Ueber Untersuchungen an
Compoundmaschinen.Mit Abbildungen.Hallauer und G. Schmidt, ü. Untersuchungen an
Compoundmaschinen.Bei Besprechung der Schröter'schen calorimetrischen
Untersuchung der Augsburger Compoundmaschine (vgl. 1881 240245) haben wir nachgewiesen, daſs in jeder Beziehung die vollkommenste
Harmonie aller Beobachtungsergebnisse vorhanden wäre, wenn die durch indirecte
Methode gefundene Menge des Einspritzwassers bei sämmtlichen Versuchen gleichmäſsig
um 10 Proc. kleiner angenommen würde. Ingenieur O.
Hallauer macht dagegen in seiner neuesten Veröffentlichung im Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, Mai
1881 S. 153 die umgekehrte Annahme, daſs die gefundene Einspritzwassermenge richtig
und die direct beobachtete Speisewassermenge um 10 bis 15 Proc. zu klein sei. Da die
Messung durch die sorgfältigste directe Wägung erfolgte, so glauben wir die Antwort
auf die Zumuthung, daſs hierbei ein Fehler von 10 bis 15 Proc. vorkam, Hrn.
Professor Schröter überlassen zu dürfen und begnügen
uns, objectiv die Begründung der Hallauer'schen Ansicht
zu entkräften, was deshalb von allgemeinerem Interesse ist, als der principielle
Standpunkt Hallauer's vom Berichterstatter in der
Hauptsache als richtig anerkannt und hiermit der Beachtung empfohlen wird. Hallauer behauptet: „Der
Dampf verbrauch für 1e absolut bei
zweicylindrigen Maschinen hängt hauptsächlich vom Füllungsgrad und viel
weniger von anderen Umständen ab und ist durch die Erfahrung bestimmt.
Steigt bei einer zweicylindrigen Maschine dieser Verbrauch bedeutend über
denjenigen der folgenden Tabelle bei gleicher Füllung, so ist sie im
schlechten Zustand, und bleibt der Verbrauch bedeutend unter jenem der
Tabelle zurück, so muſs ein Beobachtungsfehler vorhanden sein. Dieser
letztere Fall hat sich bei Schröters Versuchen an
der Augsburger Maschine ergeben.“Merkwürdiger Weise läſst Hallauer hier die andere
Möglichkeit aus, daſs das generelle Verbrauchsverhältniſs
Ca wohl auch deshalb erheblich kleiner
sein kann als sonst bei gleichem Füllungsgrad und gleichem Haupttypus, weil die correctere Steuerung eine vollständigere
Diagrammsfläche, insbesondere kleineren Arbeitsverlust zwischen den beiden
Diagrammen ergibt, und gerade dieser Unterschied ist
zwischen den verglichenen Maschinen sehr groſs.Es folgt hier zunächst Hallauer's maſsgebende Tabelle
mit von mir erfolgter Beifügung der auf die Augsburger Maschine sich beziehenden
abweichenden Zahlen:
TourenzahlIndicirte PferdestärkeNiVolumenverhältniſsdes kleinen
Cylinderszum groſsenFüllungsgrad, bezogenauf den groſsen
CylinderDampfverbrauch für1e abs. und Stunde CaAuspuffwärme in Procentder
Totalwärme,100 ε : QSchiffsmaschine DuquesneWoolf-Receiverfür jedes der drei Cylinderpaare 80,8373283021200,5190,5190,3760,2858,1797,915 0,5 5,6 (6,4)(12,0)Schiffsmaschine Cigale,
verticale Compound90 2050,3090,2327,762 7,2(11,6)Schiffsmaschine Vienne,
verticale Compound75 6900,3170,2097,513 6,7 (9,7)Horizontale Woolf'sche Maschine alter Constr. 39,7 1830,1970,1637,164 5,2Woolf'sche Balanciermasch. alter Construction25 3670,1480,1317,042 4,9 (4,9)Dieselbe25 3600,1480,1326,996 9,8Schiffsmaschine Duquesne, Woolf-Receiver 62,4913000,5190,1266,861 9,8(11,2)Schiffsmaschine Mouette, verticale Compound 151,5 3500,3320,1077,08813,2Verticale Woolf'sche Maschine alter Constr. 25,5 2200,182 0,07786,88310,2(10,1)Horizontale Compoundmaschine von Weyher 88,8 78,60,3470,1346,6055(10,7)Dieselbe90 64,50,347 0,07656,52711,7(15,9)Horizontale Compoundmaschine Augsburg 71,29 131,70,3640,0855,488(10,1)Die eingeklammerten Zahlen der
letzten Rubrik sind von mir berechnet (vgl. 1881 240245).
Hallauer sagt im Bulletin
S. 167: „Es ist für mich klar, daſs eine Ersparung von (6,527 – 5,488) : 6,527 =
15 Proc.! gegenüber der Maschine von Weyher und
Richemond in Pantin durch den Augsbarger Constructeur bei ungefähr
gleichem Füllungsgrad von 0,0765 nicht ermöglicht worden sein konnte.“Hallauer findet sich in seiner Vermuthung, daſs die
Speisewassermenge zu klein gefunden wurde, durch den Umstand bestärkt, daſs die
Beseitigung des Dampfmantels am groſsen Cylinder das generelle Verbrauchsverhältniſs
Ca nur um 2 Proc.
und die gleichzeitige Beseitigung des Dampfmantels an der Zwischenkammer dieses
Verhältniſs nur um 6,1 Proc. vergröſsert. Er nimmt auf Grundlage der beobachteten
Einspritzwassermenge die Speisewassermenge um 10 Proc. gröſser an, findet hiermit
Ca = 6k,02, noch immer um 8 Proc. günstiger als in
Pantin und bezweifelt, ob dem zugestandener Maſsen vollständigeren Dampfmantel in
Augsburg ein solcher Unterschied von 8 Proc. beigemessen werden dürfe.Mit dieser willkürlichen Annahme, daſs die wirkliche Speisewassermenge in Augsburg
bei dem Hauptversuch b um 10 Proc. gröſser sei, als direct gewogen, findet Hallauer, daſs die Wassermenge am Ende der Admission
24,7 Proc. beträgt gegen 41,6 Proc. Pantin und am Ende der totalen Expansion 19,2
gegen 24,2 Pantin. Da wäre in der That begreiflich, daſs die Augsburger Maschine nur
um 8 Procent im Vortheil gegen jene von Pantin wäre. In Wirklichkeit sind jedoch diese Zahlen nur 18,3
und 11,6, mit welcher Berechnung Schröter's die einen
sehr trockenen Dampf anzeigenden Indicatorcurven vollkommen in Einklang stehen. Da
überdies die Maschine von Pantin einen zu kleinen Receiver hat und deshalb der
Verlust an Diagrammsfläche zwischen dem Diagramm des kleinen und dem rankinisirten
Diagramm des groſsen Cylinders sehr groſs ist (vgl. Textfigur 1 Pantin und Fig. 2 Augsburg), so ist das Uebergewicht der
deutschen Maschine über die preisgekrönte französische vollkommen erklärlich; ja man
darf sagen, daſs das Ergebniſs der Augsburger Maschine wohl auch noch überboten
werden kann, weil bei derselben nur die Böden, nicht aber die Deckel geheizt
sind.
[Fig. 1., Bd. 241, S. 327]
[Fig. 2., Bd. 241, S. 327]
Die Heizung aller Deckel ist zur Erzielung groſser Oekonomie
noch wichtiger als selbst der Dampfmantel, wie neuere Versuche nachweisen. Die
Pantiner Maschine hat sehr unvollständigen Dampfmantel und gar keine geheizten
Deckel. Wahrscheinlich hätte auch in Augsburg die Beseitigung der Heizung am groſsen
Cylinder einen gröſseren Ausschlag ergeben, wenn alle Deckel geheizt gewesen wären,
als jetzt, wo der theilweise Mangel der Deckelheizung und die ungewöhnliche
Trockenheit des Dampfes zusammenwirken, um den Nachtheil der Weglassung der Heizung
auſsergewöhnlich klein erscheinen zu lassen. Würde man überdies Heizdampf von 10at Spannung bei 5at
im Cylinder anwenden,
der in einem besonderen kleinen Dampfkessel erzeugt werden könnte, so würde man wohl
auf 6k für 1e
indicirt herabkommen und ohne ökonomischen Nachtheil stark expandiren dürfen.Wir haben daher die Ueberzeugung, daſs der Unterschied in Ca zwischen Pantin und Augsburg in der
That ein genereller ist, wie er es sein soll, d.h. er
ist durch die Constructionsverschiedenheit nothwendig bedingt.In dem ersten Theil der Arbeit Hallauer's werden die
vorliegenden Versuchsresultate der HH. Walther und Keller zu einer calorimetrischen Untersuchung der
Maschine aus Pantin benutzt. Obwohl Hallauer bei dieser
Gelegenheit die Artikel in Dingler's polytech. Journal
erwähnt, so weicht er doch um kein Haar breit von seiner früheren Bahn ab und
verbreitet weiterhin über den so hoch wichtigen Begriff der Auspuffwärme falsche
Vorstellungen, nämlich falsche Zahlen, weshalb wir glauben, anschlieſsend an den
Artikel: Ueber die Auspuffwärme (1880 238 267 und 361), eine ausführliche Zusammenstellung der
von Hallauer gemachten Berechnung geben zu sollen,
natürlich mit der von uns gewählten Bezeichnung und Hervorhebung der Unterschiede
zwischen den beiden Rechnungsweisen. Die Zusammenstellung bietet zugleich den
Vortheil, sehr hübsch zu zeigen, welcher Grad von Genauigkeit bei guten Versuchen
erreichbar ist (vgl. Post 40 und 80):Preisgekrönte Maschine von Weyher und
Richemond in Pantin.
Post Nr.Versuche von Walther und Keller im Juli
1879aam 6.Nachm.bam 7.Vorm.cam 7.Nachm.dam 8.Vorm. 1Admissionsarbeit für einen Hub L1 = l1mk 789 797 802 465 2Expansionsarbeit im kleinen Cylinder l2mk 785 780 795 848 3Gegendampfarbeit „ „ „ l3mk 943 928 952 731 4Indicirte Arbeit im kl. Cyl. li = l1 + l2 – l3mk 631 649 645 582 5Expansionsarbeit im groſsen Cyl. l1' + l2'mk1576159816091242 6Gegendampfarbeit „ „ „ L3 = l3'mk 212 292 213 210 7Indic. Arbeit im gr. Cyl. li' = l1' + l2' – l3'mk1364130613961032 8Gesammte indicirte Arbeit Li = li + li'mk1995195520411614 9Absolute Arbeit La = Li + L3mk220722472254182410Expansionsarbeit L2 = La – L1mk141814501452135911Wärmemenge ALi = Li : 424c4,74,64,83,812 „ ALac5,25,35,34,313 „ AL2c 3,34 3,43 3,43 3,2114AL2 irrthümlich
von Hallauer berechnetc4,24,24,33,615Verhältniſs ξ = L3 : La0,0960,1300,0950,11516Tourenzahl n88,588,788,59017Indicirte Pferdestärke Ni78,577,180,564,518Effective Pferdestärke an der Bremse Nn68,668,855,819Wirkungsgrad η = Nn : Ni0,890,8550,86520Füllungsgrad bezogen auf den groſs. Cyl.0,1320,1360,1330,0765Dampfverbrauch.21Gemisch, das in den kleinen Cyl. tritt, Mk0,05570,05610,05700,045322In demselben ist Dampf mk0,05370,05400,05490,0436Wassergehalt M – m = 3,7 Proc.
Post Nr.Versuche von Walther und Keller im Juli
1879aam 6.Nachm.bam 7.Vorm.cam 7.Nachm.dam 8.Vorm.23Wärmemenge d. Dampfes = mλ = m (r + q)c35,335,436,028,724 „ des Wassers (M – m) qc 0,3 0,4 0,4 0,325 „ des Gemenges Q0 = mr + Mqc35,635,836,429,026In den Dampfmänteln aufgefangen μk000027Gesammte Wärmemenge Q = Q0 + μrc35,635,836,429,028Ideale Menge trock. Dampfes Q : λ = Q : 657k0,05420,05450,05540,044129Stündlicher Dampfverbrauch für 1e
abs., Ca = 270000 Q : λLak6,6266,5476,6366,52730Desgl. für 1e ind. Ci = 270000 Q : λL1k7,3307,5267,3287,37731Desgl. für 1e effectiv Cn = Ci : ηk–8,458,578,5232Wärmemenge, welche das Einspritzwasser aufnimmt, M0 (t3 – t0)c28,529,330,622,433Wärmemenge, welche in M verbleibt, = Mt3c 2,0 2,0 2,1 1,534Wärmemenge, welche verbraucht wird, ALic 4,7 4,6 4,8 3,835 „ die nach auſsen verloren geht, αc 0,5 0,5 0,5 0,536 „ die im groſsen Cyl. bleibt, m0'i'c 2,0 2,2 2,1 1,637Summe von Post 32 bis 36c37,738,640,129,838Hiervon ab die im schädlichen Raum des kleinen Cylinders
enthaltene Wärme- menge m0ic 4,5 4,5 4,5 3,139Bleibt Q'c33,234,135,626,740δ = Q – Q' die Verifikation von Q haupt- sächlich = Wärmeverlust am Condensat.c 2,4 1,7 0,8 2,3Mittelwerth von δ = 1,841Die von Hallauer berechnete
Verificationc–0,1–0,6–1,6+0,842Von mir zugefügte Correctur m0'i – m0i'c2,52,32,41,543Zusammen richtiger Werth von δ = Post
402,41,70,82,3Umänderungen des Dampfes.44Im schädlichen Raum d. kl. Cyl. enthalten m0k0,00740,00740,00740,005245Im kleinen Cylinder enthalten M + m0k0,06310,06350,06440,050546Am Ende der Admission vorhandene Dampf- menge nach Diagramm m1k0,04440,04540,04470,029447Vorhandene Wassermenge M + m0 – m1k0,01870,01810,01970,021148Anfänglich vorhanden gewesen M + m0k0,00200,00210,00210,001749Während der Admission niedergeschlagen Post 47 – 48 = m + m0 – m1k0,01670,01600,01760,019450Post 47 in Procent von M + m0%29,728,530,641,65152Am Ende der Admission im Dampf
enthalten „ „ „ „ „ Wasser „cc10,219,9............53Daher Wärmemenge (Energie) des Ge- menges U1c30,130,630,521,454Am Ende des Kolbenlaufes im kleinen Cy- linder enthaltene
Dampfmenge m2k0,05350,05390,05550,042455Wassermenge M + m0 – m2k0,00960,00960,00890,008156Desgleichen in Procent von M + m0%15,215,113,816,057Wärmemenge am Ende des Kolbenlaufes U2c33,633,834,726,658Im schädl. Raum des groſsen Cyl. enth. m0'k0,00330,00370,00350,002759Im groſsen Cylinder enthalten M + m0' †k0,05900,05980,06050,048060Am Ende des Kolbenlaufes im groſsen Cy- linder enthaltene
Dampfmenge m2'k0,04980,04920,04720,036461Wassermenge α = M + m0' – m2'k0,00920,01060,01330,011662Desgleichen in Procent von M + m0'%15,617,822,024,2
† Wenn aus dem Receiver eine Condensationswassermenge R
abgezogen wird, so ist zu rechnen M + m0' – R. Bei der Pantiner Maschine ist aber R = 0.
Post Nr.Versuche von Walther und Keller im Juli
1879aam 6.Nachm.bam 7.Vorm.cam 7.Nachm.dam 8.Vorm.63Wärmemenge am Ende des Kolbenlaufes U2'c30,530,329,422,664Zunahme der Dampfwärme während der totalen Expansion U2' – U1c+0,4–0,3–1,1+1,265Durch Expansion verbr. Wärmemenge AL2c 3,3 3,4 3,4 3,266Rd (Dwelshauvers-Dery) = U2' – U1 + AL2c 3,7 3,1 2,3 4,467Wärmemenge, welche während der Admis- sion an die Cylinderwände
abgegeben wurde, Q1 = (m + m0 – m1)r1c 8,3 8,0 9,0 9,768Q1 + μr – Rd = Q1 + μr – (U2' – U1 + AL2)c 4,6 4,9 6,7 5,369Hiervon ab den äuſseren Verlust αc 0,5 0,5 0,5 0,570Bleibt die Auspuffwärme ε1c 4,1 4,4 6,2 4,871Dieselbe berechnet von Hallauer Rcc 1,4 2,0 3,6 3,472Correctur wegen Fehler Post 14c 0,9 0,8 0,9 0,473Correctur wegen Hallauer's
irrthümlichen Fehlergliedes m0ρ – m0'ρ'c 1,8 1,6 1,7 1,074Zusammen richtige Auspuffwärme ε1 Post 70c 4,1 4,4 6,2 4,875Q + m0i = Q0 + μr + m0ic40,140,340,932,176Auf Arbeit verbrauchte Wärmemenge ALac 5,2 5,3 5,3 4,377Vorhanden und nach auſsen verloren U2' + αc31,030,829,923,178Mein Hauptwerth von ε = Q + m0i – ALa – U2' – αc 3,9 4,2 5,7 4,779Verification von ε = Post 70 – Post 78 = δ1c 0,2 0,2 0,5 0,180δ1 in Procent
von Q%0,560,61 1,57 0,3481Hallauer's zweiter Werth der
Auspuffwärme ε2 = M0(t3 + t0) + Mt3 – U2' – AL3 + m0'ρ'c 1,2 2,2 4,6 2,282Nothwendige Correctur desselb. m0'i – m0'ρ'c 0,3 0,3 0,3 0,283Hierzu Wärmeverlust am Condensator Post 40c 2,4 1,7 0,8 2,384Folgt übereinstimmend mit Post 78 ε2c 3,9 4,2 5,7 4,785Dagegen folgt mittels Mittelwerth von Post 40c 1,8 1,8 1,8 1,886Dritter Werth der Auspuffwärme ε3c 3,3 4,3 6,7 4,287Mittelwerth aus Post 70, 78 und 86 εc 3,8 4,3 6,2 4,688Derselbe in Procent von Q%10,712,017,015,989Hingegen nach Hallauer aus Rc Post
71% 3,9 5,6 9,911,790Aus Post 87 und 61 berechnet ε : ac413406466277Mittelwerth428
Nach Post 90 sind also bei 0,133 Füllung durchschnittlich 428c in den Cylinderwänden verfügbar für je 1k daran haftenden Wassers, während bei 0,6765
Füllung der Dampf so sehr naſs ist, daſs die Cylinderwände nur 277c für 1k abgeben
können. In dem angezogenen Artikel habe ich als Mittelwerth für 19 Versuche an 8
Maschinen den Werth ε : a
= 410c gefunden. Da das heiſse Wasser an den
Wänden behufs Verdampfung ohne Arbeitsverrichtung beiläufig 500c für 1k
benöthigt, so reichen 428c für 85 Proc., 277c für 55 Procent des Wassers hin, während bezieh.
15 und 45 Procent der Wassermenge tropfbar in den Condensator mitgerissen werden
müssen.Dies ist möglich. Nach Hallauer wäre aber:
d.h. die Auspuffwärme würde nur zur Verdampfung von 30, 38,
54, 41 Procent der vorhandenen Wassermenge ausreichen, obwohl Versuch a bis c bei
gleicher Füllung 0,133, Versuch d bei viel kleinerer Füllung abgeführt ist. Die
Unnatürlichkeit des Hallauer'schen Ergebnisses liegt
daher auf der Hand und ich glaube um so energischer gegen die fehlerhafte Einführung
des Fehlergliedes m'ρ' – mρ in dem Werthe von ε1 ankämpfen zu sollen, als ja Hallauer mit Recht als der bedeutendste Interpretator
der Hirn'schen „praktischen Theorie der
Dampfmaschine“ gilt. Wolle Hr. Hallauer doch
bedenken, daſs bei eincylindrigen Maschinen, wo er diesen Fehler mit m'ρ' – mρ nicht machen
konnte, die Auspuffwärme ε auch fast immer gröſser als
300c, für je 1k Wasser, ja bei der Hirn'schen Maschine sogar hinreichend für
vollständige Verdampfueg des vorhandenen Wassers gefunden wird.Um jedem Miſsverständniſs vorzubeugen, schreiben wir nochmals die richtigen
Gleichungen auf, unter Bezug auf die Bezeichnung derselben im Bd. 239 S. 329 und mit
Hinzufügung der entsprechenden von Hallauer
angewendeten fehlerhaften Berechnung:
I(1)wobei .Hallauer II(10)
(fehlt bei Hallauer).III(8)wobei .HallauerIV.Hallauer V(ρ),wobei in letzterer Gleichung unter δm der Mittelwerth aus dennach Formel (1) berechneten Einzelwerthen von δ verstandenist, welcher Mittelwerth den Wärmeverlust am Condensatorangibt.Nach HallauerVI
wird einerseits mit Q = Q0 + μr,
anderer-seits mit der am Ende der totalen Expansion an den Wänden be-findlichen Wassermenge
verglichen.Die Unrichtigkeit der Hallauer'schen
Rechnungsweise zeigt sicham deutlichsten, wenn man den zu II analogen Werth nachHallauer sucht:Es ist klar, daſs hier das Glied m0'ρ' falsch ist
und durchm0i ersetzt werden muſs.
Ich erachte mich nicht für unfehlbar und will auch nicht behaupten, daſs die
Gleichungen I bis V keine Wandlungen mehr durchzumachen haben; insbesonders erachte ich
es für richtiger, wenn statt m0i0 und m0'i0' gesetzt wird: (m0i0 + q0), (m0'i0' + q0'), unter q0 und q0' jene Wärmemengen
verstanden, welche in den Compressionsperioden in die Cylinderwände treten. Es liegt
mir aber vorläflug nur daran, daſs der wesentliche Zusammenhang von ε und a durch falsche
Berechnung von ε nicht verwischt werde.Gustav Schmidt.