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. 218 |
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Ueber O. Hallauer's Abhandlung, betreffend die Erfahrungen über Woolf'sche und Compound-Maschinen; von Professor Gust. Schmidt.
(Fortsetzung von S. 122 dieses Bandes.)1)
Hallauer und G. Schmidt, ü. Woolf'sche und
Compound-Maschinen.
Aus den in der Abhandlung gemachten Detailstudien heben wir noch folgendes
heraus:
1) In Bezug auf die Woolf'sche
Balanciermaschine A mit
Dampfmantel.
Vor der Reconstruction derselben wurde sie von Kesseln mit zu geringer Heizfläche bedient,
weshalb 5 Proc. Wasser mit dem Dampf mitgerissen wurde.
Bei 0,9 Füllung im kleinen Cylinder und 25 Touren ergaben sich 247e indicirt, und es folgte durch directe
Eichung des Speisewassers nach Abschlag der in der Leitung condensirten Menge
der Brutto Dampfverbrauch oder:
und das Thermometer ergab dessen
Temperatur beim Eintritt beim Austritt
Demnach ist die disponible Wärme des Dampfes bei der absoluten
Kesselspannung auf , für
welche
ist:
und am Ende des
Kolbenlaufes im groſsen Cylinder folgen die
entsprechenden Temperaturen und die
anderen Hilfsgröſsen und das Gewicht für
sowie
und
Aus den specifischen Gewichten und den
bekannten Dimensionen, den schädlichen Raum inbegriffen, ergeben sich die
Gröſsen des Dampfgewichtes bei Beginn der Expansion
und am Ende des Kolbenlaufes
. Ferner ist die in dem 10 Proc. betragenden
schädlichen Raum des kleinen Cylinders enthaltene Dampfmenge
Die während der Admission an den
Cylinderwandungen condensirte Dampfmenge beträgt also:
Die von
denselben an die Cylinderwandungen abgegebene Wärmemenge ist daher:
=
43,864)
Auſserdem wurde vom Dampfmantel
geliefert
=
34,09
somit ist in Summe die von auſsen und
innen an die Wände abgegebene Wärmemenge
Q
=
77,95.
Andererseits hat die in dem 6proc. schädlichen Raum des
groſsen Cylinders befindliche Dampfmenge von der Spannung
auf das Gewicht
und ist die Dampfwärme
daher die in
enthaltene Wärmemenge 5)
Mit Hilfe dieser beiden Gröſsen und
läſst sich aus den am andern Orte mit (8) und
(11) bezeichneten Gleichungen die Auspuffwärme ε
(refroidissemeni au condenseur Rc) berechnen:
. . .
. . . . . . . . . (8)
. . . .
(11)6)
Hierin bedeutet die Dampfwärme (Energie) bei Beginn
und am Ende der Expansion im kleinen Cylinder, nämlich:
und
also
Die Gröſse U1, U2 bedeutet bei
eincylindrigen Maschinen die Expansionsarbeit.7) Bei
Woolf'schen Maschinen ist nach Hallauer darunter
die Summe aus der Expansionsarbeit im kleinen Cylinder und der Hinterdampfarbeit
(absoluten Arbeit) im groſsen Cylinder zu verstehen. Dies ist nun ein
entschiedener Irrthum, der einzige bemerkenswerthe Fehler, welcher sich in der
höchst schätzenswerthen Arbeit Hallauer's
vorfindet. Da nämlich die Vorderdampf arbeit im kleinen Cylinder sich in Wärme
umsetzt und dem groſsen Cylinder zu Gute kommt, so ist die Wärme consumirende
Expansionsarbeit L2
um jene Vorderdampfarbeit des kleinen Cylinders zu vermindern. Versteht man L2 in diesem hier
aufgestellten Sinn und nennt: L1 die Admissionsarbeit im kleinen Cylinder, L3 die
Vorderdampfarbeit im groſsen Cylinder (Vacuumsarbeit), so ist dann die indicirte
Arbeit und die absolute Arbeit
wie es sein muſs. In unserem Falle haben
wir:
und
womit sich ergibt:
von Q eintrifft. Trotzdem ist die obige Berechnung nach (8) falsch, weil
richtig zu setzen ist:
statt 43,73, womit sich aus (8) richtiger ergibt
Procent von Q. Desgleichen ist zu dem nach (11) berechneten
Werth von begreiflicher Weise noch der
früher mit ΔQ bezeichnete Unterschied hinzuzufügen,
weil derselbe von den Wärmeverlusten im Condensator herrührt; daher ist nach der
zweiten Methode richtiger
welcher Werth von dem früher corrigirten Werth der ersten Methode nur um
Proc. abweicht.
In gleicher Weise ergibt sich für die anderen 3 Versuche:
sein. Für
ist die innere latente Wärme
nach Zeuner's Tabelle
also Die Gröſse
bedeutet die mittlere Temperatur der an der Wandung des groſsen Cylinders
befindlichen Wassermenge, welche wohl nahe gleich der Temperatur bei Beginn des
Kolbenhubes = 110° gesetzt werden darf; daher folgt:
statt
nach Hallauer's
Berechnung oder nach unserer Correctur.
Wir sehen, daſs nach Hallauer die Gröſse
lange nicht hinreichen würde, um das an den Wänden
befindliche Wasser zu verdampfen, während nach unserem Calcul nur 5c,3 fehlen, entsprechend einer Wassermenge von
von M. Dies ist aber ganz naturgemäſs, weil ja in dem
Kesseldampf 5 Proc. Wasser mitgerissen waren, also auch am Ende noch etwas
Wasser tropfbar in den Condensator mitgerissen werden wird, während die
Auspuffwärme ε hinreicht, um alles wirklich an den Wänden befindliche Wasser zu
verdampfen.
Zur weiteren Ueberzeugung benutzen wir noch die a. a. O. angegebene
Gleichung:
. . . . .
. . . (14)
in welcher ebenfalls statt
gesetzt wurde, weil die Maschine zweicylindrig ist,
also die in den Condensator übergehendeWärme bedeutet.
Wegen ist die dieser absoluten
Arbeit äquivalente Wärmemenge
also welcher
Werth natürlich mit dem mittels ΔQ corrigirten
zweiten Werth von e nach Gleichung (11) immer übereinstimmen muſs, daher sich
diese dritte Methode, Gleichung (14), statt der zweiten Hallauer'schen zur
Controle der ersten Hallauer'schen Methode, Gleichung (8), vortheilhaft
verwenden läſst.
Ideele Menge des verbrauchten trockenen Dampfes. In
den früher angegebenen Resultaten ist nicht das directe Beobachtungsresultat,
sondern eine ideele Dampfmenge zu Grunde gelegt, welche Hallauer in folgender Weise bestimmt.
Der Werth ist auch in dem Falle der
Anwendung überhitzten Dampfes das äquivalente Gewicht an trocknem gesättigten
Dampf.
In solcher Weise gerechnet, ergab sich bei vier im J. 1876 gemachten Versuchen an
dieser Maschine folgendes Resultat:
k
Speisewassermenge für einen
Kolbenhub
=
0,8350
Hiervon ab die im Dampfhemd
condensirte Menge
=
0,0683
––––––––
Bleibt eingetreten in den kleinen
Cylinder
M
=
0,76672)
Hiervon ab mitgerissenes Wasser
=
0,0417
––––––––
Bleibt wirksamer trockener
Dampf
m
=
0,7250
Stündlicher Dampfverbrauch für 1e indicirt
=
10,1347
„ „ „ 1e absolut
=
8,2052.
Die absolute Pferdestärke ist hierbei so verstanden:
mk
Indicirte Leistung für den Hub im
kleinen Cylinder
=
10029
„ „ „ „ „ „ groſsen „
=
12194
––––––
Total
=
22223
Arbeit des in den Condensator
auspuffenden Vorderdampfes
=
5219
––––––
Absolute Arbeit des Dampfes
=
27442
Eine Pferdestärke durch eine
Stunde
=
270000
27442 : 0,8350 = 270000 : x, x =
8,2155. (Der kleine Unterschied gegen die Angabe Hallauer's entspricht einem Dampfverbrauch von 0,834 statt 0,835 für
den Hub.)
Das von der Luftpumpe ausgegossene Wasser flieſst durch eine Oeffnung in der
dünnen Wand des Ausguſskastens aus. Die von ¼ zu ¼ Stunde erhobene Druckhöhe
liefert die mittlere Druckhöhe und hieraus auf Grundlage des voraus bestimmten
Ausfluſscoefficienten die Ausfluſsmenge während des Versuches, somit auch
während eines Hubes. Hiervon die in den Cylinder eingetretene Menge abgezogen,
bleibt die Einspritzwassermenge für einen einfachen Kolbenhub
c
=
479,78
Die vom Dampfhemd gelieferte Wärme
=
34,09
Totale zugeführte Wärmemenge für einen
Kolbenhub
Q
=
513,87
Dagegen ist die in dem ausgeworfenen
Wasser ent- haltene Wärmemenge
=
449,48
die der gelieferten Arbeit äquivalente
Wärmemenge ist
=
52,29
Der Wärmeverlust durch
Ausstrahlung
a
=
7,00
Die Summe dieser drei Gröſsen
=
508,77
sollte übereinstimmen mit obigem Werth
von Q
=
513,87
Der Fehler beträgt nur
ΔQ
=
5,10
oder 1 Proc. von Q,
was als eine gute Controle für die Richtigkeit der Messung betrachtet werden
darf.3)
Hierbei wurde a nach Hirn dadurch bestimmt, daſs man die Condensationswassermenge im
Dampfmantel bei mehrstündigem Stillstand der Maschine beobachtete. Aus der im
Diagramm (Mittel aus allen Beobachtungen oben und unten) ersichtlichen Spannung
bei Beginn der Expansion
mk
mk
Kleiner Kolben Volldruckarbeit
L
1
=
11924
„ „
Expansionsarbeit
=
1180
––––––
Summe
13104
„ „
Vorderdampfarbeit
=
3075
––––––
Bleibt indicirte Arbeit im kleinen
Cylinder
=
10029
Groſser Kolben
Hinterdampfarbeit
=
17413
„ „
Vorderdampfarbeit
L
3
=
5219
Bleibt indicirte Arbeit im groſsen
Cylinder
=
12194
––––––
Gesammte indicirte Arbeit
Li
=
22223.
Die Gröſse L2 besteht daher nach Hallauer aus den beiden Posten 1180 und 17413, zusammen 18593, somit
nach (8)
ε =
77,95 – 43,73 + 3,05 – 7 = 30,27 und
nach (11)
ε =
449,48 – 414,25 – 12,28 + 6,70 = 29,65,
eine ausgezeichnete Uebereinstimmung, die wohl nur
zufällig ist, jedoch auch bei den anderen Versuchen bis auf den Maximalfehler
von
am 22. Sept.
25. Oct.
und
18. Oct.
nach (11) oder der 2. Methode Hallauer's
ε
= 24,70
35,61
47,99
corrigirt mittels
ΔQ
= 3,20
7,38
– 4,78
–––––––––––––––––––––––––––––––
ε
= 27,90
42,99
43,21.
Nach der 1. Methode Hallauer's (Gl. 8) mit dem richtig
gestellten Werth von L2
ε
= 29,14
46,18
49,21
–––––––––––––––––––––––––––––––
Der nach (11) gefundene Werth
ist also zu klein um
1,24
3,19
6,00
Der Fehler beträgt in Procent von Q
0,32
0,56
0,84.
Für die Richtigkeit unserer Correctur haben wir eine Controle:
Am Ende des Kolbenlaufes beträgt
nämlich das im groſsen Cylinder befindliche Gewicht des Gemenges
=
0,7781
Dagegen das Gewicht des vorhandenen
Dampfes
m
2
=
0,6875
also das Wassergewicht
=
0,0906.
Wenn diese ganze Wassermenge beim Auspuffen in den
Condensator verdampfen soll, so muſs nach der Gleichung (15) a. a. O.
Das wirklich beobachtete
Speisewassergewicht für einen Kolbenhub beträgt
0,8350
––––––
wovon 0k,0683 in den Dampfmänteln condensirte und 0k,0417 mitgerissen war, also trockener
Dampf bleibt
m
=
0,7250
Der in den Dampfmänteln condensirte
Dampf führt der Maschine nur die Wärme r statt λ für 1k zu, ist also äquivalent mit
=
0,0522
trocknen Dampf, und das mitgerissene
Wasser führt der Maschine nur die Wärme q statt λ für 1k zu, ist also äquivalent mit
=
0,0098
––––––
Die gleichwerthige ideele Menge
trockenen Kessel- dampfes ist also
=
0,7870
für 22223mk indicirte Arbeit, somit
für 1e indicirt und 1 Stunde:
=
9,562 und
für 1e absolut und 1 Stunde:
=
7,743.
Natürlich ist die ideele Menge trocknen Dampfes auch =
Indicirte Pferdestärke
180,23
246,92
284,28
346,39
Stündlicher Verbrauch für 1k
9,940
9,562
9,398
9,466
Für 1e absolut
7,660
7,743
7,397
7,610.
In allen Fällen war die Füllung dieselbe und wurde die
Veränderung der Pferdestärke von 180 auf 346 nur allein durch die Drosselklappe bewerkstelligt. Trotzdem ist der stündliche Dampfverbrauch für die
absolute Pferdestärke fast ganz constant, ein Resultat, welches Hallauer für die eincylindrige Maschine mit
überhitztem Dampf innerhalb 99 und 125e
indicirt schon früher gefunden hat. „Hiermit ist die Lösung dieser so lange
besprochenen Frage über den Einfluſs des Füllungsgrades und der Drosselung
durch Regulirungsventile oder Klappen gegeben. Von allen Anordnungen mit
selbstthätig variabler Expansion bietet keine die Einfachheit und Solidität
der Drosselklappe.“
Referent freut sich über dieses Ergebniſs, weil es seinen immer festgehaltenen,
schon vielfach angegriffenen Anschauungen vollkommen entspricht.
Daſs der Dampfverbrauch für die indicirte Pferdestärke bei der starken Drosselung
gröſser ausfällt, obwohl die Vorderdampfspannung im groſsen Cylinder von 0,340
auf 0k,214 auf 1qc8) fällt, hat seinen Grund darin, daſs natürlicher
Weise die Vorderdampfarbeit in Procent ausgedrückt desto gröſser wird, je
kleiner die absolute Arbeit ist; sie beträgt bei 346e 19,6 Proc., bei 180e dagegen 22,9
Proc. der absoluten Arbeit, was bei einer Woolf'schen Maschine mit Corliſs-Steuerung am kleinen Cylinder ebenfalls der
Fall wäre.
Es ist durchaus nichts Neues, sondern eine längst bekannte und von Vielen
ausgesprochene Wahrheit, daſs die variable Expansion vor der Drosselung nur dann
einen Vorzug hat, wenn man von starker Füllung
ausgeht, nicht aber, wenn man von schwacher Füllung wie bei einer Corliſs-Maschine herab geht. Ein ökonomischer
Vorzug kann daher der selbstthätig variablen Steuerung nicht zuerkannt werden,
auſser wenn die Kraft stark variabel ist und die Maschine dennoch in der Regel
allein, ohne Beaufsichtigung durch einen Wärter, laufen soll.
Nach den vorliegenden Resultaten würde ein hinreichend empfindlicher, auf eine
Drosselklappe wirkender Regulator auch Kraftbedarfsänderungen im Verhältniſs 100
: 50 ebenso ökonomisch besorgen wie die Corliſs-Maschine, jedoch nur dann, wenn die
Maschine einen Dampfmantel, beziehungsweise an
beiden Cylindern Dampfmäntel besitzt. Nur dadurch wird der Vortheil der
variablen Expansion zu nichte gemacht, weil bei dem stärker gedrosselten Dampf
der Vortheil des Dampfmantels ausgiebiger ist, und
dies ist es, worauf Referent seit langem das Schwergewicht legte.9) Von dem Vorurtheil, daſs nur der kleine und nicht auch
der groſse Cylinder zu heizen sei, bin ich auf Grund von G. A. Hirn'schen und Otto Müller'schen
Diagrammen abgekommen.
Wäre z.B. bei der in Rede stehenden Maschine der groſse Cylinder nicht ebenfalls geheizt, so
würde die Condensation an den Cylinderwandungen noch viel gröſser sein, als sie
ohnehin schon ist, und ein Theil dieses Wassers würde beim Auspuffen in den
Condensator auf Kosten der Cylinderwärme verdampfen und durch die vermehrte
Dampfmenge das Vacuum verschlechtern.
Der Werth von ε beträgt bei den angeführten 4
Versuchen nach der Hallauer'schen Rechnung bezieh.
6,05, 5,90, 6,65, 5,45 Proc. von Q, nach der
Correctur des Werthes von L2 jedoch 7,61, 7,30, 8,07 und 6,91 Proc. von Q, d.h. er ist nahezu constant, wie dies auch bei
der Hirn'schen Maschine mit Ueberhitzung der Fall
ist, wo er 10 bis 12 Proc. beträgt bei Füllungen von1/7 bis ½ mit und ohne Drosselung.
Regulirung der Steuerung. Ingenieur Hallauer lieſs für den groſsen Cylinder einen neuen
Schieber mit gröſserer Ueberlappung anfertigen und gab dem Excenter einen
gröſseren Voreilungswinkel. Hierdurch wurde erstens die Vorausströmung am
groſsen Cylinder vergröſsert, was jedoch nur geringen Erfolg hatte, weil die
Dampfwege nur einen Querschnitt = 3 Proc. der Kolbenfläche haben; es wurde
zweitens die Voreinströmung am groſsen Cylinder vergröſsert, wodurch der
Spannungsunterschied in beiden Cylindern bei Beginn des Kolbenweges von 0,793
auf 0,275 und in Mitte des Kolbenweges von 0,087 auf 0k,075 für 1qc sank; endlich wurde der groſse Cylinder schon bei ¾ statt 0,9
Kolbenweg abgesperrt, also eine starke Compression im kleinen Cylinder erzielt.
Zugleich wurde die Heizfläche der Kessel vergröſsert und es ergab sich hiermit
im J. 1877:
Indicirte Pferdestärke
185,75
267,85
347,16
Stündlicher Verbrauch für 1e
9,730
8,739
8,614
Für 1e absolut
7,384
6,945
7,112
Auspuffwärme ε in Proc. von Q nach Hallauer
3,5
1,32
3,38
Dieselbe corrigirt vom
Referenten
5,12
3,39
5,18.
Der Vergleich mit den früheren Versuchen zeigt, daſs das günstigste
Consumverhältniſs für die absolute Pferdestärke bei mäſsiger Drosselung
stattfindet, wo die Maschine 270 bis 280 statt 347e liefert, daſs jedoch in Folge der Regulirung der Steuerung der
kleinste Speisewasserverbrauch für die indicirte Pferdestärke und Stunde nun bei
der höchsten Leistung, also geringsten Drosselung stattfindet. Die specifische
Dampfmenge am Ende des Kolbenweges im groſsen Cylinder stieg von 89,68 Proc. im
J. 1876 auf 94,61 Proc. im J. 1877, deshalb sank die Auspuffwärme ε von durchschnittlich 7,5 auf 4,5 Proc. Dies rührt
einerseits her von der vergröſserten Kesselheizfläche, wodurch die mitgerissene
Wassermenge von 5 auf 2,9 Proc. reducirt wurde, andererseits von der starken
Compression, wodurch die zwischen beiden Schiebern eingeschlossene Dampfmenge
von 0,0556 auf 0k,1006 erhöht wurde, was zur
Folge hatte, daſs die specifische Dampfmenge nach 0,1 des Kolbenweges bei 247
bezieh. 268e indicirt von 67,94 auf 71,56
Proc. stieg. Mit allem Rechte empfiehlt Hallauer
dem groſsen Cylinder
einer Woolf'schen Maschine zwei besondere
Auslaſsschieber zu geben, unabhängig von dem Einlaſsschieber, welcher in solcher
Weise nicht durch den auspuffenden Dampf abgekühlt wird, und dessen Dampfwege
viel enger sein dürfen als die hiervon unabhängigen Dampfwege für den
Auspuff.10)
Hallauer unterläſst auch nicht, den Nachweis zu
führen, daſs der Vergleich der indicirten Leistung mit der theoretischen
Leistung bei einem innerhalb derselben Temperaturgrenzen ausgeführten Carnot'schen Kreisproceſs keinerlei industrielle
Bedeutung habe.
In dem Vergleich der Woolf'schen Maschine mit der
Hirn'schen eincylindrigen gelangt Hallauer zu dem Resultat: „daſs man immer eine
eincylindrige Balanciermaschine mit 4 Schiebern construiren könne, welche
mit gesättigtem Dampf mindestens ebenso ökonomisch arbeitet, wie eine Woolf'sche Balanciermaschine, wenn die Füllung
zwischen ¼ bis1/7 variirt, die schädlichen Räume 1 Proc. des Cylindervolums nicht
übersteigen und wenn sie mit Dampfmantel versehen wird.“
Wir haben schon oben gesagt, daſs wir dieses Hauptergebniſs der Hallauer'schen Abhandlung nicht anerkennen, weil es auf der allgemein üblichen fehlerhaften
Dimensionirung der Woolf'schen Maschine basirt,
deren Niederdruckcylinder man immer zu groſs und deren Hochdruckcylinder man
meistens zu klein macht. Wenn Hallauer ferner sagt
(Bulletin, S. 283), daſs die geringe
Wassermenge des Dampfes im groſsen Cylinder am Ende des Kolbenweges nicht sowohl
der Trennung des kleinen vom groſsen Cylinder, als vielmehr dem Einflusse des
Dampfmantels zuzuschreiben sei, so erwiedern wir hierauf, er möge doch der von
ihm vorgeschlagenen eincylindrigen Maschine mit ¼ Maximalfüllung noch einen
kleinen Cylinder von halbem Volum mit 0,5 Maximalfüllung beigeben, natürlich
auch diesen Hochdruckcylinder mit Dampfmantel versehen und so wie früher mit
hoher Kesselspannung und gedrosseltem Admissionsdampf arbeiten, dann wird sich
die Wirksamkeit des doppelten Dampfhemdes gewiſs
zeigen. Es ist ja Niemand genöthigt, den Niederdruckcylinder der Woolf'schen Maschine gröſser zu machen als die
eincylindrige Maschine! Eine geringe Vergröſserung ist wohl allerdings nöthig,
um den Spannungsverlust beim Uebertritt auszugleichen; aber es genügt für diesen
Zweck, daſs der groſse Cylinder eine um etwa 12 Proc. gröſsere Kolbenfläche
besitze, wie eine eincylindrige Maschine gleicher Stärke.
Bemerkenswerth ist ferner, daſs die Woolf'sche
Maschine im Leergang nur 35e consumirt, und
daſs Hallauer auf Grund der Versuche an der Hirn'schen und einer liegenden Woolf'schen Maschine die Reibungsarbeit im Vollgang
bei 347e indicirt nur auf 44e schätzt, entsprechend 87,3 Proc.
Wirkungsgrad. Die zusätzliche Reibung = 9e bei
303e
effectiv beträgt
also nur 3 Proc. eine Annahme, welche ungewöhnlich ist, die wir aber gleichwohl
aus eigenen Studien, welche bei gröſseren Maschinen auf 5 Proc. zusätzliche
Reibung führten, ganz gut als möglich erachten.
(Schluſs folgt.)