Titel: | Neuer regenerirender Condensator für Hoch- und Niederdruck-Dampfmaschinen, welchen sich der Civilingenieur C. W. Siemens zu Birmingham für England patentiren ließ. |
Fundstelle: | Band 123, Jahrgang 1852, Nr. XL., S. 250 |
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XL.
Neuer regenerirender Condensator für Hoch-
und Niederdruck-Dampfmaschinen, welchen sich der Civilingenieur C. W. Siemens zu Birmingham für England patentiren ließ.In Bd. CXXII S. 402 des polytechn. Journals wurde bereits das Princip des
Condensators unseres Landsmannes Siemens
mitgetheilt.A. d. Red
Aus dem London Journal of arts, Nov. 1851, S.
499.
Mit einer Abbildung auf Tab. IV.
Siemens' regenerirender Condensator für Hoch- und
Niederdruckdampfmaschinen.
Der Condensator einer Dampfmaschine hat den Zweck, den Treibcylinder gänzlich von
Dampf zu befreien, nachdem dieser auf den Kolben gewirkt hat. Dieß geschieht
dadurch, daß man den benutzten Dampf in einen verschlossenen Raum leitet, der eine
verhältnißmäßig große Oberfläche von kalten Substanzen hat, welche die latente Wärme
des Dampfes absorbiren und ihn daher zu einer Flüssigkeit verdichten. Gewöhnlich
wird kaltes Wasser zu diesem Zweck angewendet, und es wird dasselbe in unmittelbare
Berührung mit dem Dampf gebracht, wie z.B. bei dem Watt'schen Einspritz-Condensator, oder es wirkt mittelst metallener
Wände, wie bei dem Oberflächen-Condensator von Hornblower, der von Hall und Anderen verbessert
wurde.
Die mehr oder minder vollkommene Kondensation des Dampfes hängt 1) von dem
Nichtvorhandenseyn von Luft in dem Condensator, und 2) von der Temperatur ab, bei
welcher die Condensation stattfindet.
Um eine vollständige Luftleere hervorzubringen, müßte das Wasser den Condensator mit
etwa 32° F. (0° R.) verlassen, oder es müßte als Eis hineingebracht werden.
Gewöhnlich hat aber das condensirende Wasser eine Temperatur von 60° F.
(12°, 44 R.) und verläßt den Condensator mit etwa 110° F.
(34°,6 R.); letztere Temperatur veranlaßt eine bleibende Dampfatmosphäre von
2,5 Zoll Quecksilber, oder mit andern Worten eine Luftleere von 27,5 Zoll unter dem
atmosphärischen Druck von 30 Zoll. Wird weniger Condensationswasser angewendet, so
erreicht es eine verhältnißmäßig höhere Temperatur und es wird eine minder
vollständige Condensation bewirkt. Bei 212° F. (80° R.) würde der
Druck des unverdichteten Dampfes gleich demjenigen der Atmosphäre seyn, so daß der
Zweck des Condensators gänzlich vereitelt wäre.
In allen den Fällen, wo man daher nicht viel Condensationswasser zur Verfügung hat,
oder wo die Hitze des von der Maschine verwendeten Dampfes noch benutzt werden soll,
betreibt man die Maschine ohne Condensation (oder mit Hochdruckdampf), wobei aber
der effective Druck von fast einer Atmosphäre auf den Treibkolben geopfert wird. Der
regenerirende Kondensator, welcher den Gegenstand
dieser Abhandlung bildet, verhindert diesen Verlust an Wärme in dem einen Falle und
den Verlust an mechanischer Wirkung in dem anderen Falle; denn er besitzt die
Eigenthümlichkeit, das condensirende und condensirte Wasser auf die ursprüngliche
Temperatur des Dampfes zurückzuführen, d.h. auf diejenige, welche er beim Ausströmen
aus dem Treibcylinder hatte (die gewöhnlich 80° R. beträgt), und bewirkt
dessenungeachtet eine wirksame Luftleere.
Fig. 13 zeigt
einen senkrechten Durchschnitt des regenerirenden Condensators einer
Hochdruckmaschine von zehn Pferdekräften. Er besteht aus einem senkrechten
viereckigen Kasten a von Gußeisen, dessen unteres Ende
b cylindrisch ist und einen Treibkolben enthält. Der
Kasten enthält senkrechte Metallplatten, welche parallel neben einander stehen und
Zwischenräume von nicht weniger als 1/16 Zoll haben. Das obere Ende des Condensators
steht einerseits mit der Exhaustions- oder Entleerungsröhre e der Maschine, und andererseits mit dem
Warmwasserbehälter f mittelst eines Ventils g in Verbindung. Ein Aufhalter h verhindert das Oeffnen des Ventils über eine gewisse Entfernung, damit
es sich augenblicklich wieder schließen kann. Die Metallbleche d sind durch fünf oder mehrere schwache Bolzen
aneinander befestigt, und zwischen ihnen liegen kleine Scheiben, welche sie in
gehöriger Entfernung von einander halten. Hebt man den Condensatordeckel i ab, so können diese Bleche leicht herausgenommen und
gereinigt werden. Unmittelbar unter den Blechen tritt ein Einspritzrohr k in den Condensator; es ist mit einem kleinen Luftgefäß
l und mit einem Hahn zur Regulirung versehen.
Die Wirkung dieses Condensators ist folgende: dem Treibkolben wird die Bewegung von
der Dampfmaschine mitgetheilt, und zwar so, daß er zwei Züge macht, während der
Dampfkolben einen vollendet. In dem Augenblick, wo sich die Entleerungsröhre der
Maschine öffnet, sind die Bleche d gänzlich im Wasser
eingetaucht, von welchem ein kleiner Theil in die Röhre a über die Bleche tritt und nebst der daselbst befindlichen Luft, mittelst
des Dampfstromes, durch das Ventil g in das
Warmwassergefäß geführt wird, wo das Wasser bleibt, während der überschüssige Dampf
in die Luft ausströmt. Einen Augenblick, nachdem die theilweise Entleerung des
Dampfcylinders begonnen hat, tritt das Wasser zwischen die Bleche d zurück, so daß der Dampf in die Zwischenräume treten
kann und sich dort condensirt. Die aus dem Wasser hervortretenden obern Kanten der
Bleche sind mit Dampf von atmosphärischem Druck umgeben, und indem sie einen Theil
davon condensiren, erlangen sie sehr bald die Temperatur des Dampfes, d.h. ungefähr
210° F. (79° R.).
Die theilweise Condensation vermindert die Dichtigkeit und die Temperatur des
zurückbleibenden Dampfes, welcher zu seiner weitern Condensation vermehrter und
kälterer Oberflächen bedarf. Diese gewähren die weiter aus dem Wasser
hervortretenden Theile der Metallbleche. Während der Zeit, in welcher das Wasser die
Bleche verläßt, ist der größere Theil des Dampfes verdichtet. Die Condensation des
noch bleibenden Theils von dem Dampfe, könnte nicht so schnell mittelst der
Metalloberflächen bewirkt werden; da aber der Kolben c
zu sinken fortfährt, so kommt der Dampf in unmittelbare Berührung mit dem Strahl
kalten Wassers aus der Einspritzröhre k, was die
Luftleere auf dieselbe Art wie bei einem gewöhnlichen Einspritz-Condensator
vollendet. Das Luftgefäß l, welches mit der
Einspritzröhre verbunden ist, hat den Zweck, die Einspritzwasser aufzunehmen, wenn
das Wasser zwischen die Bleche aufgestiegen ist, und dasselbe mit steigender Stärke
in den Condensator zu drängen, wenn es erforderlich ist die Luftleere zu
vervollständigen.
Obgleich dieser Condensator in strenger Folge wirkt, so wird das ununterbrochene
Zuströmen des Dampfes aus dem Cylinder doch nicht gehemmt, und er vollendet die
Luftleere, wenn der Treibkolben der Maschine nur 1/10 von seinem Laufe vollbracht
hat. Sowohl die Maschinenkurbel, als die den Condensator treibende Kurbel befinden sich in
demselben Augenblicke in gleicher Höhe; aber letztere vollendet ihre Umdrehung in
der Hälfte der Zeit, in welcher sich die Maschinenkurbel umdreht; wenn daher der
Treibcylinder nur 1/10 von seinem ganzen Zuge gemacht hat, so wird die
Condensatorkurbel fast die Hälfte ihres Laufs vollendet haben, und es wird der ganze
Condensationsproceß bewirkt seyn. Der größte Theil der latenten Wärme des Dampfes
wird von den Blechen aufgenommen, deren obere Enden auf etwa 210° F.
(79° R.) und die untern Enden etwa auf 150° F. (52°,4 R.)
erwärmt seyn werden.
Indem das Wasser zwischen den Blechen während des letzten Zehntels des Kolbenlaufs
wieder in die Höhe geht, absorbirt es deren Wärme auf eine ähnliche stufenweise Art
(indem es zuerst über die kältern, und nach und nach über die wärmern Theile ihrer
Oberflächen geht), und entweicht zuletzt in den obern Dampfdurchgang auf einer dem
Siedepunkt nahen Temperatur, in welchem Augenblick neuerdings Dampf aus dem Cylinder
strömt, der das Wasser wie oben beschrieben, in das Warmwassergefäß schafft und
seine Temperatur vollends bis auf den Siedepunkt erhöht.
Zur Bewegung des Condensatorkolbens wurden mehrere Bewegungsmittheilungen versucht,
unter denen eine Kniehebel-Verbindung, welche unmittelbar von dem Balancier
der Maschine getrieben wird, wie m
Fig. 13
zeigt, die zweckmäßigste seyn dürfte.
Die Menge des Wassers, welches in diesem Condensator erforderlich ist um 1 Pfd. Dampf
von atmosphärischem Druck zu condensiren, die anfängliche Temperatur des
condensirenden Wassers zu 60° F. (12°,4 R.), die schließliche
Temperatur zu 210° F. (79° R.) und die latente Wärme des Dampfes zu
212° F. (80° R.) bei 960 Einheiten angenommen – beträgt
960/(210 – 60) = 6,6 Pfd. Wasser um 1 Pfd. Dampf zu condensiren. Dagegen
erfordert der gewöhnliche Einspritz-Condensator, wenn man annimmt daß das
condensirende und condensirte Wasser mit 110° F. (34°,6 R.)
ausströmt,
[960 + (212 – 110)]/(110 – 60) = 21,2 Pfd.
Bei einer Locomotive oder einer andern Hochdruckmaschine, wo der Dampf mit einem
Druck von etwa 30 Pfd. über den atmosphärischen Druck aus dem Cylinder strömt, ließe
man zwei Drittel unverdichtet entweichen und erhielte eine Luftleere mit nur 66/3 = 2,2
Pfd. condensirendem Wasser für 1 Pfd. Dampf welches durch den Cylinder ging.
Die geringe Menge des erforderlichen Condensationswassers macht diesen Condensator
bei Maschinen in fast jeder Localität anwendbar; auch war man bemüht den Apparat so
leicht und compendiös als möglich zu machen.
Die Vortheile, welche seine Anwendung bei Hochdruckmaschinen gewährt, sind folgende:
1) Es wird an Effectivkraft gewonnen, was sich durch die Luftleere erklärt; der
Erfinder schlägt diesen Gewinn zu 20 Proc. an.
2) Es wird an Wärme zur Dampferzeugung erspart, indem den Kesseln siedendheißes
Speisewasser zugeführt wird. Der Rest des heißen Wassers kann sehr vortheilhaft zur
Erwärmung von Gebäuden, in Färbereien etc. verwendet werden. Man kann dieß zu 15
Proc. anschlagen.
3) Der nicht verdichtete Dampf läßt sich zum Hervorbringen eines Zugs in den Essen
oder zu andern Zwecken verwenden.
4) Der Treibkolben entzieht der Maschine keine Kraft, was bei der Luftpumpe des
Einspritz-Condensators der Fall ist.
5) Der Condensator kann zu jeder Zeit in oder außer Wirkung gesetzt werden, indem man
die Speisung mit Einspritzwasser zuläßt oder abschließt. Ist das erstere geschehen,
so wird sofort eine Luftleere gebildet, ohne daß ein Durchblasen erforderlich wäre;
und wird das Einspritzwasser abgestellt, so kann die Maschine auf dieselbe Weise
arbeiten, als wenn gar kein Condensator vorhanden wäre.
6) Die im Condensator enthaltene Luft wird am Anfang jedes Zuges wirklich
ausgetrieben, was für die Bildung einer guten Luftleere ein großer Vortheil ist;
dagegen entfernt die gewöhnliche Luftpumpe nur einen Theil der Luft bei jedem Zuge,
und hinterläßt folglich immer einen Theil im Condensator.
7) Der regenerirende Condensator ist einfacher und auch wohlfeiler als der
gewöhnliche Einspritz-Condensator, da er kaum den vierten Theil der Größe des
letztern und nur ein Ventil statt drei hat.
Die Vortheile, welche der regenerirende Condensator bei stehenden Maschinen gewährt, sind praktisch erwiesen.
Für Locomotiven würde der regenerirende Condensator
folgende Vortheile darbieten: Er läßt sich bei jeder Kolbengeschwindigkeit anwenden, indem die
Länge der Bleche vermindert, ihre Breite vergrößert, und die Geschwindigkeit des
Condensatorkolbens verhältnißmäßig vermindert wird. Seine Dimensionen stehen nur im
Verhältniß zu der Räumlichkeit des Cylinders und nicht (wie bei andern
Condensatoren) zu der Pferdekraft der Maschine. Das Gesammtgewicht eines
Condensatorenpaares, wie es bei einer Locomotive mit Cylindern von 13 Zoll
Durchmesser und 20 Zoll Hub erforderlich ist, beträgt ungefähr 3 1/2 Centner. Die
Kraft des Ausblasens bleibt fast unvermindert. – Der Condensator erfordert
keine Aufmerksamkeit bei dem Betriebe der Locomotive, und wenn er durch eine
zufällige Ursache nicht wirkt, so fährt die Dampfmaschine als Hochdruckmaschine doch
zu wirken fort; auch kommt er mit den arbeitenden Theilen der Maschine gar nicht in
Kollision. – Die beiden Condensatoren sind in einem Stück gegossen und
unmittelbar vor den Cylindern der Locomotive angebracht. Sie gleichen den
beschriebenen und abgebildeten Condensatoren; nur ist die Länge der Bleche und der
Hub der Kolben im Verhältniß zum Dampfcylinder sehr vermindert, damit die
Geschwindigkeit des Wassers zwischen den Blechen eine gewisse Gränze nicht
überschreiten kann.
Die beiden Condensatorkolben sind mit den entgegengesetzten Enden eines kurzen
Balanciers verbunden, welcher seine Bewegung von der Maschine erhält. – Außer
den Exhaustions-Ventilen welche in das Warmwassergefäß führen, sind diese
Condensatoren mit zwei andern Auslaßventilen versehen, die eine etwas eigenthümliche
Construction haben und mit einer sehr beschränkten Bewegung den Vortheil vereinigen,
dem in die Esse der Locomotive ausströmenden Dampf einen vollkommen freien Durchgang
zu verstatten. Dieses Ventil besteht aus einem länglich viereckigen Schieber in der
obern Wand des Dampfcanals, welcher von dem Cylinder zum Condensator führt; an den
Enden des Schiebers sind dreieckige Stücke, welche die Seiten zweier länglichen
Ränder tragen, welche die Oeffnung bedecken, mit Ausnahme solcher Momente, wo ein
größerer Druck im Innern sie gewaltsam öffnet. Ihre Bewegung ist durch Aufhalter
beschränkt.
Das Ausströmen des Dampfes sammt dem heißen Wasser in das Warmwassergefäß wird durch
ein Klappenventil auf letzterem regulirt, welches in die Atmosphäre aufgeht; dadurch
wird ein Druck über dem atmosphärischen in dem Warmwassergefäße erlangt, welcher
günstig wirkt, indem er das siedend heiße Condensationswasser in die Speisepumpe des
Kessels treibt. Es ist oben bemerkt worden, daß die gewöhnliche Speisewassermenge an sich selbst
nicht halb hinreicht um eine Luftleere in dem Condensator zu erlangen und daß daher
eine anderweitige Wassermenge hergeschafft werden muß. Berücksichtigen wir jedoch
den geringen Ueberschuß des Condensationswassers, besonders wenn die Durchmesser der
Treibcylinder im Verhältniß der gewonnenen Effectivkraft vermindert werden, und
bedenken wir ferner, daß siedend heißes Wasser den größten Theil seiner Wärme leicht
abgibt, so wird der Vorschlag, im hintern Theile des Tenders einen einfachen
Refrigerator anzubringen, gewiß zweckmäßig erachtet werden. Hierbei wird die
schnelle Bewegung der Locomotive durch die Luft benutzt um die Abkühlung des Wassers
zu befördern.
Die Anwendung des vorgeschlagenen Condensators bei Niederdruckmaschinen erfordert nach dem Gesagten nur wenige Bemerkungen.
In diesem Falle hat der Dampf, wenn er aus dem Cylinder entweicht, nicht
hinlängliche Kraft, um Luft und heißes Wasser aus dem Condensator in die Atmosphäre
zu treiben; und es muß daher ein zum Theil leerer Behälter zu ihrer Aufnahme
vorhanden seyn. Zu dem Ende wird diejenige Seite des Condensationscylinders, welche
bei der beschriebenen Construction stets leer ist, mit dem Auslaßventil des
Condensators in Verbindung gesetzt, und erhält die Ladung von Wasser und Luft, wenn
sich der Kolben am entgegengesetzten Ende befindet; es wird dann noch ein zweites
Ventil angebracht, durch welches das Wasser während der Rückkehr des Kolbens in das
Warmwassergefäß getrieben wird. Wegen zweckmäßigerer Anordnung ist der
Condensator-Cylinder umgekehrt.
Die Hauptvortheile welche durch Anwendung dieses Condensators bei Niederdruck-Maschinen erlangt werden, sind:
1) Die erforderliche Menge vom Einspritzwasser wird in dem Verhältniß von 1: 3
vermindert. 2) Das Speisewasser für den Kessel wird fast siedend heiß gewonnen,
wodurch eine Brennmaterialersparung von (210 – 110)/960 oder beiläufig 10
Procent erzielt wird. 3) Die ganze Wärmemenge welche unter dem Kessel erzeugt wird,
gibt die Maschine in Form von siedend heißem Wasser ab, welches in den meisten
Fällen vortheilhaft zum Heizen von Gebäuden, zum Waschen, Färben und andern Zwecken
benutzt werden kann. 4) Es wird ein bedeutender Theil der Kraft welche zum Betriebe
der Luftpumpe erforderlich ist, erspart.
Der Erfinder beschließt seine Abhandlung mit einer historischen Skizze der
Dampfmaschinen-Condensatoren, um den wesentlichen Unterschied seines Systems
zu erläutern.
Bei Newcomen's Maschine bemerkt
er, wurde die Condensation des Dampfes durch einen Strahl kalten Wassers, welcher in
den Dampfcylinder selbst gelangte, bewirkt. Das kalte Wasser kühlte natürlich die
Wände des Cylinders ab, welche ihrerseits einen bedeutenden Theil von der
nachfolgenden Dampfmenge abkühlten, ehe der Dampf den Kolben aufwärts getrieben
hatte.
James Watt suchte ein Mittel gegen diesen Wärmeverlust,
und kam auf den Gedanken, den Dampf in einem besondern verschlossenen Gefäß zu
verdichten. Dadurch erreichte er nicht nur seinen unmittelbaren Zweck, sondern er
machte zu gleicher Zeit die Dampfmaschine jenes Grades von Vollkommenheit und
allgemeiner Anwendbarkeit fähig, welchen sie jetzt besitzt. Der
Einspritz-Condensator von Watt ist der wirksamste
seiner Art, und hat seine ausschließliche Herrschaft bis auf den heutigen Tag
behauptet. Er besteht aus einem verschlossenen Gefäß, welches periodisch mit dem
Dampfcylinder communicirt. Das Einspritzwasser, sammt dem verdichteten Dampf und der
Luft, welche sich zum Theil aus dem Einspritzwasser entwickelt und zum Theil durch
die Fugen des Cylinders und der Auslaßröhre dringt, werden ununterbrochen mittelst
der Luftpumpe aus dem Dampfcylinder geschafft. Bald nach der Einführung des Watt'schen Condensators wurde von Hornblower ein Oberflächen-Condensator vorgeschlagen, welcher in
einem verschlossenen ringförmigen Gefäß von dünnem Blech bestand, an dessen innern
Oberflächen der benutzte Dampf der Maschine verdichtet wurde; die latente Wärme
dieses Dampfs wurde unaufhörlich durch einen Strom kalten Wassers fortgeführt,
welcher das Gefäß umgab. Eine verhältnißmäßig kleine Luftpumpe zog sowohl das
verdichtete Wasser aus (welches wieder in den Kessel gepumpt wurde), als die etwa
durch Fugen eingedrungene Luft. Wegen Mangels einer hinreichend großen abkühlenden
Oberfläche zeigte sich dieser Condensator ungenügend.
Ein wirksamer Oberflächen-Condensator würde jedoch bedeutende Vorzüge im
Vergleich mit dem Einspritz-Condensator haben, hauptsächlich bei
Marine-Dampfmaschinen; denn da der verdichtete Dampf stets in den Kessel
zurückkehrt, so verhindert er die Bildung von Kesselstein und es würde dadurch das
Ausblasen des Kessels unnöthig; seine Luftpumpe erfordert viel weniger Triebkraft,
auch braucht ein solcher Condensator nicht genau beaufsichtigt zu werden. In
Berücksichtigung dieser
Umstände wurden verschiedene Versuche gemacht um Hornblower's Erfindung zu verbessern; da aber
alle diese Verbesserungen fast gleichen Charakter haben, so genügt es zu dem
vorliegenden Zweck den von Hall erfundenen Condensator zu
erwähnen, welcher auch der bekannteste ist. Er besteht aus zwei flachen Gefäßen oder
verschlossenen Kammern, welche durch sehr viele Messingröhren mit einander verbunden
sind, durch welche der zu verdichtende Dampf circulirt. Diese Röhren sind von kaltem
Wasser umgeben, welches den Raum zwischen den Gefäßen ausfüllt. Eine kleine
Luftpumpe nimmt das verdichtete Wasser und die Luft aus dem untersten Gefäße weg.
Das große Gewicht und die bedeutenden Kosten des Condensators, der Umstand daß er
sehr leicht in Unordnung geräth, endlich die Unmöglichkeit die Röhren von den
kalkigen Niederschlägen des Wassers befreien zu können, ohne den ganzen Apparat
auseinander zu nehmen, sind bedeutende Einwürfe gegen seine praktische
Brauchbarkeit.
Im J. 1847 hatte der Patentträger Gelegenheit einen Oberflächen-Condensator
unter Umständen anzuwenden, wo Ersparung von Raum und Material wesentlich waren.
Indem er über die zweckmäßigste Vertheilung der Oberflächen nachsann, glückte es ihm
eine Anordnung zu finden, welche mit der Hälfte des bei dem Hall'schen Condensator verwendeten Materials ein sehr genügendes Resultat
gab.
Dieser verbesserte (Hall'sche)
Oberflächen-Condensator besteht aus einer Anzahl von 3/32 Zoll dicken, 4 1/2
Zoll breiten und 24 Zoll langen Kupferblechen, welche mittelst zweier der Länge nach
gehenden platten Kupferdrähten zwischen den nebeneinanderliegenden Blechen mit
einander verbunden sind; sämmtliche Bleche sind zwischen den Wänden eines länglichen
viereckigen Kastens, der den Körper des Condensators bildet, dicht
zusammengeschraubt. Die Enden der Bleche springen über den Deckel und den Boden des
Condensators vor, und sind in gleicher Ebene mit seinen äußern Oberflächen
abgehobelt. Die Fugen am Deckel und Boden sind durch Kautschuk-Ringe
verdichtet, welche unter schmalen gußeisernen Rahmen niedergeschraubt werden und der
verschiedenen Ausdehnung der beiden Metalle nachgeben. Die platten Drähte werden in
paralleler Richtung etwa 3 Zoll von einander zwischen die Bleche gelegt und bilden
so eine große Anzahl enger Canäle, durch welche das kalte Condensationswasser in
aufwärtssteigender Richtung strömt, ohne in den luftleeren Raum des Condensators zu
dringen, in welchen die Kanten der Drähte und Bleche treten und die condensirenden
Oberflächen bilden.
Die Erklärung dieses Condensators ist folgende: die Wärme-Transmission bei
einem Oberflächen-Condensator ist eine dreifache: 1) von dem verdichteten
Dampf nach den innern Metalloberflächen; 2) von den innern Oberflächen durch den
Körper des Metalls nach den äußern Oberflächen; 3) von den äußern Oberflächen nach
dem umgebenden Wasser, von welchem sie weggeführt wird.
Der erstgenannte Proceß (die Condensation) würde mit einer unbegränzten
Geschwindigkeit erfolgen, wenn er nicht durch den zweiten und dritten Proceß, oder
durch das Vorhandenseyn permanenter Gase verzögert würde, welche sich auf den
verdichtenden Oberflächen anhäufen, und deren unmittelbare Berührung mit dem Dampf
verhindern. Der zweite Proceß (die Leitung) ist in directem Verhältniß mit dem
Leitungsvermögen des Metalles und nach dessen Dicke verschieden; aber die
Leitungsfähigkeit des Kupfers ist so groß, daß seine Dicke keinen bemerkbaren
Einfluß auf die Quantität der in einer gegebenen Zeit durchgelassenen Wärme zu haben
scheint.
Der hier beschriebene Oberflächen-Condensator wurde in Uebereinstimmung mit
diesen Bemerkungen construirt. Er enthält wärmeabsorbirende Oberflächen (mittelst
des Wassers), 18 Quadratfuß per Pferdekraft;
condensirende Oberflächen, 9 Quadratfuß per Pferdekraft;
berechnete mittlere Dicke des Metalls, durch welches die Wärme durchgelassen wird, 1
1/4 Zoll; Gewicht des Kupfers, 60 Pfd. per Pferdekraft;
von den Blechen eingenommener Raum, 0,4 Kubikf. per
Pferdekraft (ungefähr 1/10 von dem Raume, welchen die Röhren eines
Röhren-Condensators einnehmen).
Die Vortheile dieses Condensators sind seine verhältnißmäßig wohlfeile Construction,
und die Leichtigkeit, womit man zu den Wassercanälen zwischen den Blechen gelangen
kann. Er erfordert auch weniger Condensationswasser als die früheren
Oberflächen-Condensatoren, wegen der wiederholten und innigen Berührung,
womit jedes Theilchen mit den erwärmenden Oberflächen in Berührung gebracht wird,
ehe es den obern Behälter oder das Warmwassergefäß erreichen kann. Der Erfinder ist
der Meinung, daß dieser Oberflächen-Condensator mit Vortheil bei den
Maschinen der Marine-Dampfschiffe angewendet werden kann, und da er ihn nicht
patentiren ließ, so hofft er, daß es nicht an Versuchen dazu fehlen wird.
Auf die Idee seines regenerirenden Condensators verfiel der Erfinder im Frühling
1847, als der benutzte Dampf einer Niederdruckmaschine bei Hrn. John Graham zu Manchester in Form von mäßig
heißem Wasser zur Verwendung gebracht werden sollte. Der Apparat dazu bestand aus
einem sich drehenden Ventil, welches den benutzten Dampf der Maschine zuerst in die
Atmosphäre und dann nach und nach in getrennte verschlossene Behälter einließ, wo er
bei verschiedenen Dichtigkeiten condensirt wurde. Das kalte oben einfließende Wasser
trat zuerst zwischen die Bleche in der letzten Abtheilung, dann stufenweise zwischen
diejenigen der übrigen Abtheilungen, bis es die erste Abtheilung erreichte, wo der
Dampf fast den atmosphärischen Druck hatte und folglich das Wasser fast bis zum
Siedepunkte erwärmte, mit welcher Temperatur es ausströmte.
Der nächste Schritt war ein Einspritzcondensator nach dem nämlichen Princip. Das sich
drehende Ventil ließ den benutzten Dampf der Maschine zuvörderst in die Atmosphäre
ausströmen, dann nach und nach in getrennte Behälter, wo er bei verschiedenen
Dichtigkeiten condensirt wurde. Das in den Apparat eingespritzte kalte Wasser ging
nach und nach durch den Dampf in jedem Behälter, und zwar mittelst verdrängender
Kolben, welche alle an derselben Kolbenstange angebracht waren und durch jede
Abtheilung zwischen den Behältern gingen; das heiße Wasser trat am Boden aus.
– Die verschiedenen Behälter waren mit Ueberläufen versehen, um das Wasser
schneller und vollständiger mit dem Dampf in Berührung zu bringen; eine kleine Pumpe
wurde zum Ausziehen der mit Dampf und Wasser gemischten Luft benutzt.
––––––––––
Nachdem vorstehende Abhandlung des Hrn. Siemens in dem Institut der Ingenieure zu Birmingham vorgetragen
worden war, eröffnete sich eine Discussion, von welcher wir das Wichtigste
mittheilen wollen.
Zuvörderst entstand die Frage, welcher Unterschied im Brennmaterial-Verbrauch
bei der Maschine auf den Saltley-Werken mittelst Anwendung des Condensators
gegen früher stattgefunden habe? – Hr. Siemens erwiederte, daß die Maschine eine Woche
mit dem Condensator und die andere Woche ohne denselben betrieben worden sey, und
daß der Condensator eine Ersparung von 18 Proc. Brennmaterial (Steinkohlen)
veranlaßt habe. Der Condensirapparat sey übrigens zu leicht, und nicht besonders zu
diesem Zweck angefertigt gewesen, auch seyen bei den später construirten Condensatoren die Verhältnisse
verbessert worden.
Diese Angabe wurde von Hrn. Wright bestätigt, welcher bemerkte, daß die
Brennmaterial-Ersparung etwa 8 Cntr. in 1 1/4 Tag betragen habe. Der Gang der
Maschine konnte nur ein unregelmäßiger seyn, weil wegen Mangelhaftigkeit des
Apparats, welcher zu leicht war, öftere Stillstände erforderlich waren.
Der Vorsitzende meinte, daß bei einer Locomotive die außerordentliche Geschwindigkeit
mit welcher die Dampfstrahlen ausströmen, ohne Zweifel ein großes Hinderniß für die
Anwendung des Condensators sey. Hr. Siemens erwiederte hierauf, daß es nur nothwendig seyn würde den
Condensator so rasch zu bewegen, daß ein Cylinder voll Dampf condensirt wird, ehe
der nächste Cylinder voll ausströmt; und dieß ließe sich nach seiner Meinung leicht
dadurch bewirken, daß man die Bleche des Condensators verhältnißmäßig breiter und
den Hub des Condensatorkolbens kürzer macht, um dessen Geschwindigkeit so viel als
nöthig zu vermindern. Der Dampf müsse alsdann zu dem Tender in Röhren zurückgehen,
zwischen welchen Luft in Folge der großen Geschwindigkeit der Locomotive
circulirt.
Der Vorsitzende bemerkte, daß es schwierig seyn dürfte das Tenderwasser zum
Condensiren kalt genug zu erhalten, wenn nur wenig Wasser im Tender zurückbleibt, da
bekanntlich das nach der Fahrt zurückbleibende Wasser sehr heiß, fast kochend sey.
Hr. Siemens erwiederte, er
erwarte, daß das Condensationswasser auf beiläufig 100° F. (30° R.)
abgekühlt werde, ehe es zum Tender zurückkehrt, nämlich durch seine Circulation in
den Refrigeratorröhren und die rasche Bewegung der Locomotive durch die Luft; auch
brauche das Wasser nicht so kalt zu seyn wie im gewöhnlichen Condensator, da nur der
letzte Theil des Dampfes durch Einspritzen condensirt werde.
Hr. Cowper bemerkte, daß nur
ein kleiner Theil des Dampfes das Einspritzwasser erreiche, indem der größte Theil
vorher durch die Bleche condensirt werde oder in die Atmosphäre ausströme; es dürfte
daher das Einspritzwasser dieselbe Temperatur haben, als das von einem gewöhnlichen
Condensator herkommende. Ferner sey zu berücksichtigen, daß der Tender nicht sobald
leer werden würde wie gewöhnlich; weil ein Theil des Dampfs verdichtet werde und in
den Tender zurückkehre, statt daß der ganze Dampf in die Esse geblasen werde; das
auf diese Weise wiedergewonnene Wasser dürfte ein Drittel von dem ganzen
Speisewasser betragen.
Hr. Siemens zeigte durch die
graphische Darstellung eines Indicators, daß durch die Anwendung des Condensators
bei einer Locomotive der Dampf bei etwa einem Drittel des Hubes abgeschlossen werden
könne, statt wie gewöhnlich bei zwei Dritteln; dadurch würde die Hälfte des Dampfes
bei übrigens gleicher Kraft erspart.