LIII. Ueber die effective Kraft der an einigen Bergwerken in Cornwallis gebraͤuchlichen, ausdehnungsweise arbeitenden, verdichtenden Hochdruk-Dampfmaschinen. Von Hrn. Thomas Wicksteed, Civilingenieur. Aus dem Civil Engineers and Architects Journal. Decbr. 1838, S. 408. Ueber den Nuzeffect der Hochdruk-Dampfmaschinen in Cornwallis. Ich begab mich kuͤrzlich in Auftrag der East-London-Water-Works-Compagnie nach Cornwallis, um daselbst eine Maschine, uͤber welche eine der dortigen Gruben zu verfuͤgen hatte, zu untersuchen, und im guͤnstigen Falle sie fuͤr die Werke der Compagnie in Old-Ford anzukaufen. Der Kauf ward auch wirklich geschlossen und die Maschine, deren Cylinder 80 Fuß Durchmesser hat, befindet sich dermalen in London. Ich wollte, da man schon so viel uͤber die Leistungen der Maschinen in Cornwallis hin und her geschrieben hatte, einen Versuch, welcher die Londoner Ingenieurs zufrieden stellen sollte, hieruͤber anstellen, und glaube auch meine Absicht erreicht zu haben. Die Maschine, an der ich meine Beobachtungen anzustellen die Erlaubniß erhielt, befand sich an den Gruben von Holmbush bei Callington. Der Durchmesser ihres Cylinders hatte 50 Zoll; die Groͤße der Pumpen, welche man in Cornwallis Boxes heißt, und die Hoͤhe ihrer Saͤze waren, wie folgt: Kl. F. Z. Tye list (oberster Saz) 42 2 6 Durchmesser der Pumpe 11 Zoll. Rofe list 37 5 6        – –    – 11  – Bottom list (unterster Saz)   8 5 6        – –    – 10  – Ich richtete meine Aufmerksamkeit hauptsaͤchlich auf die Menge der verbrauchten Steinkohlen und auf die Menge des Wassers, welche wirklich gehoben wurde. Ich ließ 94 Pfd. (einen Cornwalliser Bushel) Steinkohlen abwiegen, das Schuͤrloch reinigen, und sowohl die Kohlenkammern als das Schuͤrloch versiegeln. Außerdem hatte ich waͤhrend der ganzen Dauer des Versuches einen meiner jungen Begleiter in dem Maschinenhause aufgestellt, so daß ich ganz uͤberzeugt bin, daß nicht mehr dann 94 Pfd. Steinkohlen verbraucht wurden. Ich uͤberzeugte mich, bevor ich den Versuch begann, genau von der Laͤnge des Pumpenhubes, den ich zu 8 Fuß 1 Zoll fand; auch ließ ich die Maschine langsam arbeiten, um zum Messen der bei jedem Hube gelieferten Wassermenge hinreichend Zeit zu haben. Das Wasser ward in einen hoͤlzernen Behaͤlter abgeliefert, aus dem es durch ein Ventil abfließen konnte, nachdem ich es gemessen hatte. Da ich fand, daß mir sechs Messungen beinahe ein und dasselbe Resultat gaben, indem der groͤßte Wechsel nur 2 Proc. betrug, so wog ich hierauf die von jedem Hube gelieferte Wassermenge ab, wobei ich sie zu 285,6 Pfd. fand. Ich hatte mir einen Stok machen lassen, welcher genau die Laͤnge des Hubes hatte, und mit diesem nahm ich waͤhrend des Versuches haͤufig die Laͤnge des Hubes; ich fand sie von 8 Fuß 1 Zoll bis zu 8 F. 2 Z. wechseln. Bei meinen Berechnungen legte ich die kuͤrzeste Laͤnge zum Grunde. Versuch. Ich ließ das Feuer unter dem Kessel so weit ausgehen, als es moͤglich war, ohne die Maschine zum Stillstehen kommen zu lassen. Der Druk des Dampfes im Kessel betrug 40 Pfd. auf den Quadratzoll. Ich notirte den Zaͤhler und die Zeit, und ließ dann die Maschine gehen. Nach 2 1/4 Stunden nahm das Feuer ab die Geschwindigkeit der Maschine verminderte sich und es wurde ein Nachtrag an Brennstoff noͤthig. Da die 94 Pfd. Steinkohlen verzehrt waren, so ließ ich die Maschine anhalten, und beobachtete den Zaͤhler. Die Maschine hatte im Ganzen 672 Hube, also beinahe 5 Hube in der Minute gemacht. Das Gewicht des gehobenen Wassers betrug 285,6 Pfd. × 672 Huben = 191,823,2 Pfd. Die Hoͤhe, auf die es gehoben wurde, in Summa der drei oben angegebenen Pumpensaͤze 535 Fuß 6 Zoll. Das Gewicht mit der Hoͤhe multiplicirt gibt 102,721,323 Pfd. Wasser, welche mit 94 Pfd. Steinkohlen einen Fuß hoch gehoben wurden. Dieses Resultat gibt, obwohl es zeigt, wie viel Wasser wirklich gehoben wurde, doch nicht die Leistung der Maschine; denn obschon die Quantitaͤt wegen unvermeidlicher Aussikerungen und Maͤngeln an den Ventilen nicht so groß ist, als sie seyn muͤßte, wenn Alles von hoͤchster Vollkommenheit waͤre, so hat die Maschine doch dieser Maͤngel ungeachtet jene Quantitaͤt zu heben, welche dem Flaͤchenraume der Pumpen multiplicirt mit der Laͤnge des Pumpenhubes entspricht, und zwar unter einem Druke, welcher durch die der Hoͤhe der Saͤze gleichkommenden Wassersaͤulen bedingt ist. Billiger Weise waͤre daher die Leistung der Maschine waͤhrend des Versuches zu berechnen, wie folgt: Gewicht der Wassersaͤule von 11 Zoll Durchmesser und 42 Kl. 2 F. 6 Z. oder 254,5 Fuß Hoͤhe 10,498 Pfd. Gewicht der Wassersaͤule von 11 Zoll Durchm. u. 37 Kl. 5 F. 6 Z. oder 227,5 Fuß Hoͤhe   9,384  – Gewicht der Wassersaͤule von 10 Zoll Durchm. u. 8 Kl. 5 F. 6 Z. oder 53,5 Fuß Hoͤhe   1,824  – ––––––––– Belastung der Maschine 21,706 Pfd. 21,706 × 672 Huben × 8 1/12 Fuß Hublaͤnge = 117,906,992 Pfd., welche mit 94 Pfd. Steinkohlen 1 Fuß hoch gehoben werden. Aus Obigem erhellt, daß 191,823 Pfd. Wasser mit einem Aufwande von 94 Pfd. an Steinkohlen 535 Fuß 6 Zoll hoch gehoben wurden, und daß also die Leistung der Maschine beinahe 118 Mill. Pfd. auf 1 Fuß Hoͤhe gehoben betrug. Ich muß bemerken, daß die Maschine durchaus nicht uͤbertrieben, und daß uͤberhaupt nichts gethan wurde, um die Maschine zu dem Versuche vorzubereiten. Der Kessel und die Feuerzuͤge waren 11 Monate hindurch nicht gereinigt worden. Mein Zwek war zu beweisen, was eine ausdehnungsweise arbeitende Maschine zu leisten vermag, und deßhalb hielt ich einen zweistuͤndigen Versuch fuͤr hinreichend, obwohl aller Wahrscheinlichkeit nach die mittlere aus einer zwoͤlfmonatlichen Arbeit gezogene Leistung unter dem Resultate unseres kurzen Versuches bleiben duͤrfte. Ich konnte, da ich keinen Indicator zur Hand hatte, nicht ermitteln, welchen Druk der Dampf bei seinem Eintritte in den Cylinder hatte; allein der Ingenieur Hr. West gab an, daß der Dampf duͤnner gezogen (wire drawn) wurde, so daß er, obwohl er im Kessel einen Druk von 40 Pfd. ausuͤbte, bei dem Eintritte in den Cylinder nur mehr einen Druk von 30 Pfd. hatte. Der Dampf wurde ungefaͤhr auf dem sechsten Theile des Hubes abgesperrt. Der in dem den Cylinder umgebenden Gehaͤuse enthaltene Dampf communicirte direct mit dem Kessel, und die Ausstrahlung war durch das Gehaͤuse vollkommen verhuͤtet. Es ward auf diese Weise eine hohe Temperatur unterhalten, wie sie unumgaͤnglich nothwendig ist, um den vollen Effect von der Expansivkraft des Dampfes zu erlangen. Aus Folgendem ergibt sich, welchen Effect die Dampfkraft haͤtte geben koͤnnen, wenn die Maschine und der Pumpenapparat ohne Reibung gearbeitet hatte. Der Druk des Dampfes beim ersten Eintritte in den Cylinder (30 Pfd. +14,75 Pfd. – 1,5 Pfd. Abzug fuͤr Unvollkommenheit des Vacuums) = 43,25 Pfd. Pfd. per Quadratzoll. Fuͤr den sechsten Theil des Hubes ist der Druk also       43,250 Wenn der Kolben 2/6 seines Hubes zuruͤkgelegt hat, wird der Druk vermindert auf       21,625       –    – 3/6       –     –        –       14,416       –    – 4/6       –     –        –       10,812       –    – 5/6       –     –        –         8,650       –    – 6/6       –     –        –         7,208 ––––––––– 6) 105,961 ––––––––– Gibt mittleren Druk       17,66 Pfd. Der Flaͤchenraum des Cylinders ist 1963,5 Quadratzoll. Der mittlere Dampfdruk per Quadratzoll 17,66 Pfd. Die Zahl der Hube 672 Die Laͤnge des Hubes im Cylinder (um 1 Fuß laͤnger als im Schafte) 9 Fuß 1 Zoll. Die Dampfkraft 1963,5 Quadratzoll × 17,66 Pfd. per Quadratzoll × 672 Huben × 9 1/12 Hublaͤnge = 211,658,702 Pfd., die mit 94 Pfd. Steinkohlen auf 1 Fuß Hoͤhe gehoben werden. Da aber in Wirklichkeit nur 117,906,992 gehoben wurden, so berechnet sich die Reibung der Maschinerie auf 93,731,710 Pfd. auf 1 Fuß gehoben, oder beilaͤufig auf 7 3/4 Pfd. Druk per Quadratzoll. Da die Reibung einer Wasserwerkpumpe gegen 5 3/4 Pfd. auf den Quadratzoll betraͤgt, so laͤßt sich mit Sicherheit schließen, daß eine nach dem Expansionsprincipe arbeitende Maschine an einem Wasserwerke mehr Arbeit vollbringen wird, als an den Gruben. Allen, die an den an den Gruben aufgestellten Maschinen die schweren Pumpenstangen, die Gegengewichte etc. gesehen haben, wird dieß einleuchten. Nach den Beobachtungen, die ich zu machen Gelegenheit hatte, bin ich uͤberzeugt, daß die Maschine, welche ich an den East-London-Wasserwerken zu errichten im Begriffe stehe, wenigstens eine Leistung von 120 Millionen bekommen wird. Da behauptet wurde, daß das Expansionsprincip sich nicht fuͤr rotirende oder doppelte Maschinen eigne, so stellte ich einige Beobachtungen an einer doppelten Maschine an, welche an den Gruben von Tincroft zum Pochen der Kupfererze verwendet wurde. Der Cylinder hatte 36 Zoll Durchmesser; die Laͤnge des Kolbenhubes betrug 9 Fuß; die Laͤnge der Kurbel 3 Fuß 6 Zoll; der Dampf wurde bei dem absteigenden Hube bei 2/5, bei dem aufsteigenden bei 1/3 abgesperrt; die Zahl der Hube belief sich auf 10 in der Minute. Die Maschine arbeitete mit so gleichmaͤßiger Geschwindigkeit, daß beinahe gar keine Unregelmaͤßigkeit in der Bewegung zu bemerken war. Nach den Rechnungen, die ich einsah, verbrauchte die Maschine innerhalb 24 Stunden gegen 30 Bushel Steinkohlen. Die Maschine trieb eine Reihe Stampfen, eine Pumpe, eine Maschine zum Zermalmen und noch eine andere Maschinerie. Bevor die beiden lezteren Apparate hinzugefuͤgt wurden, belief sich der Steinkohlenverbrauch in 24 Stunden auf 27 Bushels zu 93 Pfd. Das Pochwerk sezte 48 Pochstaͤmpel in Bewegung. Zur Ermittelung des Gewichtes dieser lezteren sah ich die Rechnungen ein, aus denen sich das Gewicht von 26 der gußeisernen Koͤpfe, so lange sie neu waren, im Durchschnitte zu 3 Cntr. 12 Pfd. ergab. Da man sich ihrer bediente, bis sich ihr Gewicht auf 1 Cntr. 2 Qurs. vermindert hatte, so konnte man ihr Gewicht im Durchschnitte zu 2 Cntr. 1 Qur. 6 Pfd. annehmen. Das Gewicht des Holzwerkes, der eisernen Baͤnder etc. der Pochstaͤmpel ergab sich einem Versuche gemaͤß zu 1 Cntr. 3 Qurs. 24 Pfd., so daß also auf jeden Pochstaͤmpel sammt Kopf im Durchschnitte 4 Cntr. 1 Qurt. 2 Pfd. oder 478 Pfd. zu rechnen kamen. Im Durchschnitte wurde jeder der 48 Staͤmpel 10 Zoll hoch gehoben, und zwar waͤhrend eines jeden Hubes 5 mal. Folgende Berechnung zeigt nun die Leistung der Pochmaschine: 48 Staͤmpel × 478 Pfd. × 0,833 Fuß der Hoͤhe der Hebung, × 5, der Zahl der Hebungen per Hub, × 10, der Zahl der Hube in der Minute, × 60 Minuten per Stunde, × 24 Stunden per Tag =1,376,089,344 Pfd., welche in 24 Stunden auf 1 Fuß Hoͤhe gehoben werden. Der Durchmesser der Pumpe war 14 Zoll oder 1,069 Quadratfuß Flaͤchenraum; die Laͤnge des Hubes 6 Fuß; die Hubanzahl 10 in der Minute. Die Leistung an der Pumpe war also: 1,069 Quadratfuß × 6 F. × 62 1/2 Pfd. per Kubikfuß × 26 F. Pumpensaz × 10 Huben in der Minute × 60 Minuten × 24 Stunden = 150,087,600 Pfd., die in 24 Stunden auf 1 Fuß Hoͤhe gehoben wurden. Die Gesammtleistung war also: 1,376,089,344 + 150,087,600: 27 Bushels = 56,525,072 Pfd., die mit einem Bushel oder 93 Pfd. Steinkohlen auf 1 F. Hoͤhe gehoben wurden. Die einfache Maschine an den Gruben von Holmbush verrichtete waͤhrend meines Versuches die Arbeit von 26,48 Pferden. Da der Versuch 2 1/4 Stunden oder 135 Minuten dauerte, so geben diese 135 × 33,000 Pfd., die auf 1 F. gehoben wurden, = 4,455,000 Pfd., welche in 2 1/4 Stunden durch den Aufwand einer Pferdekraft auf 1 F. gehoben wurden; denn 117,906,992 Pfd.: 4,455,000 = 26,48 Pferdekraͤften. Da 94 Pfd. Steinkohlen verbraucht wurden, so gibt dieß 94: 26,48 Pferdekraͤfte: 2,25 Stunden = 1,57 Pfd. Steinkohlen per Pferdekraft in jeder Stunde. Von den Pumpmaschinen in Old-Ford brauchte eine nach einem einstuͤndigen Versuche, welcher am 18. Febr. 1835 mit ihr vorgenommen wurde, 4,82 Pfd. Steinkohlen per Pferdekraft, so daß also der Verbrauch beilaͤufig drei mal groͤßer war, als an der Maschine von Cornwallis, obschon diese als Grubenmaschine eine außerordentliche Reibung zu uͤberwinden hatte. Die Doppelmaschine an den Gruben von Tincroft verrichtete die Arbeit von 32,11 Pferden; mithin 33,000 × 60 Minuten × 24 Stunden = 47,520,000 Pfd., welche in 24 Stunden durch eine Pferdekraft auf 1 Fuß Hoͤhe gehoben wurden. Die Maschine hob in 24 Stunden 1,526,176,944 Pfd. auf 1 Fuß; diese Zahl getheilt durch 47,520,000 Pfd. gibt 32,11 Pferdekraͤfte. Da 27 Bushels zu 93 Pfd. an Steinkohlen verbraucht wurden, so gibt dieß 2511 Pfd. Kohlen: 24 Stunden = 104,62 Pfd. per Stunde: 32,11 Pferdekraͤfte)= 3,25 Pfd. per Pferdekraft in jeder Stunde. Hr. Farey gibt in seinem schaͤzbaren Werke uͤber die Dampfmaschine S. 488 an, daß eine nach Bolton und Watt gebaute rockende oder doppelte Maschine stuͤndlich 10 1/2 Pfd. Steinkohlen fuͤr jede Pferdekraft erfordert: eine Quantitaͤt, welche drei mal groͤßer ist als jene der doppelten Maschine an den Tincroft-Gruben.