Titel: | Pilbrow's condensirende Cylinder-Dampfmaschine. |
Fundstelle: | Band 82, Jahrgang 1841, Nr. XXII., S. 81 |
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XXII.
Pilbrow's condensirende
Cylinder-Dampfmaschine.
Aus dem Mechanics' Magazine. Jun. 1841, S.
417.
Mit Abbildungen auf Tab.
II.
Pilbrow's condensirende Cylinder-Dampfmaschine.
Bei dieser Dampfmaschine ist die Luftpumpe und der Condensator durch einen Cylinder
ersezt, welcher dieselbe Weite wie der Dampfcylinder besizt und mit einem soliden
Kolben versehen ist. In diesem Cylinder, welcher die Wirkungen des Condensators und
der Luftpumpe in sich vereinigt, wird der Dampf wie bei den gegenwärtigen
Condensationsmaschinen durch Injection zu Wasser verdichtet, allein während seiner
Condensation übt der noch nicht condensirte Dampf bis zu seiner gänzlichen
Vernichtung auf den Condensatorkolben eine Kraft aus, welche dem Widerstande
gleichkommt, den der zu condensirende Dampf dem Kolben im Dampfcylinder
entgegensezt. Dieser Widerstand kann aber bei dem gegenwärtigen Dampfmaschinensystem
nicht zu Gunsten desselben nuzbar gemacht werden, weil der Dampf in einem Behältniß
ohne Kolben condensirt wird. Der Hauptzwek des Hrn. Pilbrow war nicht, den Dampf expandirend auf den Kolben des
Condensations-Cylinders wirken zu lassen, sondern durch Condensirung des
Dampfes eines jeden vorhergehenden Kolbenhubes vermittelst seines Condensatorkolbens
einen beinahe vollkommen luftleeren Raum unter demselben zu erlangen, was dasselbe
ist, wie wenn der Dampfkolben seinen Hub bei vollkommen luftleerem Cylinder beginnen
würde.
Das Vacuum, welches bei den Condensationsmaschinen gegenwärtiger Construction wirksam
ist, wird nur während der Dauer des Kolbenhubes erzeugt, diese Kraft ist daher nur
während der Condensation des Dampfes thätig. Bei einem Condensationscylinder mit
Kolben dagegen ist das Vacuum bereits vor dem Beginn der Kolbenbewegung zu Stande
gebracht. Dieser Umstand gibt dem Apparate den die Cornwallis-Maschinen mit
einfachem Hube charakterisirenden Vorzug, nur in einem noch höheren Grade, indem der
Condensatorkolben als eine doppeltwirkende Luftpumpe arbeitet und bei jedem
Auf- und Niedergang die condensirte Flüssigkeit aus dem Cylinder
hinaustreibt. Bei der jezigen Maschine dagegen gestattet die Luftpumpe, da sie
einfachwirkend ist, die Anhäufung von zwei Condensirungen im Condensator, welche der
Wirkung des Kolbens widerstehen.
Obgleich der Condensatorkolben auf seiner anderen Seite immer die Condensirung des
vorhergehenden Hubes und eine geringe aus einer Condensation entbundene Quantität
Luft und Gas hat, so kann doch bei ihm nicht eine Anhäufung von Luft und Gas
stattfinden, wie sie bei dem gegenwärtigen Condensator vorkommt. Der aus dieser
Ursache hervorgehende Gewinn kann nach der berechneten Differenz der mittleren
Schwankung im Condensator zu 1 Pfd. auf den Quadratzoll angeschlagen werden; mithin
kann die Expansion des Dampfs bei den condensirenden Cylinder-Dampfmaschinen
gerade an einer in solchem Verhältniß tieferen Stelle beginnen, als der lezte
Widerstand geringer, wie bei den Maschinen des gegenwärtigen Systems befunden wird.
Die Spannung des Wasserdampfs bei verschiedenen Temperaturen ist in den Tabellen von
Watt, Dalton und anderen genau bestimmt, so daß, auf
welchen Grad auch während der Condensirung des Dampfs die Reduction der Temperatur
sich belaufen möge, immerhin der dazu gehörige Druk zu Gunsten der Maschine dem
Condensatorkolben mitgetheilt wird, indem derselbe in das auf der anderen Seite
bereits gebildete, beinahe vollkommene Vacuum einzutreten strebt.
Folgendes ist die Beschreibung der Wirkung einer condensirenden, mit Woolf's und Hornblower's
Maschine jedoch nicht zu verwechselnden Cylinder-Dampfmaschine. Bei dieser
hat es sich der Erfahrung gemäß am besten gezeigt, die Verdichtung des Dampfs durch
Injection in den Condensationscylinder nicht eher eintreten zu lassen, als bis der
Kolben einen Theil seines Hubes bereits zurükgelegt hat, so daß alsdann auf der
anderen Seite die ganze Dauer des Hubes über ein wirksames Vacuum gebildet wird.
1, Fig. A
, ist der Dampfcylinder; 2 der Kolben und 3 die Kolbenstange; 4 ist der Weg
für den abwechselnden Ein- und Austritt des Dampfs in den unteren Theil des
Dampfcylinders; 5 ein ähnlicher für den oberen Theil des Cylinders; 6 und 7 der Weg
für die abwechselnde Communication zwischen dem Dampf- und
Condensationscylinder; 8 und 9 Schiebventile; 10 die Oeffnungen, durch welche der
Dampf von dem Kessel nach den Ventilen gelangt; 11 die in Stopfbüchsen laufende
Stange zur Bewegung der Schiebventile 8 und 9; 12 und 13 Kolben und Kolbenstange des
Condensationscylinders 14, welcher mit dem Dampfcylinder gleichen Rauminhalt hat; 15
ist der Weg, durch welchen das verbrauchte Injectionswasser nebst Luft oder Gas, am
Ende jedes Kolbenniederganges im Condensationscylinder, in den Warmwasserbehälter
geschafft wird, um zur Speisung des Dampfkessels wieder verwendet zu werden; das
Ventil 17 hindert die Rükkehr dieses Wassers nach dem Condensationscylinder.
18 ist die mit einer seiherartig durchlöcherten Mündung versehene Oeffnung, durch
welche das zur Condensation des Dampfs nöthige Injectionswasser in den Raum unter
dem Kolben des Condensationscylinders eingesprizt wird; das Injectionswasser nimmt
seinen Weg nach dieser Oeffnung durch das zur Regulirung der Injection dienliche
Ventil 19, welches durch die Stange 20 mit dem Dampfschiebventile 8 in feste
Verbindung gebracht ist. 21 ist der Canal, durch welchen das consumirte
Injectionswasser am Ende jedes aufwärts gehenden Kolbenhubes, wie oben, in den
Warmwasserbehälter geschafft wird; der Rükweg ist diesem Wasser durch das Ventil 22
abgeschnitten. 23 ist die mit einer durchlöcherten Mündung versehene Oeffnung, durch
welche das zur Condensation des Dampfs erforderliche Wasser in den Raum über den
Kolben eingesprizt wird. Zu dieser Oeffnung gelangt das Wasser durch das die
Injection regulirende Ventil 24, welches vermittelst der Stange 25 an das
Dampf-Schiebventil 9 befestigt ist. Die Injectionsröhre leitet das Wasser auf
die gewöhnliche Weise von einem äußeren Wasserbehälter her und verzweigt sich in
zwei Arme 26 und 27, einen unter und den anderen über dem Condensationscylinder.
Das Spiel der Maschine ist nun folgendes. Zuerst wird auf die gewöhnliche Weise die
Luft ausgeblasen, darauf werden die Cylinder und Röhren mit Dampf gefüllt.
Angenommen, die Kolben befinden sich in den Fig. A
dargestellten Lagen, der Kolben des Dampfcylinders befinde sich nämlich in
seiner tiefsten und der Kolben des Condensationscylinders in seiner höchsten Lage,
die unteren Ventile 8 und 19 seyen aus freier Hand auf die linke Seite bewegt, so
fließt das Injectionswasser auf die gewöhnliche Weise nach der Richtung der Pfeile
in den Condensationscylinder unter den Kolben und erzeugt durch Condensirung des
darin enthaltenen Dampfs ein Vacuum. Die Maschine kann nun in Gang gesezt werden.
Der Kolben des Condensationscylinders befindet sich oben und hat ein Vacuum unter
sich, der Kolben des Dampfcylinders hat seinen tiefsten Stand erreicht und der Raum
über demselben ist mit Dampf erfüllt. Die Verbindung beider Kolbenstangen mit der
Maschine ist in entgegengesezten Richtungen oder an jedem Ende des Balanciers
hergestellt, wie Fig. 1 zeigt. Werden die Ventile 9 und 24, Fig. A
, in der Richtung des Pfeils nach der linken Seite hin bewegt, so ist durch
die Wege 5 und 7 eine Verbindung zwischen dem oberen Theile des Dampfcylinders und
dem oberen Theile des Condensationscylinders hergestellt, und in Folge derselben
Bewegung fließt das Injectionswasser durch die Oeffnung 23 in den oberen Theil des
Condensationscylinders, um den Dampf bei seinem Eintritt aus dem Raum über dem Dampfkolben sogleich zu
condensiren. Durch dieselbe Bewegung werden die Ventile 8 und 19 nach der Richtung
des Pfeils rechts bewegt, so daß durch die Wege 10 und 4 die Communication zwischen
dem Dampfkessel und der unteren Seite des Dampfkolbens hergestellt ist. Zugleich
wird aber auch das unter dem Kolben des Condensationscylinders enthaltene
Injectionswasser durch das Ventil 19 abgeschnitten.
Die Maschine wird nun ihre volle Thätigkeit beginnen, indem beide Kolben in Bewegung
gerathen, und zwar der Condensationskolben abwärts, der Dampfkolben aufwärts. Der
untere Theil des Dampfkolbens empfängt daher die volle elastische Kraft des Dampfs,
während seine obere Fläche durch den in den Condensationscylinder strömenden, zu
condensirenden Dampf denselben Widerstand erfährt, welcher auch bei den
Condensatoren gegenwärtiger Construction stattfindet. Da aber die Communication
zwischen dem oberen Theile des Dampfkolbens und dem oberen Theile des
Condensatorkolbens offen ist, so wird während des Condensationsprocesses der ganze
von dem nicht condensirten Dampfe herrührende Druk, welcher die Bewegung des
Dampfkolbens verzögert, auf den Kolben des Condensationscylinders übergetragen; da
ferner jedesmal am Ende eines Hubes auf der anderen Seite dieses Kolbens ein
durchaus vollkommneres Vacuum stattfindet, als dieses in dem Condensator einer
Dampfmaschine gegenwärtiger Construction zu Stande gebracht werden kann, so wird in
der That derselbe effective Druk erreicht, wie wenn der Dampfkolben selbst seinen
Hub mit einem vollkommenen Vacuum im Cylinder beginnen würde. Hat der Dampfkolben
seine höchste und der Condensatorkolben seine tiefste Lage erreicht, so sind bereits
sämmtliche Producte der ersten Injection, nämlich Condensationswasser und Luft durch
den abwärts gehenden Hub des Condensatorkolbens ausgetrieben und durch den Canal 15
in den Warmwasserbehälter geschafft worden. Während der Condensatorkolben sich
abwärts bewegte, trat der Dampf, wie oben bemerkt, aus dem Dampfcylinder in den
oberen Theil des Condensationscylinders und wurde mittelst Injection von Wasser
durch die Oeffnung 23 condensirt. Wenn nun der Condensatorkolben am Boden seines
Cylinders ankommt, so wird jener Dampf vollkommen vernichtet seyn. Das Excentricum
wird nun die Ventile auf die gewöhnliche Weise so verschieben, daß eine
Communication zwischen dem Dampfkessel und dem oberen Theile des Dampfkolbens, so
wie zwischen dem unteren Theile des lezteren und dem unteren Theile des
Condensatorkolbens hergestellt wird; zugleich wird durch dieselbe Bewegung die obere
Injectionsöffnung des Condensationscylinders abgesperrt und die untere geöffnet. Die
obere Fläche des
Dampfkolbens erfährt sofort den vollen Dampfdruk, während seine untere Fläche mit
der unteren Fläche des Condensatorkolbens durch den zwischen ihnen befindlichen
Dampf sich ins Gleichgewicht stellt, wie dieß vorher mit den oberen Flächen beider
Kolben der Fall war; zugleich condensirt das Injectionswasser den Dampf unter dem
Condensatorkolben.
Sollte man es für vortheilhafter finden, wenn weniger Injectionswasser und Luft
auszutreiben wäre, so kann man den Condensationscylinder in einen Wasserbehälter
eintauchen, und durch eine Speisepumpe beständig kaltes Wasser um denselben
circuliren lassen.
Fig. B
zeigt das auf diese Maschine anwendbare D Ventil
und den in der Mitte der Cylinderhöhe befindlichen Dampfweg. 1 ist ein Theil des
Dampfcylinders; 2 ein Theil des Dampfkolbens; 3 ein Theil des Condensatorcylinders;
4 ein Theil des Condensatorkolbens;
5 die Mündung des aus dem Dampfkessel führenden Dampfweges;
6 das Ventil, welches gewöhnlich einen Durchweg enthält, in diesem Falle aber solid
seyn muß; 7 ist der Weg, durch welchen der Dampf abwechselnd in den unteren Theil
des Dampfcylinders zugelassen wird und aus demselben tritt; 10 ist der Weg in den
oberen Theil des Condensationscylinders. Diese durch das Excentricum in Thätigkeit
gesezten Ventile werden den nöthigen Erfolg leisten; sie sind durch einen
Winkelhebel mit den zur Regulirung der Injektion dienlichen Ventilen in Verbindung
zu sezen.
Man mag sich Pilbrow's Ventile oder der sogenannten DVentile bedienen, die Injection des Wassers erfordert
für den Fall, daß die Maschine in Stillstand gesezt oder ihre Geschwindigkeit
abgeändert werden soll, keine besondere Aufmerksamkeit von Seiten des Maschinisten.
Er hat nur am Anfange den gewöhnlichen Hahn zu stellen, so daß die geeignete
Quantität Wasser durch die Injectionsröhre nach den regulirenden Ventilen strömt,
worauf der Zufluß und Ausschluß des Injectionswassers durch die Geschwindigkeit der
Maschine selbst regulirt wird.
Fig. C
stellt eine compacte Anordnung der in Rede stehenden Maschine in Anwendung
auf Dampfschiffe dar, wobei den Seitenhebeln der Vorzug gegeben ist. Für
Dampfmaschinen zu Lande, so wie für Cornwallis-Maschinen empfiehlt Pilbrow den Condensationscylinder von gleicher Weite wie
den Dampfcylinder zu machen und ihn unmittelbar unter dem lezteren anzubringen,
wobei Luftpumpe und Condensator des gegenwärtigen Systems wegbleiben. Kolben und
Kolbenstange des Condensationscylinders können auf irgend eine passende Weise mit
einem an der Dampfkolbenstange befindlichen Querstük oder mit dem Ende des
Balanciers in feste Verbindung gebracht werden. Der Zwek, welchen man bei Anwendung
dieses Princips auf die Cornwallis-Maschine erreichen will, ist folgender:
man erlangt nämlich dadurch, daß man bei jedem Hube das Condensationswasser
wegschafft, ein besseres Vacuum. Obgleich bei Cornwallis-Maschinen ein Vacuum
im Cylinder leichter herzustellen ist, als bei Maschinen mit rottender Bewegung, so
liefern sie doch nicht vom Beginn des Kolbenhubes an einen vollkommen evacuirten
Cylinder; hiefür bietet nun Pilbrow's Maschine ein
Aequivalent.
Kesselspeisung. – Fig. E
zeigt eine sehr glüklich ausgedachte, ingeniöse Methode, die für Hoch-
oder Niederdruk berechneten Kessel ohne Drukpumpe, aber auf eine ganz wirksame Weise
mit Wasser zu speisen. 1 ist der Durchschnitt eines Theils von einem Dampfkessel; 2
die von der Warmwassercisterne herführende Speisungsröhre, welche mit dem
Speisungsapparat nicht in einerlei Höhe zu liegen braucht, weil der Dampf im Kessel
in Folge der Condensation durch das Speisungswasser selbst ein Vacuum erzeugt, in
welches durch den Druk der Atmosphäre das Wasser getrieben wird, wie dieses beim
Condensator der Fall ist. 3 ist ein metallener, innerhalb des Dampfkessels
befestigter Träger, welcher nach der Wasserlinie adjustirt seyn muß; auf seiner
glatt abgeschliffenen Oberfläche gleitet dampfdicht ein hohler Schieber 4. Bei
Seedampfbooten muß dieser Träger bis in die Mitte des Kessels geführt seyn, wo das
Wasser immer das gleiche Niveau behält, wie sehr es auch aus seiner
Gleichgewichtslage gebracht werden mag. 5 ist eine an dem Schieber befestigte
Stange, welche durch eine am Kessel angebrachte Stopfbüchse 6 gleitet; diese Stange
ist mit irgend einem passenden Maschinentheile vor- und rükwärts verschiebbar
in Verbindung gebracht. Folgendes ist das Spiel des Speisungsapparates. Wenn der
Schieber in der Fig.
E
sichtbaren Lage sich befindet, so ist der hohle Raum 7 von der
Warmwassercisterne aus durch die Röhre 2 mit Wasser gefüllt; wird aber der Schieber
durch das Spiel der Maschine in die durch punktirte Linien angedeutete Lage
geschoben, so fließt das Wasser aus dem hohlen Raume 7 in den Kessel. Hat sich die
Wasserlinie 9 bis zum Niveau des Trägers erhoben, so wird das Wasser nicht mehr aus
der Höhlung 7 herausfließen, sondern wieder zurüktreten, bis das Wasser wieder im
Geringsten unter das normale Niveau gesunken ist. So kann denn das Wasser, während
die Maschine in Thätigkeit ist, nie über die ihm angewiesene Höhe im Dampfkessel
steigen, noch unter dieselbe herabsinken. Nachdem der hohle Schieber seines Wassers
sich entledigt hat, bewegt er sich mit Dampf gefüllt in seine vorige Lage zurük. Mit
dem Wasser in Berührung kommend wird nun dieses Dampfquantum condensirt, worauf sich
die Höhlung 7 wieder
mit Wasser füllt, um damit den Dampfkessel zu speisen. Während das Wasser in den
Kessel sich ergießt, bedekt der Fuß 10 des Schiebers die Mündung der Speisungsröhre
und verhütet dadurch das Ausströmen des Dampfs durch die leztere. Bei seinem
Bestreben zu entweichen, drükt der Dampf den Fuß des Schiebers nieder und verhütet
dadurch das Ueberschlagen des Schiebers, wenn dieser so weit über den Träger hinaus
sich verschiebt. Der Rauminhalt der Schieberhöhlung ist so eingerichtet, daß er mehr
Wasser faßt, als bei jedem Kolbenhube verdampft. Dieser Ueberschuß dient zur
Ergänzung des etwa in Folge des Dampfausströmens oder Entweichens durch das
Sicherheitsventil entstehenden Mangels. Ueberfüllt kann indessen, wie oben bereits
bemerkt wurde, der Kessel nie werden.