Titel: | Ueber eine Verbesserung an den Dampfmaschinen, besonders an jenen, welche für Dampfboote bestimmt sind. Von Hrn. Aristide Vincent. |
Fundstelle: | Band 51, Jahrgang 1834, Nr. LXXIV., S. 331 |
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LXXIV.
Ueber eine Verbesserung an den Dampfmaschinen,
besonders an jenen, welche fuͤr Dampfboote bestimmt sind. Von Hrn. Aristide
Vincent.
Aus dem Journal des connaissances usuelles. Februar
1834, S. 88.
Verbesserte Dampfmaschinen fuͤr Dampfboote.
Die Speisung der Hochoͤfen mit heißer statt mit kalter Luft gehoͤrt zu
den wichtigsten Verbesserungen, die in neuerer Zeit gemacht wurden, und man kann
sagen, daß sich die gluͤklichen Resultate, zu welchen dieselbe fuͤhren
muß, heut zu Tage noch nicht ein Mal vorhersehen lassen. Der Bericht, welchen Hr.
Gueymard uͤber die Versuche erstattete, die in
dieser Hinsicht an einem der Hohoͤfen zu Vienne angestellt wurden, ergab die
genuͤgendsten Resultate, aus denen besonders eine große Ersparnis an Zuschlag, und was noch
wichtiger ist, an Brennmaterial, wovon die Hohoͤfen eine so ungeheure Menge
verschlingen, erhellt.Wir haben den Bericht des Hrn. Gueymard bereits im
Polyt. Journal Bd. XLIX. S. 189
mitgetheilt, und bemerken unseren Lesern nur, daß derselbe nun ein halbes
Jahr spaͤter auch im Bulletin de la
Société d'encouragement, November 1833, S. 386 zu
lesen ist. A. d. R. Waͤre man fruͤher auf die Idee gekommen, zur Unterhaltung des
Feuers in den Oefen heiße Luft in dieselben zu leiten, so wuͤrbe die Theorie
allein schon zu demselben Resultate gefuͤhrt haben, wie die Erfahrung, welche
in der Hauptsache Folgendes nachwies:
100 Kilogr. Gußeisen verzehrten
bei Speisung des Ofens mit kalter Luft
254,87 Kohks
100 – – – – – mit
heißer Luft
131,82
Dazu kommt noch das zur Erhizung der Luft
noͤthige Brennmaterial
14,42
––––––
146,24
–––––––––––
Mithin betraͤgt die Ersparniß bei
100 Kil.
188,63 Kohks
Der Umstand, daß man die Oefen nicht schon laͤngst mit heißer Luft speiste,
ist ein neuer Beweis, wie schwer man die Unzwekmaͤßigkeit von Dingen
einsieht, an die man durch den taͤglichen Anblik gewohnt ist. Hr. Clément-Desormes, dem die Lehre von der
Waͤrme so Vieles ihres gegenwaͤrtigen Standpunktes verdankt, und der
die Anwendung derselben in verschiedenen Industriezweigen mannigfaltig verbesserte,
hatte schon laͤngst darauf aufmerksam gemacht, daß die in die Feuerherde
eindringende kalte Luft eine große Abkuͤhlung bewirkt, und daß man dieses
Eindringen von kalter Luft also so viel als moͤglich zu verhindern suchen
muͤsse. Er berechnete den Verlust an Waͤrme, der sich dadurch, daß man
eine zu große Menge Brennmaterial auf ein Mal in die Oefen bringt, so wie auch durch
ein zu haͤufiges Oeffnen der Ofenthuͤrchen ergibt; er kam aber, so
viel ich weiß, dessen ungeachtet nicht auf die Idee, das Feuer mit heißer, statt mit
kalter Luft zu speisen.
Folgende einfache Berechnung wird zeigen, daß die Theorie, welche Clément von der Waͤrme gibt, eben so
bequem, als einfach ist. Wir wollen annehmen, es werde der Herd einer Dampfmaschine,
welche stuͤndlich 50 Kilogr. Steinkohle verbraucht, mit kalter Luft gespeist.
Da nun jedes Kilogramm zu seiner vollkommenen Verbrennung 20 Kubik-Meter Luft
braucht, so braucht der Herd in jeder Stunde 50 × 20 = 1000
Kubik-Meter Luft, welche 1,298 Kil. wiegen. Zur Erleichterung der Berechnung
wollen wir das Aequivalent dieser Quantitaͤt Luft in Wasser annehmen, d. J.
den vierten Theil, weil die Waͤrmecapacitaͤt der Luft vier Mal
geringer ist, als jene des Wassers, und weil folglich, um einen Fuß Luft auf eine
bestimmte Temperatur zu
erwaͤrmen vier Mal weniger Waͤrmestoff noͤthig ist, als zur
Erhizung derselben Quantitaͤt Wasser auf dieselbe Temperatur. Wir erhalten
also auf diese Weise 1298/4 = 324 Kil. Wasser, welche wir als auf 262° des
hundertgradigen Thermometers, die Temperatur des geschmolzenen Bleies (welche auch
die Temperatur des Rauches in der Roͤhre des Rauchfanges der meisten
Dampfmaschinen ist) erhizt annehmen wollen. Da nun das Einheitsmaß fuͤr die
Waͤrme die sogenannte Calorie ist (welche der Quantitaͤt
Waͤrme, die zur Erhoͤhung der Temperatur eines Kilogrammes um einen
Grad noͤthig ist, gleichkommt), so erhalten wir hier 324 Kil. Wasser
multiplicirt mit 262° oder 84,888 Calorieen, und diese getheilt durch 6000
Calorieen, welche sich aus einem Kilogramm gewoͤhnlicher Steinkohlen
entwikeln, geben 14,15 Kilogr. Steinkohlen, welche lediglich dadurch, daß 1,298
Kilogr. kalte Luft in den Herd gelangen, rein verloren gehen, so daß der Verlust
also den dritten Theil des ganzen Verbrauches betraͤgt. Wuͤrde man
statt der kalten Luft 1298 Kilogr. Luft von 262° haben in den Herd gelangen
lassen, so wuͤrde dieser Verlust von 14,15 Kilogr. nicht Statt gefunden
haben, und man haͤtte folglich taͤglich 336 oder jaͤhrlich an
169,000 Kilogr. Steinkohle erspart.
Es ist offenbar, daß die Ersparniß an Brennmaterial um so groͤßer seyn
wuͤrde, je heißer die eintretende Luft waͤre; allein die
Schwierigkeiten, welche das Erhizen der Luft mit sich bringt, werden bei einer
starken Erhizung so groß, daß man sich als Maximum auf eine Hize von 260 bis
270° beschraͤnken muß. Die Luft kann auf verschiedene Weise erhizt
werden; man koͤnnte sie z.B. in einer Art von Ofen, wie ich dieselben
fruͤher ein Mal zur Beheizung der Wohnungen vorschlug, erhizen. Diese Methode
verschlingt jedoch zu viel Brennmaterial, und es gibt deren andere, welche in jeder
Hinsicht den Vorzug vor dieser verdienen, und die ich hier kurz andeuten will.
Bei dem Concurse, den die
Liverpool-Manchester-Eisenbahn-Compagnie im Jahre 1830 hielt,
um den besten Dampfwagen zu ermitteln, bewunderte Jedermann den von den HH. Braithwaite und Ericsson
erbauten Novelty, der sich sowohl durch seine Eleganz, als durch die
außerordentliche Geschwindigkeit seines Laufes auszeichnete. Derselbe wuͤrde
auch wahrscheinlich den Preis davon getragen haben, wenn nicht ein Stuͤk der
Maschine, welches nicht ganz vollendet war, gebrochen waͤre, und den Wagen
außer Stand gesezt haͤtte, weiter mit zu concurriren. Dieser Wagen verdankte
nun seine außerordentliche Geschwindigkeit (welche 13 franz. Meilen in der Stunde betrug) einem
Geblaͤse, wodurch die Verbrennung immer in groͤßter Thaͤtigkeit
erhalten und die Temperatur bedeutend erhoͤht wurde: ein Umstand, der der
schnellen Erzeugung von Dampf und folglich die Geschwindigkeit der Maschine sehr
beguͤnstigte, abgesehen davon, daß das Brennmaterial ohne allen Rauch
verbrannte. Den Preis bei dem erwaͤhnten Concurse erhielt der von Hrn. Stephenson erbaute Rocket,
der, obschon er schwerer war, doch eine Geschwindigkeit von beilaͤufig 10
Meilen in der Stunde erreichte. Einige Monate spaͤter aͤnderte der
Erfinder dieses Wagens die Richtung der Roͤhre, durch welche die zur Speisung
des Herdes noͤthige Luft eintrat. Die Muͤndung dieser Roͤhre
befand sich naͤmlich hinten am Ruͤken des Wagens, und daher drang die
Luft, wenn sich der Wagen vorwaͤrts bewegte, nur langsam in die
Roͤhre, so daß die Verbrennung, und mithin auch die Dampferzeugung, nicht
lebhaft seyn konnte. Hr. Stephenson gab der Roͤhre
eine solche Wendung, daß deren Muͤndung nach Vorwaͤrts gerichtet war,
und nun war Alles umgeaͤndert; die Geschwindigkeit, die der Wagen
waͤhrend seines Laufes erreichte, oder vielmehr der Widerstand der Luft,
bewirkte, daß eine groͤßere Menge Luft in den Herd eingetrieben und so in der
Roͤhre zusammengedruͤkt wurde, daß die Roͤhre wie eine Art von
Geblaͤse wirkte. In Folge dieser hoͤchst einfachen Veraͤnderung
konnte der Wagen nun eine Geschwindigkeit von 16 Meilen in der Stunde erreichen!
Dieses Beispiel von der großen Wirksamkeit irgend einer Art von Geblaͤse
brachte mich auf die Idee, daß sich solche Geblaͤse wahrscheinlich auch an
den uͤbrigen Dampfmaschinen und Hauptsachlich an jenen der Dampfboote
anbringen ließen. Ich schlug daher vor, vor den Feuerherden einen kleinen Desaguiller'schen Ventilator, den man auf den
Muͤhlen unter dem Namen der Puzmuͤhle kennt, anzubringen, und
denselben, indem er von der Maschine selbst in Bewegung erhalten wuͤrde, als
Geblaͤse zu benuzen. Ich schlug ferner vor, auch uͤber dem Herde einen
aͤhnlichen, aber kleineren Ventilator anzubringen, der dazu bestimmt
waͤre, den Rauch nicht in den Rauchfang, sondern in einen Canal zu treiben,
der mit dem Wasser gleiche Hoͤhe haͤtte. Auf diese Weise
koͤnnte man, wie ich glaubte, in Kriegszeiten den Lauf der Dampfboote, der
sich sonst an dem langen Schweife von Rauchwolken, den diese Boote
gewoͤhnlich hinter sich her ziehen, von weitem erkennen laͤßt, einiger
Maßen verbergen; auf diese Weise koͤnnte man dem Boote dann ohne alle
Feuergefahr ein Takelwerk geben, wie es an den Briggs und den Corvetten
gebraͤuchlich ist, und man wuͤrde auf diese Weise den Dampfschiffen
auch noch die Vortheile, die die Segelschiffe bei gutem Winde unbestreitbar voraus
haben, haben zuwenden koͤnnen. Denn die Huͤlfe der Maschinen hat
eigentlich nur bei Windstille oder bei widrigem Winde ihren vollen Werth; und warum
soll man hoͤchst kostspieliges Brennmaterial verbrennen, wenn man mit
Huͤlfe des Windes und der Segel zu demselben Zwek gelangen kann?
Koͤnnte man also auf den Dampfbooten des Rauchfanges entbehren, so
koͤnnte man sich nicht nur der Segel bedienen, sondern man waͤre auch
des unangenehmen Rauches, der Alles schwaͤrzt, uͤberhoben. Die
Temperatur des Herdes wuͤrde durch den ersten Ventilator auf einer solchen
Hoͤhe erhalten werden koͤnnen, daß der Waͤrmestoff schnell
durch die Waͤnde des Kessels fortgepflanzt, und mithin eine rasche
Dampferzeugung erzielt wuͤrde. Die Schiffe wuͤrden sich hier ganz in
demselben Falle befinden, den wir oben von dem Stephenson'schen Wagen erzaͤhlt haben; ihre Geschwindigkeit
wuͤrde bedeutend erhoͤht werden, und diese Erhoͤhung
wuͤrde um so schaͤzenswerther seyn, als sie nur einen sehr geringen
Theil von der mechanischen Kraft der Maschine, 1/20, kosten wuͤrde.
Verbindet man nun diese Verbesserung auch noch mit der Erhizung der Luft, von der ich
am Eingange dieses Artikels gesprochen habe, so wird man beinahe das Maximum der
durch die Verbrennung erzielbaren Wirkung erreichen. Die Erhizung der Luft mittelst
Oefen, wie man sie zum Heizen der Zimmer und Gebaͤude hat, waͤre in
diesem Falle zwar zu kostspielig, allein es gibt noch eine andere Methode, welche
beinahe gar nichts kostet.
Der Rauch oder die mit den Producten der Verbrennung gesaͤttigte Luft besizt
bei ihrem Eintritte in die Roͤhre des Rauchfanges eine sehr hohe Temperatur,
die kaum unter 150° betraͤgt, wohl aber oft bis auf
4–500° steigt. Die Quantitaͤt Waͤrme, welche von dem
Rauche fortgerissen wird, betraͤgt beinahe immer den dritten Theil, und oft
sogar die Haͤlfte der auf dem Herde entwikelten Waͤrme, und sollte man
diese unbenuzt lasten? An den gewoͤhnlichen Rauchfaͤngen muß
nothwendig eine gewisse Quantitaͤt Waͤrme verloren gehen, damit der
Rauch ausgedehnt und zum Emporsteigen veranlaßt werde; allein statt der 30 bis 50
Proc. sind streng genommen nur 8 bis 10 Proc. noͤthig, wenn die
Verhaͤltnisse des Herdes und seiner Oeffnungen gehoͤrig und gut
berechnet sind. Hier hingegen verbrauchen wir zu diesem Behufe gar keine
Waͤrme, weil wir den Rauch durch einen Ventilator nach Außen treiben; hier
kann daher alle Waͤrme, die sich auf dem Herde entwikelt, auch wirklich
nuͤzlich verwendet werden, indem man den Rauch so lange durch die metallenen
Roͤhrenwindungen eines Ofens leitet, bis saͤmmtlicher in ihm
enthaltener Waͤrmestoff verzehrt ist. Diese Bewegung wuͤrde dem Rauche durch
jenen Ventilator, der dazu bestimmt ist, den Rauch nach Außen zu treiben,
mitgetheilt werden, waͤhrend der zweite vor dem Herde angebrachte Ventilator
zu gleicher Zeit die aͤußere Luft durch die anderen erhizten
Roͤhrenwindungen treiben muͤßte, so daß sie endlich mit einer
Temperatur von 200 bis 250° in den Herd eintraͤte. Wir erhalten also
hier, ohne allen Aufwand an Brennmaterial, sondern bloß durch eine
verstaͤndige Benuzung jener Waͤrme, die der Rauch bisher ohne allen
Vortheil mir sich fortriß, 1000 Kub.-Meter Waͤrme, welche
stuͤndlich in den Herd eintreten muͤssen; und wir werden mithin statt
50 Kilogr. Steinkohle deren nur 36 verbrauchen, obschon die Geschwindigkeit des
Schiffes merklich groͤßer seyn wird, als fruͤher.
Ich halte die Vortheile, welche die oben erwaͤhnten Einrichtungen
gewaͤhren, fuͤr zu einleuchtend, als daß ich es fuͤr
noͤthig hielte, in eine umstaͤndlichere Auseinandersezung derselben
einzugehen. Ich erlaube mir nur noch einige Worte uͤber die Fortschritte
beizufuͤgen, welche diese Verbesserungen in der Dampfschifffahrt und in der
Industrie im Allgemeinen bewirken duͤrften.
Laͤßt sich in der That etwas Vortheilhafteres denken, als diese bedeutende
Verminderung in dem Verbrauche an Brennmaterial beim Betriebe der Hohoͤfen?
Die nothwendigste Folge hiervon ist ein Sinken des Preises des Eisens, und hieraus
wird eben so nothwendig ein groͤßerer Verbrauch dieses unschaͤzbaren
Metalles folgen; man wird eine Menge von Dingen, zu welchen man gegenwaͤrtig
noch Holz verwendet, in Zukunft weit zwekmaͤßiger aus Eisen verfertigen; die
Maschinen werden sich nicht nur vervielfaͤltigen, sondern auch wohlfeiler
werden; die Erzeugnisse der Maschinen werden gleichen Schritt mit ihnen selbst
halten etc. Ganz vorzuͤglich guͤnstigen Einfluß wird jedoch diese neue
Benuzung der Waͤrme auf die Dampfschifffahrt uͤben; denn die
Dampfmaschinen der Dampfboote verzehren bekanntlich bei gleicher Kraft mehr
Brennmaterial als jene, deren man sich auf dem festen Lande bedient. Der Grund
hiervon liegt theils in der Form der Schiffe, theils in dem geringen Raume, der hier
den Maschinen gegoͤnnt ist. Die Schwierigkeit, einen großen Vorrath von
Brennmaterial auf den Schiffen unterzubringen, ist es hauptsaͤchlich, welche
bisher der allgemeineren Verbreitung der Dampfboote im Wege stand, und welche deren
Benuzung immer noch groͤßten Theils auf die Kuͤstenfahrt und auf die
Schifffahrt auf den Binnenwassern beschraͤnkte. Eine Ersparung von 1/3 an dem
Brennmaterials ist von solcher Bedeutung, daß sie allerdings große
Veraͤnderungen in den Handelsverbindungen der Voͤlker zu bewirken im
Stande ist. Gesezt z.B. ein Schiff koͤnne 60 Tonnen oder 60,000 Kilogr. Steinkohle laden,
und verbrauche deren innerhalb 24 Stunden 4800 Kilogr. fuͤr eine Streke von
80 Meilen, so wird dieses Brennmaterial nur fuͤr 12 Tage und fuͤr die
Zuruͤklegung von 960 Meilen reichen. Kann der Verbrauch an Brennmaterial
hingegen um 1/3 vermindert werden, so wird das Schiff mit seinen 60 Tonnen
Steinkohlen 16 Tage lang reichen und 1280 Meilen zuruͤklegen koͤnnen.
Im ersteren Falle haͤtte das Schiff also keine directe Ueberfahrt von 600
Meilen und zuruͤk vollenden koͤnnen, ohne seinen Vorrath zu erneuern;
im zweiten hingegen ist dieß wohl moͤglich, so daß also hiernach die
Dampfschifffahrt zwischen Frankreich und Nordamerika nicht nur moͤglich,
sondern leicht ausfuͤhrbar waͤre.
Ich glaube, daß die Ideen, die ich hier entwikelte, allerdings einer Mittheilung
werth waͤren, und zaͤhle dabei auch auf die Nachsicht meiner
Leser.