen die Wärme gut aus und sind bei mäßigem Druck (von 4-6 Atmosphären) als Schiffskessel fast ausschließlich
im Gebrauch, während man bei höherm Druck (s. unten) übermäßig starke Bleche verwenden muß, weshalb man
versucht hat,
die Wasserrohrkessel als Schiffskessel zu verwenden; doch hat sich bisher noch keine Konstruktion der Wasserrohrkessel
für den Schiffsdienst recht geeignet gezeigt. b) Heizrohrkessel mit Feuerbuchse, Lokomotivkessel
[* 17]
(Fig.
11, Tafel I) besitzen gleich den Flammrohrkesseln mit Innenfeuerung einen innern Feuerherd, der hier zu einem viereckigen
Kasten, der Feuerkiste oder Feuerbuchse A, ausgebildet ist.
Die Seitenwände der Feuerbuchse sind von den Wänden eines äußern Kastens derart umgeben, daß ringsherum ein Abstand von
ca. 8 cm bleibt, welcher mit dem Kesselraum in direkterVerbindung steht, so daß die Feuerbuchsenwände innen mit Wasser bedeckt
sind. Zwischen der Decke
[* 20] der Feuerbuchse und der Decke des äußern Kastens befindet sich ein größerer
Zwischenraum, der in seinem untern Teil und zwar bis auf mindestens 10 cm über dem Feuerbuchsendeckel mit Wasser erfüllt
sein muß, um diesen vor dem Erglühen, Durchbiegen und Rosten zu schützen.
Die meist ebenen Feuerbuchsenwände sind zur Versteifung durch Stehbolzen mit den Wänden des Außenkastens
verbunden, der Deckel ist durch aufgenietete Winkeleisen, Anker
[* 21] etc. versteift. Die ganze Feuerbuchse ist behufs größerer
Feuerbeständigkeit aus Kupferblech hergestellt. An der Vorderseite bei b befindet sich die Feuerthür, unten bei a derRost,
an die Hinterseite schließt sich der eigentliche Kessel B von cylindrischer Form an, in welchem die Heizrohre
C liegen und zwar so, daß sie von der Hinterseite der Feuerbuchse bis zur Hinterseite des Kessels reichen und so den Feuergasen
gestatten, von der Feuerbuchse durch den Kessel in die Rauchkammer D und weiter in den Schornstein E zu ziehen. Dieser Kessel
eignet sich, weil er die Feuerung vollständig umschließt und gar keiner Mauerung bedarf, besser als jeder
andre für den Transport und wird daher bei Lokomotiven und Lokomobilen
[* 22] verwendet. Übrigens ist er schwer von innen zu reinigen
und besonders an der Feuerbuchse leicht reparaturbedürftig, Nachteile, welche man bei lokomobilen Kesseln mit in den Kauf
nehmen muß.
5) Siederohrkessel, Kessel, die außer einem cylindrischen Hauptkessel noch einen oder mehrere mit ersterm verbundene, darunter
oder daneben im Feuer liegende und mit Wasser gefüllte starke Rohre (Siederohre, Sieder) haben. a) Siederohrkessel mit Unterfeuerung
sind mit einem, zwei oder drei unter dem Hauptkessel liegenden und durch starke Verbindungsstutzen mit
ihm verbundenen Siederohren versehen, unter welchen die Feuerung und der erste Feuerkanal liegen, so daß die Sieder die erste
Hitze des Feuers bekommen, während der durch ein Zwischengewölbe von den Siedern getrennte Hauptkessel erst in zweiter Linie
von den Feuergasen getroffen wird. Nach der Anzahl der Siederohre bezeichnet man diese Kessel als Einsiederkessel
(Einsieder, Doppelkessel mit Unterfeuerung) oder Zweisiederkessel (Zweisieder) oder als Dreisiederkessel (Dreisieder).
[* 17]
Fig. 12 (Tafel
I) zeigt einen Zweisiederkessel. Der Hauptkessel A ist von den zwei SiedernB (in der Figur ist nur einer sichtbar), welche
zuerst von dem auf dem Rost E brennenden Feuer getroffen werden, durch ein Gewölbe
[* 23] D getrennt, durch welches
die Ver-