Titel: | Ueber das in Dampfmaschinen-Cylindern dem Dampfe beigemengte Wasser; von Hrn. de Pambour. |
Fundstelle: | Band 89, Jahrgang 1843, Nr. LXI., S. 242 |
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LXI.
Ueber das in Dampfmaschinen-Cylindern dem
Dampfe beigemengte Wasser; von Hrn. de Pambour.
Aus den Comptes rendus, 1843, Bd. XVI S.
655.
de Pambour, über das in Dampfmaschinen-Cylindern dem Dampfe
beigemengte Wasser.
Bei allen Dampfmaschinen findet sich eine gewisse Quantität Wassers, welches
unverdampft und in Tropfengestalt mit dem Dampfe vermengt in die Cylinder
herübergeschleudert wird. Bei Locomotiven kann dieser Verlust sowohl in Folge der
Erschütterungen, die sie während der Bewegung erfahren, als auch in Folge ihrer
eigenthümlichen Construction der Erfahrung gemäß im Mittel zu 0,24 der
Bruttoverdampfung oder des Wasserverbrauchs in dem Dampfkessel angenommen werden.
Bei gewöhnlichen stationären Dampfmaschinen fehlt es noch an gewissen Daten
hinsichtlich des in Rede stehenden Verlustes; dagegen scheint sich derselbe bei gut
construirten Maschinen im Mittel nur bis auf 0,05 der Bruttoverdampfung zu erheben,
was übrigens noch einer positiven Bestätigung bedarf.
Da bei Hochdrukmaschinen mit Expansion, deren Cylinder nicht durch einen Dampfstrom
erwärmt werden, das aus dem Dampfkessel herübergeschleuderte Wasser während der
Expansion eine höhere Temperatur als der expandirte Dampf zeigt, besonders wenn die
Expansion bedeutend ist, so verdampft dieses Wasser, nachdem es vorher den
Wärmeverlust des Cylinders ausgeglichen hat, nothwendigerweise zum Theil, aber nie
ganz, und trägt dadurch zur Erzeugung des Nuzeffectes bei. Hieraus folgt, daß bei
diesen Maschinen die der erwähnten Ursache zuzuschreibende Verminderung des Effectes
weniger bedeutend als bei Maschinen ohne Expansion ist; da aber auf der andern Seite
die Dimension der Dampfkessel und die hohe Spannung des Dampfes das
Herüberschleudern des Wassers begünstigen, so wird jener Vortheil durch diesen
Nachtheil ungefähr wieder aufgewogen.
Da bei den Cornwall'schen Maschinen die Dampfcanäle sehr weit sind, sich auf ihre
ganze Weite plözlich öffnen, was bei keiner andern Dampfmaschine der Fall ist, und
da der Dampfraum im Dampfkessel sehr klein ist, so unterliegt es keinem Zweifel, daß
ein beträchtlicher Theil des Wassers in Tropfengestalt mit dem Dampfe fortgerissen
wird. Sobald aber der Dampf in den Cylinder gelangt, so breitet er sich aus, wobei
seine Temperatur sinkt, und wird wieder mit Hülfe desjenigen Dampfes erwärmt, welcher von dem
Dampfkessel in die Umhüllung des Cylinders circulirt. Diese Wiedererwärmung ist um
so vollständiger, je bedeutender die Expansion, je größer die Spannung des Dampfs in
dem Kessel und durch je längere Ruhepausen die Bewegung des Kolbens zwischen den
Huben unterbrochen ist.
Dieser von Außen hinzukommende Wärmestoff hat zunächst den Erfolg, daß während des
Kolbenhubes das im Dampfe suspendirte Wasser verdampft. Sein Einfluß steigert sich
möglicherweise bis zur partiellen oder vollständigen Verdampfung dieses Wassers,
oder bis zur vollständigen Verdampfung nebst Wiedererwärmung des hieraus
resultirenden und alles in dem Cylinder enthaltenen Dampfes auf eine Temperatur,
welche der Temperatur des Dampfkessels nahe kommt.
Man erkennt diesen Erfolg bei den Cornwall'schen Maschinen, wenn man die Verdampfung
in dem Dampfkessel mit dem Dampfvolumen in dem Cylinder unter den durch den
Indicator angezeigten Spannungen vergleicht. In der That, da man das Volumen kennt,
welches der Dampf einnehmen sollte, wenn alles Wasser in elastische Flüssigkeit
unter dem angezeigten Druke verwandelt würde, so wird, wenn man dieses Volumen mit
dem von dem Dampfe in demselben Augenblike in dem Cylinder wirklich eingenommenen
Volumen vergleicht, die Quantität Wasser, welche dem Dampf an denselben Stellen des
Kolbenhubs in Tropfengestalt beigemengt ist, den Unterschied bilden. Dieser Proceß
ist demjenigen ähnlich, den ich bereits an Locomotiven in Anwendung gebracht habe;
er läßt sich in gleichem Sinne auf alle Dampfmaschinen anwenden.
In Anwendung auf einige von Hrn. Henwood veröffentlichte
graphische Darstellungen des Indicators findet man, daß die Quantität des in
tropfbarflüssigem Zustande in dem Dampfe enthaltenen Wassers am Anfange des
Kolbenhubes beträchtlich seyn müßte, daß dieses Wasser nachher vollständig
verdampfte, und daß am Ende des Kolbenhubes der in dem Cylinder enthaltene Dampf
sich wieder auf eine Temperatur erhizt zeigte, welche sein Volumen und seine
Spannung bemerklich vermehrte. Um diesen doppelten Umstand möglichst zu
berüksichtigen, habe ich bei den Cornwall'schen Maschinen die effective Verdampfung
der Bruttoverdampfung des Dampfkessels gleichgesezt, während ich bei allen andern
Maschinen in dieser Hinsicht eine Reduction eingeführt habe.
Unterwirft man eine der oben erwähnten graphischen Darstellungen, nämlich die der
Maschine zu Huel-Towan
der Rechnung, und wendet auf dieselbe die Verdampfung an, welche nach den von Hrn.
Lean eingetragenen mittleren Beobachtungen in der
Grafschaft Cornwallis
der Brennmaterialconsumtion in dem Feuerherde entspricht (9, 335 Pfd. Wasser auf 1
Pfd. Brennmaterial), so gelangt man zu folgenden Resultaten:
Absperrung des Admissionsventils
bei
2,2
Fuß
vom
Beginn
des
Hubes
0,23
tropfbarfluͤssiges
Wasser im Cylinder
—
4
—
—
—
0,11
—
—
—
6
—
—
—
0,00
—
—
—
8
—
—
—
0,06
Vermehrung des Volumens
—
10
—
—
—
0,11
—
—
Da indessen die Verdampfung des Kessels, der Spielraum des Cylinders und andere
gegebene Größen nicht genau bekannt sind, so führen wir diese Resultate nur an, um
ihre Tendenz zu zeigen.
Uebrigens hängen die erwähnten Resultate von mehreren fundamentalen Umständen ab,
über die wir eben Versuche anzustellen beschäftigt sind, so daß wir bis jezt noch
keinen Schluß ziehen wollen.
Wir fügen nur noch hinzu, daß uns das dem Dampfe beigemengte Wasser bei den
einfachwirkenden Cornwall'schen Maschinen aus dem Dampfkessel in Tropfengestalt
herübergerissen, nicht aber als Condensationsproduct in Folge der Berührung mit dem
Cylinder erschien. Die Beweggründe, welche uns zu dieser Annahme führen, sind
zunächst die bereits erwähnten auf die Dampfwege Bezug habenden Umstände, welche,
wie die Erfahrung gelehrt hat, bei Locomotiven das Herüberschleudern des Wassers in
die Cylinder in hohem Grade veranlassen; ferner der Umstand, daß bei diesen
Maschinen der Condensator nur während des niedergehenden Kolbenspieles offen,
folglich der Cylinder abgekühlt ist; wogegen beim aufwärtsgehenden Kolbenspiel, das
dreimal so lang als das erstere dauert, und während der öfters sehr langen Ruhepause
der Condensator abgesperrt und der Cylinder erwärmt ist; daß die von Hrn. Wicksteed in der Umhüllung des Cylinders beobachtete
Temperatur in den ungünstigsten Fällen nur zu 7 Grad Fahrenheit auf 284 unter der
Spannung im Dampfkessel sich herausgestellt hat; daß endlich, wenn der Dampf bei
seinem Eintritt in den Cylinder condensirt würde, der einströmende Dampf eine
Temperatur hätte, welche diejenige der inneren Wand des Cylinderrestes, womit er in
Berührung ist, überstiege, indem während der ganzen Zeit, wo das Admissionsventil
offen bleibt, die Temperatur des Dampfes durch fortwährende Ankunft neuer
Dampfquantitäten aus dem Dampfkessel auf gleichem Grade erhoben bleibt. Demnach
würde sich von dem Momente der Absperrung des Admissionsventils an dieser Dampf,
indem er sich durch die Bewegung des Kolbens über eine kältere Fläche verbreitete,
theilweise condensiren, während wir doch aus obigen Beobachtungen im Gegentheil ersehen, daß von diesem
Augenblike an sogar das in dem Dampfe enthaltene tropfbarflüssige Wasser
verdampft.