Titel: | Ueber O. Hallauer's Abhandlung, betreffend die Erfahrungen über Woolf'sche und Compound-Maschinen; von Professor Gust. Schmidt. |
Autor: | Gust. Schmidt |
Fundstelle: | Band 229, Jahrgang 1878, S. 118 |
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Ueber O. Hallauer's Abhandlung, betreffend die Erfahrungen über Woolf'sche und Compound-Maschinen; von Professor Gust. Schmidt.
Hallauer und G. Schmidt, ü. Woolf'sche und
Compound-Maschinen.
Der bereits durch viele vorangegangene verdienstliche Abhandlungen bekannte Ingenieur
O. Hallauer legt im Bulletin de Mulhouse, 1878 S. 231 bis 314
eine neue wichtigerichtige Folge von Versuchen vor, welche sich auf nachstehende Maschinen
beziehen:
A)Woolf'sche Balanciermaschine mit Dampfhemd an
beiden Cylindern. Aus dem Dampfhemd gelangt der Dampf in den Schieberkasten des
kleinen Cylinders. Das im Dampfhemd condensirte Wasser wird gesammelt und
gemessen. Der kleine Cylinder hat D1 = 0m,550
Durchmesser, S1 =
1m,415 Hub, der groſse D2 = 1m,200 Durchmesser und S2 = 2m Hub, Volumverhältniſs 6,73.
B) Liegende Woolf'sche Maschine
mit Dampfhemd D1 =
0m,381, D2 = 0m,8575,
S1 = S2 = 1m,297, Volumverhältniſs 5,06.
C) Verticale Compound-Schiffsmaschine, beide Cylinder mit
Dampfhemd auch an Deckel und Boden, mit Zwischenkammer, welche das Dampfhemd des
kleinen Cylinders umgibt. D1 = 0m,820,
D2 = 1m,450, S1 = S2 = 0m,900,
Volumverhältniſs 3,13.
Mit diesen Maschinen ist noch in Vergleich gezogen:
D) Die bekannte eincylindrige Balanciermaschine von Hirn ohne Dampfhemd mit überhitztem Dampf
arbeitend, mit 0qm,285 mittlerer Kolbenfläche
und 1m,704 Hub, zwei Einlaſs- und zwei
Auslaſsschiebern und in Folge dessen nur 1 Proc. schädlichem Raum.
E) Die von Prof. C. Linde in
München im März 1871 untersuchte liegende Maschine mit 4 Ventilen mit D = 0m,7, S = 1m,5 (vgl. *
1871 201 481).
Die Ergebnisse an diesen 5 Maschinen sind von Hallauer
in der folgenden Tabelle zusammengestellt, welche nachstehende Posten enthält
Post
1
Jahreszahl des Versuches.
„
2
Tag und Monat (letzterer in lateinischen
Ziffern).
„
3
Absolute Spannung des Kesseldampfes (k auf 1qc).
Post
4
Temperatur bei dieser Spannung.
„
5
Temperatur des überhitzten Cylinderdampfes.
„
6
Füllungsgrad (bezogen auf den groſsen Cylinder).
„
7
Indicirte Pferdestärke (zu 75mk in der Secunde).
„
8
Gebremste Pferdestärke.
„
9
Wirkungsgrad als Verhältniſs von Post 8 zu Post
7.
„
10
Tourenzahl in der Minute.
„
11
Mittlere Spannung des in den Condensator
auspuffendenVorderdampfes (k auf 1qc).
„
12
Verhältniſs der Arbeit des auspuffenden Dampfes vor dem
Kolbenzur Arbeit des wirksamen Hinterdampfes. (Hallauer sagt: „Travail
négatif du vide rapporté au travail
absolu“, indem er unter absoluterArbeit die von dem auf
die Hinterfläche des Kolbens wirkendenDampf abgegebene Arbeit versteht,
von welcher die Vorderdampfarbeitdes in den Condensator auszupuffenden
Dampfes abgezogenwerden muſs, um die indicirte Arbeit zu
erhalten.)
„
13
Gesammtwärmemenge des bei jedem Kolbenhub in den
Cylindertretenden Dampfes in Calorien.
„
14
Gewicht der entsprechenden Menge verbrauchten
gesättigten Dampfes.
„
15
Stündlicher Dampfverbrauch für die absolute
Pferdestärke (welchegeleistet würde, wenn vor dem Kolben sich ein
absolutes Vacuumbefinden würde.
„
16
Stündlicher Dampfverbrauch für die indicirte
Pferdestärke.
„
17
Stündlicher Dampf verbrauch für die effective
Pferdestärke.
„
18
Menge des niedergeschlagenen Wassers bei Beginn der
Expansion inProcent des Admissionsdampfes.
„
19
Menge des niedergeschlagenen Wassers am Ende der
Expansion inProcent.
„
20
Abnahme U1 – U2 der in dem Dampf enthaltenen Wärmenge
währendder Expansion in Colorien.
„
21
Verhältniſs der Auspuffwärme zur Gesammtwärme. (Vgl.
Referatüber Hallauer: Moteurs à vapeur, in
D. p. J. 1878 227 321.)
PostNr.
Versuche mit der Maschine
A
A
B
C
D
D
D
E
1
1877
1877
1876
1873
1875
1875
1875
1871
2
21.22.VI
4.5.VII
22.XI
6.XII
26.VIII
7.IX
8.IX
22.III
3
5,167
5,167
4,960
4,650
4,994
4,968
4,971
6,220
4
152,22
152,22
150,69
148,29
151
150,77
150,77
160,63
5
–
–
–
–
215
195
–
–
6
1/7 gedro.
1/7
⅙
⅕
0,2139
0,1628
0,1628
0,1
7
267,85
347,16
130,00
689,65
135,77
113,08
107,81
200,00
8
226
303,16
112,08
–
124
102
97
180
9
84,38
87,33
86,22
–
91,33
90,20
89,97
90
10
25,2
25,25
39,37
75
29,97
29,98
30,41
39,35
11
0,275
0,290
0,251
0,216
0,191
0,186
0,211
0,339
12
20,52
17,43
20,06
13,38
8,37
9,70
11,48
14,47
13
505,43
645,52
163,51
433,01
181,56
151,15
170,00
240,41
14
0,7741
0,987
0,2506
0,6644
0,2782
0,2316
0,2605
0,3669
15
6,9452
7,1121
7,2903
7,5098
6,7519
6,6523
7,891
7,4082
16
8,7390
8,6140
9,1201
8,6706
7,3691
7,3679
8,915
8,6625
17
10,357
9,864
10,563
–
8,068
8,168
9,826
9,625
18
14,21
16,17
11,20
7,46
0,83
24,64
36,0
33,96
19
5,39
6,60
5,34
13,74
17,15
21,38
35,19
25,0
20
–16,58
–17,40
–3,63
+40,32
+26,05
+1,66
+5,12
–12,43
21
1,32
3,38
1,19
5,74
9,7
12,43
21,76
11,87
Hallauer vergleicht nun zunächst den stündlichen
Dampfverbrauch für die absolute Pferdestärke bei der
k
Maschine
D
mit
überhitztem Dampf
=
6,652
„
A
„
gesättigtem Dampf
und
Dampfhemd
=
7,112
„
D
„
„ „
ohne
„
=
7,891,
in welchen 3 Fällen die Füllung ziemlich gleich ist (1/7), und bemerkt,
daſs das Woolf'sche System dem eincylindrigen mit
gesättigtem Dampf nur um 10 Proc. überlegen ist, welche 10proc. Ersparung auch bei
der Hirn'schen eincylindrigen Maschine durch das
Dampfhemd zu erreichen gewesen wäre. Der Verbrauch für die indicirte Pferdestärke
ist jedoch beziehungsweise 7,368, 8,614, 8k,915,
und es beträgt hierbei nach Post 12 die negative Arbeit des Vorderdampfes bezieh.
9,70, 17,43, 11,48 Proc. der absoluten oder Hinterdampf-Arbeit. Hallauer erlaubt sich hieraus zu folgern, daſs die Hirn'sche Maschine durch Hinzufügung eines Dampfmantels
der Woolf'schen um 7 Proc. überlegen sein würde,
„wegen des schlechteren Vacuums“ in der
Woolf'schen Maschine. Dies ist jedoch eine nicht
correcte Ausdrucksweise; denn die mittlere Vorderdampfspannung betrug bei der Woolf'schen Maschine (nach S. 253 des Bulletin) 0,214 bis 0k,340 und bei der Hirn'schen Maschine ohne
Ueberhitzung nach der früheren Abhandlung Hallauer's
0k,213 auf 1qc, und es ist auch kein Grund zu ersehen, warum die Woolf'sche Maschine ein schlechteres Vacuum geben
sollte als die eincylindrige, wenn in beiden Fällen die Einspritzwassermenge etwa
33mal so groſs ist wie die Speisewasser menge. Hallauer
wollte daher nicht das Vacuum selbst, sondern das in Post 12 angeführte Verhältniſs
bei der Woolf'schen Maschine principiell als schlechter
bezeichnen, und dies ist eine neue Behauptung, die wohl überlegt zu werden verdient.
Schon in einer früheren Abhandlung (Note sur les variations
du vide, Mülhausen 1875) verglich Hallauer
eine Woolf'sche Maschine mit einer Corliſs-Maschine mit Dampfhemd in dieser Richtung und
fand bei
Normalem Gang:
Woolf
Corliſs
a)
Absolute Arbeit für den Kolbenhub
mk
28000,3
6566,4
b)
Vorderdampfarbeit „ „ „
mk
4201,6
469,8
c)
Indicirte Arbeit „ „ „
mk
23798,7
6096,6
d)
Indicirte Pferdestärke bei ⅙ Füllung
e
227,43
149,02
e)
Verhältniſs von b zu a
Proc.
15,00
7,15
f)
Vorderdampfspannung
k auf 1qc
0,210
0,217.
Er sagt an jenem Orte in Bezug auf die hier mit e bezeichneten
Posten: „Diese Vermehrung der Vorderdampfarbeit (travail
négatif) von 7,15 auf 15 Proc. bei derselben Luftleere ist einzig und
allein durch die Dimensionen des Cylinders verursacht (für die Corliſs-Maschine D =
0,510, S = 1,060, für den groſsen Cylinder der Woolf'schen Maschine D = 1,100, S = 2,100). Es ist
dies ein den Woolf'schen Maschinen anhaftender
Nachtheil (cause d'infériorité), dem abzuhelfen
unmöglich ist.“ Trotzdem benöthigte die Woolf'sche Maschine nur 8k,95, die Corliſs-Maschine aber 9k,13 Dampf für die Stunde und indicirte Pferdestärke, weil der
Admissionsdampf bei jener nicht in Contact mit den durch das Auspuffen in den
Condensator abgekühlten Cylinderwandungen kommt.
Referent zieht jedoch aus allen dem nur den Schluſs, daſs er sich im Recht befindet,
wenn er schon seit einem Decennium mündlich und schriftlich gegen das übermäſsige
Volumverhältniſs der Woolf'schen Maschine eifert, und
zwar in dem Sinne, daſs man fast allgemein den groſsen Cylinder zu groſs, also die
Maschine zu theuer macht, ohne dadurch irgend etwas zu gewinnen. Die übermäſsige
Expansion ist in allen Fällen ökonomisch unvortheilhaft, wenn die Anlagskosten
berücksichtigt werden. Ich kann also nicht zugeben, daſs die übermäſsigen
Dimensionen des groſsen Cylinders ein nicht zu behebender Nachtheil seien; man gebe ihm einfach geringeren Durchmesser. So findet
man häufig Corliſs-Woolf-Maschinen mit
Präcisionssteuerung, welche nur 0,3 Füllung im Corliſs-Cylinder, somit bei dem
Volumverhältniſs = 3 die Maximalfüllung 0,1, bezogen auf den groſsen Cylinder,
zulassen. Hier reducire man die groſse Kolbenfläche im Verhältniſs 3 : 2,5 und gebe
dem Corliſs-Cylinder schleichende Absperrung durch gebremste Fallgewichte, um bis
0,5 Maximalfüllung im kleinen Cylinder, somit ⅕ Maximalfüllung, bezogen auf den
groſsen, zu kommen, und man wird eine billigere Maschine erhalten, in welcher beide
Cylinder nahe gleiche Arbeit liefern, während früher die Arbeit im groſsen Cylinder
viel kleiner als jene im kleinen Cylinder war. Bei derselben Füllung, etwa 0,25 im
kleinen Cylinder, wird diese kleinere Maschine in Folge Verminderung des
Spannungsverlustes beim Uebertritt und Verminderung der Vorderdampfarbeit (travail du vide) im groſsen Cylinder eine gröſsere
indicirte Arbeit liefern, also ökonomischer arbeiten als die andere theurere
Maschine, und es wird bei noch weiter verminderter Betriebskraft nicht der Fall
eintreten, daſs der groſse Kolben gegen Ende seines Laufes vom Schwungrad gezogen
werden muſs.
Bei der im vorliegenden Falle besprochenen Woolf'schen
Maschine mit dem Volumverhältniſs 6,73 ist jedoch der groſse Cylinder nicht
wesentlich zu groſs, weil die auf demselben bezogene Füllung doch1/7 beträgt;
jedoch ist der kleine Cylinder hier zu klein, weil selbst bei 0,9 Füllung in
demselben die Arbeit des kleinen Cylinders noch unter jener des groſsen bleibt. Hier
hätte der Hoch druck cylinder gröſser sein sollen, um schon bei halber Füllung die
gleiche Arbeit zu geben wie der Niederdruckcylinder. Die stärkere Expansion im
kleinen Cylinder hätte dann einen weniger groſsen Spannungsverlust beim Uebertritt
in den groſsen Cylinder zur Folge, und die absolute Arbeit würde sich günstiger
stellen. Jedenfalls erachte ich das Volumverhältniſs von 6,73 als ökonomisch
nachtheilig, welcher Fehler jedoch nicht dem Princip der Woolf'schen Maschine anhaftet.
Weiters macht Hallauer folgende bemerkenswerthe
Vergleiche in Bezug auf Drosselung und Tourenzahl:
Maschine
IndicirtePferdestärke
Touren-zahl
Dampfverbrauch
Post 15
Post 16
A
185,75
25,4
7,3841
9,7299
A
267,85
25,2
6,9452
8,7390
A
347,16
25,25
7,1121
8,6140
B
130,00
39,37
7,2903
9,1201
C
689,65
75
7,5098
8,6706.
Die Maschine C läuft mit 3facher Tourenzahl wie A, die
Kolbengeschwindigkeit beträgt bei C 2m,25, bei A
nur 1m,68; dennoch ist der Dampfverbrauch für die
absolute Pferdestärke (Post 15) nahe derselbe, ja bei der schnell gehenden Maschine
sogar noch etwas gröſser als bei der langsam gehenden, in Widerspruch mit der
herrschenden Ansicht. Desgleichen ergibt sich, daſs bei der Maschine A durch
Drosselung des Dampfes die Stärke von 347 auf 185 herabgedrückt werden kann, ohne
daſs der Verbrauch für die absolute Pferdestärke sich charakteristisch ändern würde.
Nur kommt die Arbeit des wirkenden Hinterdampfes gegen jene des auspuffenden
Vorderdampfes in ein desto ungünstigeres Verhältniſs, je stärker gedrosselt ist,
daher Post 16 bei starker Drosselung gröſser ist.
Auf dieser Grundlage skizzirt Hallauer nun das Programm
einer möglichst einfachen Dampfmaschine von gröſser Dauerhaftigkeit und geringem
Dampfverbrauch. Die erste Bedingung ist ein verticaler Cylinder mit Dampfmantel,
welcher direct vom Kessel gespeist wird. Die beiden Einlaſsschieber können durch
Daumen oder Excenter bethätigt werden, die Regulirung der Füllung auf ¼, ⅙, ⅛
erfolgt durch den Maschinenwärter, die kleinen Differenzen der Betriebskraft
regulirt der Centrifugalregulator, auf eine Drosselklappe wirkend. Die
Auslaſsschieber werden durch ein Excenter mit starkem Voreilen bethätigt, damit die
Entleerung des Cylinders rasch erfolgt und damit durch frühzeitigen Abschluſs des
Auspuffdampfes eine genügend starke Compression erzielt wird, um den Einfluſs des
schädlichen Raumes auf den Dampfverbrauch thunlichst zu verkleinern. Auch müssen die
Dampfwege für den Auspuff sehr reichlich bemessen sein. Alle diese Organe müssen
einfach und solid construirt werden. Die neuen complicirten und heiklen
Dispositionen zur Erreichung der selbstthätig variablen Expansion sind verwerflich
(Bulletin, S. 312). Natürlich arbeitet die Maschine
mit Condensation und verwendet Dampf von 4 bis 6at. Sie erhält horizontalen Balancier mit Watt'schem Parallelogramm und verticale Kurbelstange und macht 25 bis 30
Touren in der Minute. Schiffsmaschinen ohne Balancier mit rückkehrender Kurbelstange
machen 75 bis 100 Touren.
Bei der stationären Balanciermaschine wird der stündliche Dampfverbrauch bezieh. für
die absolute, indicirte und effective Pferdestärke 7,1, 7,85 und 9k betragen. Die Arbeit des Vorderdampfes (travail du vide) wird höchstens 10 Proc. der absoluten
Arbeit betragen, und die Reibungen werden 13 Proc. der indicirten Arbeit
absorbiren.
Eine Woolf'sche Balanciermaschine hätte denselben
stündlichen Dampfverbrauch von 7k,1 für die
absolute Pferdestärke und würde gleichwertig sein, wenn ihr groſser Cylinder mit
zwei Auslaſsschiebern von derartigen Dimensionen versehen wäre, daſs die Arbeit des
Vorderdampfes nur 8 bis 9, statt 17 bis 20 Proc. betrüge; aber dies würde die
ohnehin schon weniger einfache Cylinderconstruction noch mehr compliciren.
Würden wir endlich die eincylindrige Maschine mit 4 Schiebern mit überhitztem Dampf
von 210 bis 220° bedienen, so würden noch 10 bis 11 Proc. Dampf erspart, und es
würde dieselbe nicht mehr als 8k Dampf für die
effective Pferdekraft und Stunde benöthigen.
Horizontale Maschinen nutzen sich viel schneller ab als Balanciermaschinen und
benöthigen dann einen gröſseren Dampfverbrauch.
In der sehr anerkennenden Einbegleitung der Hallauer'schen Abhandlung bemerkt Theod.
Schlumberger (Bulletin, S. 314) sehr richtig,
daſs die Schluſsfolgerungen Hallauer' s doch zu sehr
übereilt und zu sehr verallgemeint sind; man müſste diese Folgerungen durch eine
gröſsere Zahl von Einzelfällen und insbesondere durch Experimente in weiter
ausgedehnten Grenzen bestätigen. Wird, fragt Schlumberger, der von Hallauer beschriebene
Dampfmaschinentypus am Ende mehrerer Dienstjahre noch immer mit den günstigen
ökonomischen Resultaten arbeiten wie die Woolf'schen
Balanciermaschinen, welche in unserer Gegend so zahlreich vertreten sind? Diese
Frage zu lösen, muſs der Zeit und ferneren Versuchen unter den verschiedensten
Verhältnissen überlassen werden.
Schlieſslich berichtigt Hallauer, daſs nicht Völckers 1863, sondern G. A.
Hirn 1855 die Entdeckung des Einflusses der Cylinderwandungen auf den im
Cylinder befindlichen Dampf machte und denselben in einer am 25. April 1855 der Société industrielle de Mulhouse vorgelegten Abhandlung
besprach, in welcher er sagt: „Der Dampf besitzt nicht jenes Volum, welches sein
Gewicht und seine Pressung erfordern würde, weil er theilweise zu Wasser
condensirt wird, und der die Wände erwärmende Dampfmantel vermindert diese
theilweise Condensation.“
(Fortsetzung folgt.)