II. Die Oberflächen-Condensation oder der Röhren-Condensator für Dampfmaschinen, verbessert von James Joule zu Manchester. Nach dem Artizan, Juni 1857, hier aus der Revue universelle, 3te Liefer., 1857, S. 511. Mit Abbildungen auf Tab. I. Joule's verbesserter Röhren-Condensator für Dampfmaschinen. Bekanntlich hat Watt zuerst die Röhren-Condensatoren bei den Dampfmaschinen angewendet, sie aber bald durch die Einspritz-Condensation ersetzt, welche jetzt allgemein angenommen ist. Der Röhren-Condensator ist aber von mehreren Maschinenbauern wieder aufgenommen worden, wie z.B. von Hall und Cartwright. Letzterer construirte im J. 1797 eine Maschine, welche bei weitem nicht genug studirt worden ist, obgleich sie sich durch Einfachheit und durch die eigenthümliche Einrichtung des Condensationsapparates auszeichnete. Hall hat mit vieler Ausdauer seinen Röhren-CondensatorWir verweisen hinsichtlich desselben auf die Mitteilungen im polytechn. Journal Bd. LV S. 161 und 401, Bd. LXVIII S. 161. A. d. Red., welchen er mit Recht als eine große Verbesserung betrachtete, in Aufnahme zu bringen gesucht, und ohne auf seine vielen Versuche einzugehen, bemerken wir, daß der geringe Erfolg weniger dem System selbst als den zu seiner Anwendung benutzten Mitteln zugeschrieben werden muß. Nachdem Hr. Joule längere Zeit dieselben Ideen verfolgt hatte, benutzte er die sich ihm darbietende Gelegenheit, neue Versuche mit einer kleinen Hochdruckdampfmaschine anzustellen, welche ihm und dem Professor W. Thomson zu gemeinschaftlichen Versuchen über die thermischen Wirkungen der sich bewegenden Flüssigkeiten gedient hatte. Die allgemeine Anordnung des Cylinders und des Condensators dieser Maschine ist in Fig. 16 dargestellt. Der Cylinder A hat einen Durchmesser von 6 Zoll und sein Kolben einen Lauf von derselben Länge. Er hat ein Schieberventil mit drei Dampfwegen und arbeitet mit 1/3 Expansion; bei vollständiger Geschwindigkeit macht die Maschine 180 Umgänge in der Minute. Die zur Speisung des Dampfkessels dienende Druckpumpe B ist einfachwirkend und hat einen Kolben von 1 1/2 Zoll Durchmesser, der einen Lauf von 1 3/4 Zoll macht; er wird von einem Excentricum in Bewegung gesetzt, das auf einer Welle angebracht ist, die sich bei 3 1/2 Umgängen der Maschine einmal dreht. Das von dem Cylinder verbrauchte Dampfvolum steht zu dem von der Druckpumpe gelieferten Wasservolum in dem Verhältniß von 6² × 6 × 2/3 × 2 × 3 1/2 : (1 1/2)² × (1 3/4) = 258 : 1. Wenn der Dampf einen Druck von 15 Pfd. über den atmosphärischen hat, so ist weniger als ein Drittel von der Räumlichkeit der Pumpe erforderlich, um den Wasserstand im Kessel zu unterhalten, daher die anderen zwei Drittel für die Luftpumpe verfügbar bleiben. Obgleich es auf den ersten Blick unmöglich erschien, die Maschine mit einer Luftpumpe von so kleiner Dimension zu betreiben, so entschied man sich doch für einen Versuch, und es wurde hierzu das Dampfauslaßrohr mit dem Ende des einen der beiden Schenkel!) einer eisernen Röhre von 1 1/2 Zoll Durchmesser, welche 10 Fuß hoch und heberartig gekrümmt ist, verbunden, wogegen das Ende des andern Schenkels mit einem noch engern Rohre F mit der Speisepumpe B vereinigt war. Nachdem der Dampf in dem Cylinder gewirkt hat, erhebt er sich folglich mittelst der Röhre D 10 Fuß hoch und sinkt dann durch die 10 Fuß lange eiserne Röhre E von 1 1/2 Zoll Durchmesser herab. Der abwärtsgehende Schenkel ist von einem, in einem cylindrischen Mantel G von 4 Zoll Durchmesser aufsteigenden Wasserstrom umgeben; das kalte Wasser schafft eine Pumpe mittelst der Röhre H herbei. Das Condensationswasser und die durch die Fugen eingedrungene Luft werden durch die Luft- oder Speisepumpe B weggenommen; das Wasser wird mittelst der Röhre I in den Kessel gedrückt, während die Luft durch eine Oeffnung K entweicht, die man anbringt, indem man einen der Deckelbolzen wegläßt. Soll die Maschine in Betrieb gesetzt werden, so öffnet man die beiden Hähne L und M, von denen der eine unten an dem Heberschenkel D, und der andere zwischen den Ventilen der Speisepumpe angebracht ist. Die Maschine geht dann wie eine Hochdruckmaschine, bis der Kessel und der Cylinder luftleer sind und die Kondensator-Röhren E und F kein Wasser mehr enthalten. Nachdem dieses eingetroffen ist, werden die Hähne L und M verschlossen, und nach einigen Umgängen beginnt eine Leere sich zu bilden, welche zunimmt, bis ihr das Eindringen von Luft und die innere Temperatur der Condensatorröhre eine Gränze setzt. Wegen der kleinen Dimensionen der Luftpumpe wäre obige Anordnung eine ganz verfehlte gewesen, wenn eine etwas beträchtliche Luftmenge in den Condensator hätte dringen können. Hr. Joule fand, daß wenn die Maschine mit einer Pferdekraft, die Reibungen inbegriffen, arbeitete, was 33000 Pfd. 1 Fuß hoch per 1' gehoben entspricht, man eine Leere von 23 Zoll, bei einem Barometerstande von 29 Zoll, unterhalten konnte. Dieser Versuch beweist die Vorzüge des neuen Condensationssystems mit Röhren; denn eine Leere von 23 Zoll ist als ein außerordentliches Resultat zu betrachten, wenn man die geringen Dimensionen der Luftpumpe berücksichtigt, und die viele Luft, welche durch die Fugen und die Hähne, sowie durch die Stopfbüchse der Kolbenstange eindringen konnte, in Betracht zieht. Es ist kaum zu bezweifeln, daß wenn diese nachtheiligen Bedingungen wegfallen, man eine Leere erhalten wird, die derjenigen wenigstens gleich ist, welche die meisten jetzigen Condensationsmaschinen liefern. Da nun eine gußeiserne, 10 Fuß lange und 1 1/2 Zoll weite Röhre hinreicht, um eine angemessene Kondensation bei einer Maschine von 1 Pferdekraft zu bewirken, so muß eine Vereinigung von 100 solcher Röhren einen guten Condensator für eine Maschine von 100 Pferdekräften bilden. Die Nachtheile der jetzigen Condensationsmethode mittelst Einspritzung sind bekannt genug: das mit erdigen Theilen überladene Wasser wird, nachdem es zur Condensation des Dampfes gedient hat, zur Speisung des Kessels benutzt und setzt auf dessen Wänden dicke Krusten ab; und wo dieser Nachtheil vermieden wird, füllt sich der Kessel nach und nach mit einer gesättigten Lösung eines Salzes. Im erstem Falle verbraucht man mehr Brennmaterial, weil der Kesselstein ein sehr schlechter Wärmeleiter ist; im zweiten Falle sind Wärmeverluste und andere Nachtheile die Folgen des Umstandes, daß man das trübe und gesättigte Wasser zu entleeren genöthigt ist. Ueberdieß muß man wegen der Schwierigkeit, das Wasser im Kessel auf einem bestimmten Stande zu erhalten, verschiedene Apparate zur Regulirung der Speisung anwenden. Dazu kommt noch Kraftverlust in Folge der Reibung einer großen Luftpumpe, während die Wegschaffung des Einspritzwassers ebenfalls einen Kraftaufwand erfordert. Offenbar kann daher ein Röhren-Condensator, welcher diese Nachtheile vermeidet, selbst bei einer um 5 bis 6 Zoll geringern Leere, mit Erfolg den Injections-Condensator ersetzen. Die Vortheile der Röhren-Condensation beschränken sich aber nicht auf die obigen Betrachtungen. Wenn die Leere in Folge unzureichender Abkühlungs-Oberfläche minder vollkommen ist, so wird dieser Uebelstand durch die höhere Temperatur, welche das in den Kessel zurückgehende Wasser besitzt, mehr als compensirt. Erwiesenermaßen besteht auch eine Gränze, über welche hinaus die Condensation nicht mit Vortheil getrieben werden kann; diese Gränze muß bei der Röhren-Condensation eine niedrigere seyn, als bei der Einspritz-Condensation, da im letztern Falle das Einspritzwasser die Leistung der Luftpumpe erhöht. Ein anderer sehr wichtiger Umstand ist der, daß bei dem neuen vorgeschlagenen System das Abkühlungsvermögen des zur Condensation angewendeten Wassers besser benutzt wird. Bei der gewöhnlichen Condensation hängt die Vollständigkeit der Leere von der niedrigen Temperatur der Wasser-Cisterne ab, während man bei Joule's System, wo der Wasserstrom den entgegengesetzten Weg von dem des Dampfes machen muß, denselben zur Abkühlung selbst dann noch benutzen kann, wenn die Temperatur, am Ende seines Laufes, höher geworden ist, als diejenige des condensirten Dampfes. Obgleich die fraglichen Versuche nicht in solchem Maaßstabe gemacht worden sind, um mit großer Genauigkeit die Form und die Dimensionen eines Rohren-Condensators für eine Maschine von gewisser Kraft bestimmen zu können, so glaubt Hr. Joule doch mit Sicherheit die abkühlende Oberfläche empfehlen zu können, welche oben per Pferdekraft von ihm aufgestellt wurde. Eine Röhre von hinreichender Räumlichkeit wird den vom Cylinder ausströmenden Dampf zu einem Scheider führen, welcher 12 Fuß über dem Niveau der Luftpumpe angebracht ist. Ein anderer ähnlicher Scheider, der mit einer Röhre versehen ist, welche ihn mit der Luftpumpe in Verbindung setzt, wird direct unter dem erstern, in der Ebene des Speiseventils, angebracht. Senkrechte Röhren von 10 Fuß Länge und 1 1/2 bis 2 Zoll Durchmesser, deren Anzahl gleich derjenigen der Pferdekräfte der Maschine ist, und welche so nahe als es nothwendig ist neben einander gestellt werden, bilden die Verbindung zwischen den beiden Scheidern. Da es von Wichtigkeit ist, daß diese Röhren leicht weggenommen und mit luftdichten Fugen wieder eingesetzt werden können, so muß man an den Scheidern kurze Hülsen anbringen, in welche die Röhren eintreten und worin sie mittelst Kautschukringen mit Metallgarnitur gedichtet werden. Die auf diese Weise adjustirten Condensationsröhren werden senkrecht in einem Behälter angebracht, durch den ein oben eintretender kalter Wasserstrom geht. Die zwischen den Röhren für den Durchgang des Wassers gelassenen Räume dürfen nicht zu breit seyn, weil sonst bei dem raschen Lauf des Wassers unregelmäßige Bewegungen entstehen könnten, welche es zu lange in Berührung mit den Röhren erhalten. Wenn die Luftpumpe einen Kolbenzug in der Secunde macht, so muß sie eine Räumlichkeit von 10 Kubikzoll per Pferdekraft haben. Das Wasser gelangt unmittelbar von der Pumpe zum Kessel, und die Luft entweicht durch eine kleine Oeffnung, welche oben im obern Deckel angebracht ist. Um zu verhindern, daß Wasser durch diese Oeffnung austritt, kann man eine ähnliche Vorrichtung anwenden wie bei der Maschine von Cartwright, welche aus einem sich nach Innen öffnenden Ventil besteht, das an einem mit Schwimmer versehenen Hebel befestigt ist. Durch das Steigen des Wassers wird dieses Ventil verschlossen. Professor W. Thomson hat für diesen Röhren-Condensator die in Fig. 17 dargestellte Einrichtung vorgeschlagen. Sie besteht in einer Erweiterung der Kaltwasserröhre N, die einen cylindrischen Behälter O bildet, welcher durch die angegossenen Flantschen P und R. mit der Röhre verbunden ist. Dieser Cylinder O ist oben und unten durch zwei Scheider oder Platten T und S (Fig. 18), deren Löcher die condensirenden Röhren U aufnehmen, verschlossen. Die Röhren passen genau in die Löcher, und die Fugen werden mittelst Kautschukplatten, welche mit entsprechenden Löchern versehen sind, und von denen die eine unter die untere und die andere auf die obere Platte gelegt wird, gedichtet. Die Röhre V führt den im Cylinder benutzten Dampf in den obern Theil des Condensations-Cylinders, und das durch die Röhre N eintretende Wasser wird in die Röhren U getrieben. Die mit er Luftpumpe in Verbindung stehende Röhre X dient zum Ausziehen des Condensationswassers. Die einzigen Fugen, durch welche der Condensator die äußere Luft ansaugen kann, sind diejenigen, welche die Dampfentleerungsröhre mit der Ventilkammer und mit dem Condensator verbinden. Die Fugen der Röhrenplatten sind äußerlich mit Wasser bedeckt und die Undichtheiten, zu denen sie Veranlassung geben könnten, beschränken sich auf das Eindringen von etwas Wasser. Uebrigens lassen sich diese Undichtheiten so vermindern, daß sie unmerklich werden. Der vorgeschlagene Kondensator unterscheidet sich in einem wichtigen Punkte von den früher angewendeten Röhren-Condensatoren; bei letzteren ging der Dampf durch eine Reihe mit Wasser umgebener Röhren, daher die Niederschläge des Wassers sich außerhalb der Röhren absetzen und nicht weggeschafft werden können, während bei dem neuen System das Umgekehrte der Fall ist, indem sich die Niederschläge im Innern bilden, folglich die Röhren von denselben mittelst einer Stange oder eines Dorns, die man nach Abnahme des Deckels durch sie treibt, leicht gereinigt werden können. Hr. Thomson hat noch eine Verbesserung vorgeschlagen, welche darin besteht, daß man das Ausziehen der Luft und des Wassers aus dem Condensatör getrennt vornimmt. Er bemerkt in dieser Hinsicht: „Das gleichzeitige Ausziehen der Luft und des Wassers (welche in wenig verschiedenen Volumen mit einer großen Menge wässeriger Dämpfe gemischt sind), mittelst der Luftpumpe bei einer Condensationsmaschine mit Einspritzung, ist offenbar unvortheilhaft. Durch die Theilung der Arbeit muß man eine wesentliche Ersparung erlangen. Bei der Rohren-, sowie bei der Einspritz-Condensation können Wasser und Luft, welche ausgezogen werden sollen, ohne Schwierigkeit getrennt werden, indem man unten an dem Apparat eine Wasserpumpe von etwas größerer Capacität anbringt, als für das zu hebende Wasservolum erforderlich wäre, und indem man oben auf dem Kondensator ein Rohr aufsetzt, welches zu einer obern Luftpumpe führt. Dieses Rohr kühlt man durch einen Wasserstrom ab, damit die Temperatur in demselben niedriger ist als im Condensator, d.h. 1 oder 2 Grad höher als die des abkühlenden Stromes. Man muß auf diese Weise im Rohr eine vollständigere Condensation erhalten als im Condensator, und das Condensationswasser wird sich in Folge seines Gewichts von der Luft trennen, welche dann in die Pumpe bei demselben Druck zieht, den die Leere im Condensator hat.“ Bei einer Condensationsmaschine mit Einspritzung kann das Wasser im Condensator so hoch steigen, daß es die Luftpumpe verstopft, und um dieses zu vermeiden, bringt man auf dem Condensator einen Indicator an, damit man das Einspritzwasser vermindern kann, wenn das Niveau zu hoch steigt. Bei der Röhrencondensation ist es ebenfalls wünschenswerth, den Wasserstand im Condensator reguliren zu können, und zu diesem Zweck kann man die Speisepumpe so einrichten, daß sie nach Bedarf mehr oder weniger Wasser zieht, so daß der Wasserstand niemals zu hoch steigt. Bei jeder Condensationsmaschine ist es offenbar vortheilhaft, den Dampf mit Expansion wirken zu lassen. Denn wenn der Dampf aus dem Cylinder strömt, so geht er dann unter einem Druck und mit einer Temperatur, welche viel niedriger sind, in den Condensator über, und man erlangt eine gute Kondensation mit einer weit geringern Wassermenge. Es ist zu wünschen, daß man den Gebrauch einer und derselben Oeffnung zum Ein- und Ausströmen des Dampfes aufgibt; denn der ausströmende Dampf erlangt in Berührung mit dem Metall, welches der einströmende Dampf erwärmt hat, eine höhere Temperatur, während der einströmende Dampf nothwendig durch das Metall abgekühlt werden muß, welches mit dem ausströmenden Dampf in Berührung war. Man hat den Vorschlag gemacht, die Luft als Abkühlungsmittel bei der Röhrencondensation anzuwenden. Wenn sich dieses Project mit Erfolg ausführen ließe, so wäre es für die Praxis sehr wichtig, weil man alsdann die Dampfmaschinen an Orten benützen könnte, wo eine gehörige Wasserspeisung schwierig herzustellen ist. Joule und Thomson beabsichtigen Versuche über das Abkühlungsvermögen der Luft anzustellen, und es ist kaum zu bezweifeln, daß eine Luftmenge, welche dieselbe Wärmecapacität hat wie eine gegebene Wassermenge, letztere als Abkühlungsmittel bei einem Röhrencondensator ersetzen kann. Bemerkungen über vorstehende Abhandlung. Nach dem Vortrage der Abhandlung des Hrn. Joule in der Versammlung des Ingenieurvereins zu Glasgow, bemerkte Prof. Thomson, daß der Joule'sche Condensator bei den ersten Versuchen keine guten Resultate gab, während sie nach einiger Zeit weit günstiger wurden. Als man den Apparat untersuchte, fand man, daß sich ein Bolzen der Pumpe losgezogen hatte; man schraubte ihn zum Theil ab und erhielt nun einen vollständigen Erfolg, indem die auf diese Weise hergestellte kleine Oeffnung das Entweichen der Luft am Ende des Kolbenlaufes dieser Pumpe gestattete. Es würde leicht gewesen seyn den Condensator zu verhindern Luft anzusaugen, indem man die Fugen besser gedichtet hätte, aber die Maschine welche zum Versuche diente, hatte nur eiserne Röhren mit Kautschukgarnituren. Bei Anwendung eines größern Maaßstabes lassen sich diese Fugen vollkommen undurchdringlich machen, und die Kolbenstangen-Stopfbüchse könnte dann allein noch in dieser Beziehung Schwierigkeiten darbieten. Die Nothwendigkeit, zu verhindern daß der Condensator Luft ansaugt, ist hinlänglich durch die Thatsache bewiesen, daß die kleine Versuchsmaschine sich noch mit einer beträchtlichen Kraft eine Viertelstunde lang umdrehen konnte, nachdem der Dampfdruck im Kessel unter eine Atmosphäre gesunken war; wogegen es genügte einen Hahn am Kessel eine halbe Secunde lang zu öffnen, um so viel Luft eintreten zu lassen, daß die Maschine aufgehalten wurde. Es ist nicht zu bezweifeln, daß das Einspritzen bei den gewöhnlichen Condensatoren den größten Theil der Luft einführt, welche man aus denselben herausziehen muß. Der Umstand, daß bei der Modellmaschine keine Einspritzung angewendet wird, erklärt die geringen Dimensionen der Luftpumpe. Thomson fügt bei, daß wenn Joule seinen Apparat für einen schnellern Wasserstrom eingerichtet hatte, die Condensation vollständiger gewesen wäre, und daß eine größere Geschwindigkeit des abkühlenden Stroms nothwendig gestatten wird eine geringere Oberfläche für den Condensator anzuwenden. Hr. Fairbairn erklärt, daß er Gelegenheit hatte, die Versuche von Joule und Thomson zu verfolgen, und er glaubt daß sie die größte Beachtung verdienen. Der Kessel lieferte kaum die hinreichende Dampfmenge, wegen der Unvollkommenheit des Herdes, und der Druck schwankte beträchtlich. Er hebt die Vortheile hervor, welche ein Röhrencondensator, besonders für die Marine, gewähren würde, wenn die mit diesem System verbundenen praktischen Schwierigkeiten gehoben werden könnten. Er erinnert, daß der Hall'sche Condensator mit Beharrlichkeit versucht wurde, daß man ihn aber aufgeben mußte, weil er mehr Kraft als der Einspritz-Condensator erfordert, und weil er zu complicirt und zu schwierig in gutem Stande zu erhalten war. Hr. James R. Napier glaubt, der Grund weßhalb der Hall'sche Condensator nicht immer gute Resultate in der Praxis gab, sey weniger das Eindringen von Luft durch die mangelhaften Fugen, als die Verstopfung der Röhren durch Fett und Talg welche von der Maschine kommen. Er bestätigt, daß Hr. David Napier mehrere Jahre einen Röhrencondensator auf dem Dampfer „Postboy“ benutzte und noch einen solchen auf einem Themse-Dampfboote anwendet. Nach seiner Meinung besteht die größte Schwierigkeit darin, die Röhren rein zu halten, in welchen sich Fett und Unreinigkeiten aus der Maschine absetzen und eine theerige Substanz bilden, die sich nicht leicht vermeiden läßt. Hr. Tosh erklärt, daß er eine Maschine von zehn Pferdekräften besaß, welche zwei Jahre lang mit einem Röhrencondensator arbeitete; derselbe bestand in einem gußeisernen Cylinder von 10 Fuß Länge und 12 Zoll Durchmesser, welcher 30 messingene Röhren von gleicher Länge und 1 3/4 Zoll Durchmesser enthielt. Dieser Condensator wirkte gut, verstopfte sich nicht, und die Fugen an den Enden der Röhren ließen sich ohne Schwierigkeit luftdicht erhalten. Er gewährte den Vortheil, daß der Kessel rein blieb, obgleich das Wasser von sehr schlechter Beschaffenheit war. Die Menge des zur Condensation erforderlichen Wassers ist nicht bestimmt worden, aber es ging durch den Condensator alles Wasser, welches zur Speisung der Locomotiven auf der Station, wo die Maschine aufgestellt war, benutzt wurde. Die ferneren Erörterungen, woran sich die HHrn. Fairbairn und Neilson und der Prof. Thomson betheiligten, betrafen die Beantwortung der Frage, ob der neue Condensator mit der Kaltwasser- und der Luftpumpe weniger Maschinenkraft beansprucht, als die Luftpumpe bei den Einspritz-Condensatoren. Dieser Punkt kann nur durch Versuche mit größern Maschinen entschieden werden, Prof. Thomson zweifelt aber nicht, daß sich das Resultat zu Gunsten des Röhrencondensators herausstellen wird. Uebrigens ist er überzeugt, daß der etwas größere Kraftaufwand, welcher vielleicht erfordert wird um dem kühlenden Strome eine hinlängliche Geschwindigkeit zu ertheilen, reichlich durch den Vortheil ausgeglichen wird, den Kessel mit reinem Wasser speisen zu können, was mittelst der Einspritz-Condensation nicht zu bewerkstelligen ist.