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Titel
Dampfkessel.
[* 2] Um die Leistungsfähigkeit der Rohren der Röhrenkessel zu vergrößern, hat man sie im Innern mit Längsrippen versehen. Diese unter dem Namen Serves Rippenröhren bekannten, von John Brown u. Komp., Atlas [* 3] Works, in Sheffield [* 4] angefertigten Röhren [* 5] sind von der französischen Admiralität auf ihre Leistungsfähigkeit untersucht worden. Zu den Versuchen diente ein gewöhnlicher Schiffskessel von 34,8 qm Heizfläche, 4,4 qm Rostfläche mit 64 Röhren von 76 mm Durchmesser und je 2 m Länge.
Aus den Versuchen geht hervor, daß die Rippenröhren bei künstlichem Zuge schneller den erforderlichen Dampfdruck hervorbringen und bei natürlichem und künstlichem Zuge weniger Brennmaterial auf 1 kg verdampftes Wasser gebrauchen, bez. mehr Wasser auf 1 qm Heizfläche verdampfen als die gatten Röhren. Für eine bessere Ausnutzung der Wärme [* 6] bei gerippten Rohren spricht auch der durch Messungen mittels Kalorimeters festgestellte, verhältnismäßig geringe Wärmegrad der abgehenden Feuerungsgase im Fuchs. [* 7] Die Rippenröhren sind aus Messing hergestellt, ihre Enden sind ohne Rippen, um eine bequeme und solide Befestigung in den Kesselwänden zu gestatten.
Ein außerordentlich entwickeltes Wasserröhrensystem zeigt der Klimaxkessel von Morrin. Derselbe besteht in der Hauptsache aus einer großen Anzahl doppelt gebogener Röhren, welche von einem in der Mitte des Kessels liegenden senkrechten Rohre ausgehen und an einer höher gelegenen Stelle desselben wieder einmünden. [* 1] Fig. 1 zeigt den Kessel im Querschnitt mit einem Ring von Röhren. Solche Röhrenringe sind am Kessel in größerer Anzahl übereinander angeordnet.
Jede der Röhren t beginnt an dem senkrechten Mittelrohr A bei e, geht erst radial, dann nahezu in einem zum Mittelrohr konzentrischen Bogen [* 8] und endlich wieder radial zum Mittelrohr A zurück (bei f), dabei fortwährend etwas ansteigend, so daß f höher liegt als e. In dem Mittelrohr A ist noch ein zweites Rohr B angebracht, von welchem kurze Rohrstücke c bis zum Anfang e der Heizröhre t reichen. Rohr B, welches mit seinem obern offenen Ende nur bis nahe zum Wasserspiegel reicht, von beiden Seiten von Wasser umgeben ist und deshalb ganz leicht gehalten sein kann, hat den Zweck, zusammen mit den Rohrstücken c den Wasserumlauf zu regeln.
Die Speisung des Kessels geschieht vom Rohre B aus. Das Wasser geht von B aus durch die Rohrstücke c in die ansteigenden Heizrohre t, welche den in ihnen sich bildenden Dampf [* 9] in den zwischen A und B gelegenen ringförmigen Raum entlassen, durch welchen er in den Dampfraum gelangt. Dieser wird einfach durch eine Fortsetzung des Kessels gebildet, bei welchem nur das Rohr B fehlt und dafür zwischen den einzelnen Ringen von Röhren t Trennungsplatten derart eingelegt sind, daß der Dampf gezwungen ist, sämtliche Röhrenringe nacheinander zu passieren, um dabei getrocknet zu werden.
Natürlich müssen die Heizgase, ehe sie an die mit Dampf gefüllten Röhren t gelangen, so viel Wärme abgegeben haben, daß sie die Röhren nicht mehr zum Erglühen bringen können. Dieser Kessel bedarf eines ringförmigen Rostes, welcher, unter den untersten Heizröhren t gelegen, den Raum zwischen dem Rohre A und der Kesselummantelung ausfüllt und die Verwendung von 3-4 Feuerthüren nötig macht, weil man den Rost von einer einzigen Stelle aus nicht zu beschicken vermag. Legt man den Rost jedoch so auf Rollen, [* 10] daß er sich um die Kesselachse drehen läßt, so kommt man mit einer Feuerthür aus.
Gebrüder Serpollet waren bei der Konstruktion ihres zum Betrieb von Kleinmotoren bestimmten Kessels (Zwergkessels) bestrebt, einen eigentlichen Wasserraum im Kessel zu vermeiden und den Dampf nur in dem Maße zu erzeugen, als er sofort in der Dampfmaschine [* 11] Verwendung finden kann. Das von ihnen benutzte Prinzip der Dampferzeugung ist schon früher angewendet worden und besteht darin, daß Wasser zwischen zwei einander möglichst nahegerückte, von außen erwärmte Metallwände eingespritzt wird, wobei eine augenblickliche Verdampfung stattfindet. Gebrüder Serpollet haben nun diesen Wänden eine
[* 1] ^[Abb.: Fig. 1. Klimaxkessel von Morrin (Horizontalschnitt).] ¶
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eigentümliche Gestalt gegeben. Sie benutzen zur Herstellung ein Rohr, welches in angewärmtem Zustand plattgewalzt wird und zwar derart, daß sich die Wände beinahe berühren. Danach wird das Rohr r spiralförmig gebogen [* 12] (Fig. 3) und in der aus [* 12] Fig. 2 ersichtlichen Weise auf eine Feuerung gelegt. Die beiden Rohrenden a und b bleiben rund und dienen zum Anschluß der Speisevorrichtung, bez. der Dampfleitung. Das Wasser wird in das auf etwa 250° erhitzte Rohr eingeführt.
Kesselstein soll hierbei nicht abgesetzt, sondern stets in Pulverform mitgerissen werden. Probestücke, die nach mehrmonatigem Dienste [* 13] aufgeschnitten wurden, zeigten durchaus reine, sogar in gewissem Grade polierte Flächen. Für eine gut regulierte Speisevorrichtung muß natürlich gesorgt sein, wenn die durch solche Kessel betriebenen Dampfmaschinen [* 14] nicht sehr unregelmäßigen Gang [* 15] zeigen sollen. Die Oberflächen der Serpolletschen Heizrohre werden neuerdings mit Querrippen versehen, welche dem Rohre eine größere Heizfläche und zugleich eine größere Widerstandsfähigkeit gegen den innern Druck geben sollen.
Das Material der Röhren ist Rotkupfer, ihre Dimensionen sind: Länge = 2 m, Breite [* 16] = 90 mm, Weite = 0,42 mm. Sie haben 0,016 qm vom Wasser benetzte Fläche und ein Gewicht von 33 kg pro 1 Pferdekraft. Kessel von mehr als 1 Pferdekraft haben mehrere solcher Röhren übereinander. In Frankreich dürfen diese Kessel ohne die gewöhnlich vorgeschriebenen Sicherheitsapparate aufgestellt werden. Sie werden benutzt für das Kleingewerbe und zum Betrieb von Fahrrädern und kleinen Dampfschiffen.
Während bisher bei den Röhrenkesseln die Röhren meist einfache Siederöhren (die innen mit Wasser gefüllt sind und außen von den Feuergasen umspült werden), oder aber Feuerröhren (die außen von Wasser umgeben sind und von den Feuergasen durchzogen werden) waren, vereinigen Charles und Babillot beide Arten und verwenden Röhren, die zugleich Siede- und Feuerröhren sind, indem sie je zwei Röhren von verschiedener Weite ineinander stecken und den Zwischenraum mit Wasser ausfüllen. Auf die Enden der Siederöhren A [* 12] (Fig. 4) sind stählerne Köpfe CC genietet, in welche die die Siederöhren durchziehenden Rauchröhren B gesteckt sind.
Die Feuergase steigen, nachdem sie sich in einem genügend großen Feuerraum D frei entwickelt haben, zwischen den Siederöhren, diese umspülend, empor. Über dem gesamten Röhrenbündel ist eine wagerechte Decke [* 17] gespannt, welche das weitere Emporsteigen der Gase [* 18] hindert und diese nötigt, in den Raum E zwischen der rückwärtigen Umfassungsmauer und den hintern Röhrenköpfen abwärts zu ziehen. Da nun die Röhrenköpfe durch entsprechende Ansätze und Flantschen zu einer Wand vereinigt sind, so ist der Zwischenraum zwischen den Röhren abgeschlossen, und die Gase sind gezwungen, durch die Rauchröhren hindurch in die Rauchkammer F zu streichen; von hier gehen sie abermals in die Höhe und nach rückwärts, die Oberkessel G sowie die Dampftrockenrohre H umspülend, um dann in den Schornstein zu entweichen.
Auf diese Weise wird die Wärmeabgabe an das Wasser eine äußerst wirksame und die Verdampfung eine sehr schnelle, da der dünne Wasserring zwischen Siede- und Feuerrohr von beiden Seiten zugleich geheizt wird. Die Heizfläche ist also eine sehr bedeutende und der benötigte Raum ein sehr kleiner. Die Röhren stehen in senkrechten Reihen, die Röhrenköpfe haben oben und unten Öffnungen, derart, daß die Wasserräume der Röhren einer Reihe miteinander verbunden sind.
Die obersten vordern Kopfe münden in ein querliegendes, die Oberkessel G tragendes und mit ihnen kommunizierendes Sammelrohr J von quadratischem Querschnitt. Die hintern untersten Köpfe münden in ein hinter dem Feuerraum liegendes Querrohr K, welches an beiden Enden durch ein aufsteigendes Rohr mit dem Sammelrohr J verbunden ist. Die Oberkessel sind zur Hälfte mit Wasser, zur andern Hälfte mit Dampf gefüllt. Von den Domen L der Oberkessel tritt der Dampf in die seitlich von denselben gelegenen Dampftrockner H. Daß der Zwischenraum zwischen Siede- und Feuerraum sich bald mit Schlamm oder Kesselstein anfüllt, soll nicht zu befürchten sein, weil die äußerst rasche Verdampfung und der schnelle Umlauf des Wassers in den Rohren solche Ansammlungen verhindert, so daß die Rohrflächen immer rein und als Heizflächen wirksam bleiben. Der Schlamm soll sich in dem untern Querrohr K sammeln und kann durch Ablassen entfernt werden. Die Röhren sind auf 30 Atmosphären geprüft. Der Quadratmeter Heizfläche erzeugt 20-25 kg Dampf in der Stunde bei 8-10facher Verdampfung.
Die im Innern von Dampfkesseln auftretenden Korrosionen, welche unter Umständen die
Dampfkessel so stark schwächen können, daß sie
dem normalen Arbeitsdruck nicht mehr widerstehen und explodieren, sind nach J. A. Schwarz meist Rosterscheinungen, welche
sich auf das Vorhandensein gewisser Bestandteile des Speisewassers zurückführen lassen, die eine mit Blechzerstörung verbundene
chemische Einwirkung auf die Kesselwände ausüben. Das Rosten wird durch die verschiedene Rostfähigkeit des Eisenmaterials
selbst oder durch äußere Einflüsse befördert oder gehemmt. Rostbefördernd sind am Eisen
[* 19] selbst rauhe Außenflächen,
Gehalt an Mangan und Schwefel, Ungleichmäßigkeit des Materials, hemmend wirken glatte Oberflächen, Gehalt
an Kohlenstoff und Phosphor, Gleichmäßigkeit des Materials. Äußere Einflüsse von rostbefördernder Wirkung sind unter Wasser
große Mengen im Wasser gelöster Kohlensäure und Sauerstoffs sowie Chlorverbindungen,
[* 12]
^[Abb.: Fig. 2. Serpollets
Dampfkessel.]
^[Abb.: Fig. 3. Serpollets Spiralrohr.]
[* 12]
^[Abb.: Fig. 4.
Dampfkessel von Charles und Babillot.]
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von hemmender Wirkung ein Gehalt des Wassers an Kalk und Soda. Nach den Korrosionsursachen lassen sich nach Schwarz drei Hauptgruppen von Korrosionen unterscheiden: Korrosionen durch im Wasser gelöste Gase, durch unlösliche Stoffe, durch lösliche Stoffe. Die Korrosionen durch im Wasser gelöste Gase werden in den allermeisten Fällen durch das Zusammenwirken von Sauerstoff und Kohlensäure hervorgerufen und zwar naturgemäß am meisten da, wo die Gase infolge der Temperaturerhöhung des Wassers aus demselben austreten und an den Kesselwänden längere Zeit anhaften können. Diese Bedingungen sind in den Siederohren der Siederohrkessel mit Zwischenfeuerung (s. Bd. 4, S. 451) erfüllt, welche daher sehr häufig von Korrosionen betroffen werden.
Unterstützende Ursachen sind hierbei eine nur geringe Bewegung des Wassers und Verletzungen der Eisenfläche (Risse, Furchen, Knickungen). Diese Korrosionen lassen sich vermindern durch stärkern Alkaligehalt des Wassers, starke Kesselneigung und Vermeidung des Eindringens von Luft ins Wasser, gänzlich verhindern jedoch durch starke Wasserzirkulation, durch Verlegung des Speisewassereintritts an eine stark erwärmte Stelle, von wo die frei werdenden Gasbläschen in den Dampfraum entweichen können, und durch starke Vorwärmung des Speisewassers.
Seltener treten Kesselkorrosionen durch Schwefelwasserstoff auf, der aus Wasser mit faulendem Seegras herrührt. Doch gewinnen diese infolge der Leichtlöslichkeit des Schwefelwasserstoffs und seiner heftigen Einwirkung auf das Eisen leicht große Ausdehnung. [* 21] Als Gegenmittel ist das Ausfällen des Schwefelwasserstoffs mit Eisensalzen zu empfehlen. Die Ursache der Korrosionen durch unlösliche Stoffe ist die chemische Zersetzung der durch das Schmieren der Dampfcylinder, Speisepumpen etc. in das Kondensationswasser und mit diesem in den Kessel gelangenden Fette.
Aus diesen werden unter der Einwirkung der Kesseltemperatur oder durch Aufnahme von Sauerstoff aus dem Wasser unlösliche Fettsäuren abgeschieden. Ersteres erfolgt in den heißern Kesselteilen, letzteres in den kältern. Abhilfe wird durch Zusatz von Soda zum Speisewasser geschaffen. Die Korrosionen durch lösliche Stoffe entstehen auf sehr verschiedene Weise, ihre Ursachen sind oft schwer zu erkennen. Häufig werden sie verursacht durch Stoffe, welche, bei gewöhnlicher Temperatur das Eisen nur wenig angreifend, mit steigender Wassertemperatur und Konzentration eine zunehmende Einwirkung auf das Kesselmaterial ausüben.
Hierhin gehört z. B. Kochsalz beim Speisen von Kesseln mit Salzsole, die von den Abwässern von Bädern herrührt, und Ätznatron in den Kesseln der Honigmannschen Lokomotive [* 22] (s. Bd. 10, S. 890). Ähnlich wirken freie Säuren, besonders an den heißesten Kesselteilen, welche in Kesselwässern enthalten sind, die von den oft salpetersäurehaltigen Abwässern von Verzinkungsanstalten, aus Torfmooren (Humussäure, Ameisensäure etc.), aus Steinkohlen-, Braunkohlen- und Kaolingruben (Schwefelsäure) [* 23] entnommen sind.
Andre Stoffe wirken dadurch schädlich, daß sie, durch die Kesseltemperatur zersetzt, Säure frei werden lassen, so z. B. schwefelsaures Eisenoxyd, welches sich bei einer Wassertemperatur von 150-160° in Eisenoxyd und Schwefelsäure zersetzt. In den Dampfkesseln von Zuckerfabriken wird das Material dadurch angegriffen, daß Zuckerlösungen mit in den Kessel gelangen und sich infolge der Kesseltemperatur unter Bildung organischer Sauren zersetzen. Andre Stoffe wirken nur da schädlich ein, wo die Kessel direkt von der Flamme [* 24] getroffen werden und Temperaturen von 250° und mehr annehmen, z. B. Schwefelnatrium in den Laugenkesseln der Cellulosefabriken, welches bei dieser Temperatur eine lokale Bildung von Schwefeleisen bewirkt.
Zur Sicherung von Dampfkesseln gegen Explosion soll ein Schmelzpfropfen dienen, der in der Kesselwandung über dem Feuerherd angebracht ist und schmilzt, wenn die Temperatur der Kesselbleche über das zulässige Maß steigt. Der durch die so entstehende Öffnung austretende Wasserstrahl soll das Feuer auslöschen. Der Pfropfen [* 25] sitzt in einem in die Kesselwand geschraubten Stutzen und besteht aus zwei ineinander steckenden Hohlkegeln, deren äußerer in den Stutzen eingeschraubt ist.
Zwischen beiden Kegeln ist ein Ringraum, der mit einer leichtflüssigen Legierung von bestimmtem Schmelzpunkt angefüllt ist. Auf diese Weise ist die Legierung vor der direkten Einwirkung des Feuers geschützt. S. Huldschinsky u. Söhne in Gleiwitz [* 26] wollen der Kesselexplosion in etwas andrer Weise vorbeugen. Sie fügen in die Kesselwandung eine absichtlich schwach gehaltene Stelle ein, welche zwar den erlaubten höchsten Dampfdruck aushält, aber bei einer bestimmten Überschreitung desselben nachgibt.
Diese schwache Stelle besteht in einer runden Platte, welche in der Mitte durch eine Druckschraube von außen gegen eine etwas kleinere Öffnung in der Kesselwandung gepreßt wird und am Rande durch eine Asbestpackung abgedichtet ist. Bei der Wasserprobe des Kessels wird die Druckschraube so eingestellt, daß bei 1-2 Atmosphären Überschreitung des höchstzulässigen Druckes die Ränder sich aufbiegen. Tritt nun beim Betrieb die gefährliche Spannung ein, so biegt der Dampf die Ränder der Platte auf, schleudert die Asbestpackung heraus und öffnet sich dadurch einen Ausgang, der genügend groß zum wirksamen Abblasen ist, und strömt durch weite Rohre in das Kesselfeuer, welches dadurch gedämpft wird. Versuche mit diesem Apparat sollen ergeben haben, daß die Kesselspannung in 5 Minuten wieder auf die normale Höhe zurückgeführt wurde.
Wenn in einem
Dampfkessel Flugasche, wie sie die Feuergase fester Brennstoffe stets mit sich führen, die Heizflächen
bedeckt, so wird dadurch, weil Asche die Wärme schlecht leitet, die Wärmeübertragung auf das Wasser entsprechend herabgezogen,
die Ausnutzung der Wärme also verschlechtert. Bei Kesseln mit Feuerrohren (Cornwall-, Fairbairnkessel) findet ein solches Absetzen
von Flugasche sehr oft statt; die Flugasche fällt beim Durchstreichen des Feuerrohrs allmählich und
legt sich auf den Boden desselben, wenn der Zug
nicht stark genug ist, um sie durchzureißen.
Bei dem gebräuchlichen geraden Durchzug der Feuergase ist aber die Wärmeübertragung von den Feuergasen durch die Rohrwand auf das Wasser auch deshalb eine beschränkte, weil die äußerste Schicht der parallel fortziehenden Gase ihre Wärme schnell abgibt, aber die Wärme der mehr nach innen liegenden Gasschichten nur langsam hindurchläßt. Zur Vermeidung dieser Übelstände ordnet R. Sickel in dem Feuerrohr in einigem Abstand von dem Roste ein Stück Schraube an (ähnlich einer Transportschnecke), deren äußerer Durchmesser nur wenig kleiner ist als derjenige des Feuerrohrs. Die vom Roste kommenden Feuergase sind somit genötigt, diese Schraube zu durchstreichen und nehmen dabei selbst eine schraubenförmige Bewegung an, derart, daß die Asche nicht dazu kommt, sich abzusetzen, sondern stets wieder aufgewirbelt wird, um erst in den gemauerten Zügen, deren ¶