Titel: Trevethick's verbesserte Dampfmaschine.
Autor: Trevithick, Richard
Fundstelle: 1833, Band 50, Nr. XXXIX. (S. 161–168)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj050/ar050039

XXXIX. Verbesserte Dampfmaschine, auf welche sich Richard Trevethick, Mechaniker zu St. Aith in der Grafschaft Cornwallis, am 21. Februar 1831 ein Patent ertheilen ließ.

Aus dem Repertory of Patent-Inventions. October 1833, S. 103.

Meine Erfindung, sagt Hr. Trevethick, beruht auf folgenden wesentlichen Punkten:

1) in der Einschließung des Kessels innerhalb des Verdichters, damit auf diese Weise auch noch die Starke dieses lezteren zur Verhütung von Unglüksfällen benuzt werde, im Falle der Kessel aus irgend einer Ursache bersten sollte, und damit ich dadurch dem Verdichter auch eine solche Ausdehnung geben kann, daß die Verdichtung des Dampfes ohne Einsprizung von Wasser in denselben möglich ist.

2) in der Einschließung des Verdichters in einen Luft- oder Wasserbehälter, durch welchen die Gefahr der Explosionen noch mehr vermindert wird, und wodurch meine Maschine wirklich den Namen einer Sicherheits-Hochdrukmaschine, den ich ihr gebe, verdient.

3) in der Verdichtung des Dampfes in dem Verdichter mittelst eines Stromes kalter Luft oder kalten Wassers, welcher gegen die Außenwände des Verdichters getrieben wird.

4) in dem Zurükfließen des verdichteten Dampfes in den Kessel, damit auf diese Weise der Bildung eines Bodensazes in dem Kessel vorgebaut werde; und

5) endlich in dem Anblasen des Feuers mittelst der Luft, die durch die Verdichtung des Dampfes erhizt worden.

Bei dem Baue meiner verbesserten Dampfmaschinen benuze ich nun einige oder alle dieser Punkte, je nachdem es die Umstände erlauben oder erfordern, und zwar in Verbindung mit den anderen nöthigen Theilen der gewöhnlich gebräuchlichen Dampfmaschinen.

Diese meine wesentlichen Punkte und Erfindungen lassen in Hinsicht auf Form und Verhältnisse verschiedene Modifikationen zu, wie dieß jeder etwas in seine Sache eingeweihte Dampfmaschinenmacher einsehen wird. Ich brauche daher auch, um meine verbesserte Dampfmaschine vollkommen anschaulich zu machen, nichts weiter als die Form der wesentlichen Theile meiner Erfindung und deren Verbindung |162| mit den übrigen Theilen der gewöhnlich gebräuchlichen Dampfmaschinen zu beschreiben.

An jener Form von Dampfmaschinen, die mir die liebste ist, und an welcher ich die Verdichtung mittelst eines Stromes kalter Luft bewerkstellige, bestehen die Feuerstelle und der Feuerzug, der Kessel, der Verdichter und der Luftbehälter aus 6 concentrischen Röhren, welche sich sämmtlich in aufrechter Stellung befinden. Die innere oder erste Röhre bildet die Feuerstelle und den Feuerzug und zugleich auch die innere Wand des Kessels; sie ist kegelförmig und ihr dünneres Ende ist nach Aufwärts gerichtet. Die nächstfolgende oder zweite Röhre ist cylindrisch; ihr Durchmesser ist beiläufig um 6 Zoll weiter, als jener des unteren Endes der ersten Röhre; sie bildet die äußere Wand des Kessels, so daß also zur Aufnahme des Wassers und des Dampfes am Grunde des Kessels im ganzen Umfange ein Raum von 3 Zollen, oben hingegen ein Raum bleibt, der um so viel weiter ist, als sich die innere Röhre gegen oben verdünnt. Die dritte Röhre hat einen um beiläufig 2 Zoll größeren Durchmesser als die zweite, und der zwischen ihr und der zweiten Röhre bleibende Raum, der ringsherum beinahe einen Zoll beträgt, wird mit Kohlenpulver oder irgend einem anderen schlechten Wärmeleiter ausgefüllt. Diese Röhre bildet zugleich auch die innere Wand des Luftbehälters. Die vierte Röhre ist beiläufig um 2 Zoll weiter als die dritte, und bildet die innere Wand des Verdichters. Die fünfte Röhre, welche beiläufig um 2 Zoll weiter ist, als die vierte, bildet die äußere Wand des Verdichters, während die sechste Röhre, deren Durchmesser beiläufig um 2 Zoll größer ist, als jener der fünften, die äußere Wand des Luftbehälters und zugleich auch die äußere Wand des ganzen Dampferzeugungs- und Verdichtungs-Apparates bildet, welcher aus der Feuerstelle, dem Feuerzuge, dem Kessel, dem Verdichter und dem Luftbehälter besteht. Alle diese Röhren werden aus Schmiedeisen verfertigt, und gehörig zusammengenietet; alle, mit Ausnahme der ersten, die, wie gesagt, am Boden weiter ist, als am oberen Ende, sind cylindrisch.

Die erste oder innerste Röhre ist am Boden verschlossen; in der Nähe des Bodens befindet sich jedoch an einer ihrer Seiten eine Oeffnung, durch welche die Roststangen eingesezt, und die Asche und Ueberreste der Kohlen herausgeschafft werden. An diese Oeffnung oder Mündung ist ein beiläufig 3 Zoll langes Halsstük angenietet, welches mittelst eines Randstükes eben da gegen die innere Wand der zweiten Röhre paßt, wo die beiden Röhren concentrisch sind. Durch die Wand dieser zweiten Röhre geht eine Oeffnung, die mit jener in der ersten Röhre correspondirt, und das Randstük ist so an |163| die zweite Röhre geschraubt, daß es durch Wände der beiden Röhren hindurch nur eine Oeffnung bildet. Die zweite Röhre erstrekt sich um 5 Zoll weiter nach Abwärts, als die erste, und ist mit einem nach Einwärts gerichteten Randstüke versehen, an welches eine runde Eisenplatte geschraubt wird, die den Boden des Kessels bildet.

An dem Scheitel der ersteren Röhre befindet sich ein äußeres, und an der zweiten Röhre ein inneres Randstük, welche beide Stüke von gleicher Höhe sind, und an eine gußeiserne Dekelplatte geschraubt werden, die sich so weit über den Kessel hinaus erstrekt, daß sie zugleich auch den Dekel für den Luftbehälter bildet. In der Mitte dieser Platte ist ein Loch vom Durchmesser des Feuerzuges angebracht. Die Wände des Verdichters und des Luftbehälters bestehen aus vier concentrischen Röhren, von denen jede beinahe um 2 Zoll weiter ist, als die nächstfolgende, in ihr enthaltene. Die innere und die äußere dieser Röhren bilden die Wände des Luftbehälters, und sind an ihrem Scheitel mit Randstüken ausgestattet, mittelst welcher sie an die Dekelplatte geschraubt werden. Die beiden mittleren Röhren bilden die Wände des Verdichters, und sind am Scheitel mit einander vernietet, so daß zwischen ihren oberen Enden und der Dekelplatte beiläufig ein Raum von einem Zoll bleibt, damit über derselben eine freie Verbindung zwischen den äußeren und den inneren Theilen des Luftbehälters hergestellt werde. Die innere Röhre des Luftbehälters erstrekt sich beiläufig um einen Zoll weiter nach Abwärts, als der Kessel, und ist mittelst einer flachen Platte verschlossen, welche an ein innen aus der Röhre hervorragendes Randstük geschraubt wird. Die beiden Röhren des Verdichters steigen beiläufig um 3 Zoll weiter herab, als der Kessel, und die innere derselben ist mit einem inneren Randstüke versehen, an welches zum Behufe des Verschließens dieser Röhre eine flache kreisförmige Platte geschraubt ist. Die äußere Röhre des Verdichters kommt an Länge der inneren gleich, und ist mit einem beiläufig 3 Zoll breiten äußeren Randstüke versehen. Die äußere Röhre des Luftbehälters hat ein äußeres, 2 Zoll breites Randstük, und ist gerade so lang, daß sie auf das breite Randstük des zulezt beschriebenen Verdichters herabreicht. Diese beiden Randstüke werden gemeinschaftlich auf ein gußeisernes Bodenstük gebolzt, welches aus einem Näpfchen von 4 Zoll liefe besteht, dessen Durchmesser dem Durchmesser der äußeren Röhre gleichkommt, und an welchem sich ein Randstük von der Breite des Randstükes der äußeren Röhre befindet. Das Bodenstük ist daher, indem die Bolzen durch alle drei Randstüke gehen, an dem Luftbehälter, und die äußere Röhre an dem Verdichter festgemacht.

Durch die Wände aller dieser vier Röhren des Verdichters und |164| des Luftbehälters geht einander gegenüber eine Oeffnung, welche eben so weit ist, als die Oeffnung der Feuerstelle durch die Wand des Kessels. Der obere Theil der beiden Oeffnungen muß von gleicher Höhe seyn; allein die äußere Oeffnung befindet sich auf gleicher Höhe mit dem Boden des Kessels, damit so viel Raum bleibt, als nöthig ist, damit in diesen Theil des Kessels eine Röhre, durch welche das Wasser in denselben getrieben wird, und auch eine zweite Röhre mit einem Hahne eintreten könne, durch welche leztere Röhre das Wasser oder der Bodensaz abgelassen werden kann, im Falle aus Zufall oder aus Fahrlässigkeit trübes Wasser angewendet worden wäre. Diese beiden Oeffnungen durch den Verdichter und den Luftbehälter, und durch den Kessel, bilden durch alle die sechs Röhren einen Weg, durch welchen man freien Zutritt zu der Feuerstelle erhält. Zwischen den beiden Röhren des Verdichters ist rings um diesen Weg zur Feuerstelle ein Ring angebracht, durch welchen alle Verbindung des Dampfes in dem Verdichter mit der in dem Wege zur Feuerstelle enthaltenen Luft aufgehoben ist. Ein anderer ähnlicher Ring befindet sich zwischen dem Verdichter und der äußeren Röhre, damit keine Luft in den Weg zur Feuerstelle entweichen könne.

In dem unteren Theile des Weges zur Feuerstelle ist zwischen dem Verdichter und der inneren Röhre des Luftbehälters ein halber Ring angebracht, der feine Asche in den Luftbehälter fallen, und doch die Luft frei aus dem inneren Theile des Luftbehälters in den oberen Theil des Weges zur Feuerstelle übertreten läßt. Diese beiden ganzen Ringe sowohl, als der halbe Ring sind durch Nieten, welche durch alle diese Ringe und durch die Röhren gehen, an Ort und Stelle festgemacht; durch diese Nieten wird auch Alles fest mit einander verbunden; die Zwischenräume sind mit Eisencement ausgefüllt. Auch zwischen dem Kessel und dem Luftbehälter ist um den Weg zur Feuerstelle herum ein Ring angebracht, und gegen die Außenseite dieses Ringes wird mit Festigkeit Kohlenpulver eingestoßen, so daß derselbe ohne Schrauben und ohne Nieten fest an Ort und Stelle erhalten wird. Jener Theil des Weges zur Feuerstelle, der sich über den Roststangen befindet, ist mit einem inneren Thürchen versehen, durch welches die Feuerstelle so verschlossen wird, daß ihre Wand mit der Außenfläche des Kessels eine ebene Fläche bildet, und daß um durch den Rost Luft in die Feuerstelle eintreten könne. Der ganze Weg zur Feuerstelle ist durch ein äußeres Thürchen, welches mit der Außenseite des Luftbehälters eine Fläche bildet, geschlossen, damit keine andere Luft, als solche, die durch den Luftbehälter gegangen, in die Feuerstelle eindringen kann.

In dem Boden- oder napfförmigen Stüke ist eine Röhre befestigt, |165| welche an eine Drukpumpe führt, durch welche das Wasser aus dem Verdichter ausgepumpt und mittelst der oben beschriebenen Röhre in den Boden des Kessels eingetrieben wird.

Außen an den Luftbehälter ist ein Gebläscylinder geschraubt, dessen Rauminhalt beinahe zehn Mal großer ist, als jener des Hauptcylinders; und den beiden Austrittsklappen des Gebläscylinders gegenüber sind in dem Luftbehälter zwei Oeffnungen angebracht, durch welche die Luft eingetrieben wird.

Der Hauptcylinder der Maschine, der je nach der erforderlichen Kraft von den gewöhnlichen Dimensionen ist, ist gleichfalls an die äußere Fläche des Luftbehälters angeschraubt, und zwar in einer solchen Hohe über dem Gebläscylinder, daß Raum genug bleibt, daß sich die Hauptkurbelwelle zwischen denselben bewegen kann.

Auch die oben erwähnte Drukpumpe ist an die Außenseite des Luftbehälters geschraubt, so daß die von mir erfundene Dampfmaschine ein weit compacteres und zwekmäßigeres Ganzes bildet, als alle früher erfundenen Dampfmaschinen.

Zum Behufe der Speisung des Kessels mit destillirtem Wasser, im Falle er Mangel daran haben sollte, ist oben auf dem Dekelstüke ein kleines aus zwei aufrechten, in einander gesezten Röhren bestehendes Gefäß angebracht. Die innere dieser Röhren ist so weit als der Feuerzug, und bildet eine Fortsezung desselben; die äußere hingegen ist beiläufig um 6 Zoll weiter, als die innere. Der Raum zwischen den beiden Röhren ist sowohl am Scheitel, als am Boden mittelst zweier ringförmiger Stüke verschlossen. Dieses Gefäß kann beiläufig 18 Zoll hoch seyn; an dem Scheitel desselben muß ein Hahn eingesezt werden, an welchem eine gebogene Röhre befestigt ist, die mit einer Röhre in Verbindung steht, welche von dem Scheitel des Verdichters ausläuft, und durch ein Loch in dem Dekelstüke geht, so daß auf diese Weise die Verbindung zwischen dem Speisungsgefäße und dem Verdichter nach Belieben hergestellt oder unterbrochen werden kann. Von dem Gefäße entspringt ferner eine zweite, gleichfalls mit einem Sperrhahne versehene Röhre, welche mit einem Wasserbehälter in Verbindung steht, und von demselben, wenn es nöthig ist, das Wasser an das Gefäß leitet. Eine dritte Röhre, an welcher sich ein Hahn befindet, öffnet sich in der Nähe des Bodens in das Gefäß und dient zum Ablassen des Bodensazes. Eben so ist an dem Scheitel des Gefäßes auch ein kleiner Hahn befestigt, der zum Austritte der Luft dient, und den man auch zum Auslassen der Luft aus dem Verdichter benuzen kann.

Um nun den Kessel mittelst dieses Gefäßes mit Wasser zu speisen, wird der an den Verdichter führende Sperrhahn geschlossen, jener hingegen, der an den Wasserbehälter führt, geöffnet, und zugleich mit |166| ihm auch der Lufthahn, damit die Luft entweichen, und das Wasser dafür in das Gefäß eintreten kann. Wenn nun der Behälter beinahe mit Wasser gefüllt ist, so werden der Lufthahn und der von dem Behälter herführende Hahn geschlossen, und dafür jener Hahn, der sich an der in den Verdichter führenden Röhre befindet, geöffnet. Das Wasser wird dann, nachdem es durch den Feuerzug erhizt worden, in Dampf verwandelt, welcher auf dem Durchgange durch den Verdichter wieder in Wasser verwandelt wird. Dabei bleibt der Bodensaz oder das Salz in dem Speisungsgefäße zurük, aus welchem er durch die Bodenröhre von Zeit zu Zeit ausgetrieben werden kann, indem man zu einer Zeit, zu welcher sich der Dampf in seiner vollen Starke befindet, das Gefäß mit Wasser füllt, die Wasser-, Dampf- und Lufthähne schließt, und dafür den Hahn der Auslaufröhre öffnet.

Da die aus dem Verdichter zuströmende Menge Wasser immer jener Menge gleich ist, die in Dampf verwandelt und in der Maschine verbraucht wird, so entsteht im Kessel nicht leicht eine Veränderung in der Höhe des Wasserstandes, ausgenommen das Wasser sikert irgendwo aus, oder der Dampf entweicht an irgend einem Theile der Maschine. Außen an dem Luftbehälter ist eine aufrechte gläserne Röhre angebracht, die durch eine eiserne Verbindungsröhre mit dem unteren Theile und durch eine zweite ähnliche Verbindungsröhre auch mit dem oberen Theile des Kessels communicirt, so daß man auf diese Weise, gleich wie dieß auch an den gewöhnlichen Dampfkesseln zu geschehen pflegt, zu jeder Zeit die Höhe des Wasserstandes in dem Kessel erfahren kann. An dem Scheitel des Luftbehälters ist eine Klappe angebracht, durch welche ein Theil der Luft entweichen kann, im Falle das Brennmaterial nicht so viel Luft zur vollkommenen Verbrennung erfordern sollte, als der Dampf zur vollkommenen Verdichtung braucht. Der Grad der Verdichtung des Dampfes kann nach Belieben erhöht werden, je nachdem man die Geschwindigkeit der durch den Luftbehälter strömenden Luft vermehrt.

Die übrigen Theile meiner verbesserten Dampfmaschine, wie die Dampfröhren, die Drosselklappe, die Sicherheitsklappe, die Vacuumklappe, die arbeitenden Klappen, der Krummhebel, die Verbindungsstangen, die Querhäupter, die Kolben, die Kolbenstangen und verschiedene andere kleinere Theile, welche sich auch an den gewöhnlichen Dampfmaschinen vorfinden, können nach den üblichen Formen verfertigt, und auf die zwekmäßigste Weise angebracht werden. Diese Theile bedürfen daher keiner weiteren Beschreibung.

Will man Luft statt Wasser zur Verdichtung anwenden, so muß meine verbesserte Dampfmaschine auf dieselbe Weise verfertigt |167| werden, nur muß die Communication zwischen dem Luftbehälter und der Feuerstelle geschlossen seyn. Dieß kann dadurch geschehen, daß man statt des oben erwähnten halben Ringes einen ganzen Ring anbringt, welcher die in die Feuerstelle führende Oeffnung umgibt. Es muß ferner eine Drukpumpe angewendet werden, durch welche Wasser aus einem Behälter gepumpt und in jenes Gefäß getrieben wird, welches ich oben das Luftgefäß nannte, welches aber bei dieser Art von Maschine besser das Wassergefäß benannt werden dürfte. In diesem Falle müßte ein Gebläscylinder, dessen Dimensionen nach der Güte des Brennmateriales berechnet werden müßten, das Feuer durch eine in das Aschenloch führende Röhre anblasen. Dieß wäre jedoch in jenen Fällen, in welchen der Rauchfang so hoch ist, daß er einen starken Zug erzeugt, nicht nöthig.

In Hinsicht auf die Verhältnisse der Dimensionen läßt meine verbesserte Dampfmaschine einen bedeutenden Spielraum zu. Es mag für jeden praktischen Mechaniker genügen, wenn ich sage, daß für Maschinen, die mit Dampf von 120 Pfd. auf den Zoll arbeiten, wenn dieser Dampf ausdehnungsweise angewendet, bis er beinahe die Elasticität der atmosphärischen Luft erreicht hat, und dann verdichtet wird, daß, sage ich, in diesem Falle für eine Maschine von 10 Pferdekräften eine Feuerstelle von 20 Zoll im Durchmesser, ein Feuerzug, der am Scheitel 10 Zoll im Durchmesser hat, und ein Kessel von 10 Fuß Höhe nothwendig ist. Eine Maschine von 60 Pferdekräften wird dagegen eine Feuerstelle von 36 Zoll im Durchmesser, einen Feuerzug von 16 Zoll im Durchmesser und einen Kessel von 20 Fuß Höhe erfordern. An den Maschinen für Dampfbothe und für alle jene Fälle, in welchen den Maschinen keine große Höhe gegeben werden kann, muß der Durchmesser dafür vergrößert werden.

Die Dike der beiden Röhren, welche die Wände des Kessels einer Maschine von 10 Pferdekräften bilden, kann 1/3 Zoll betragen; jene einer Maschine von 60 Pferdekräften muß sich auf 1/4 Zoll belaufen, und in diesem Verhältnisse muß sich die Dike nach allen übrigen Kräften berechnen. Die Röhren, welche den Verdichter und die innere Röhre des Luftbehälters bilden, können in allen Fällen 1/3 Zoll dik seyn; die äußere Röhre hingegen soll 3/8 Zoll Dike haben, um dem arbeitenden Cylinder, dem Gebläscylinder und der Drukpumpe, welche sämmtlich an dieser Röhre befestigt sind, gehörige Festigkeit zu geben, und um auch noch ein leztes Schuzmittel gegen allenfallsige Explosionen abzugeben.

Die gegenseitigen Entfernungen der übrigen Röhren, welche die Außenwand des Kessels, den Verdichter und den Luftbehälter bilden, werden dieselben seyn, und folglich werden ihre Durchmesser von dem |168| Durchmesser der Feuerstelle abhängen. Das Dekelstük kann an kleinen Maschinen einen halben, an großen hingegen einen ganzen Zoll dik seyn. Der Boden des Aschenloches und jener des Kessels muß auf jeden Fuß Durchmesser beiläufig 1/2 Zoll Dike haben, oder diese Boden können auch mit Rippen gegossen werden, so daß sie eine eben so große Stärke gewähren.

Das Brennmaterial wird durch ein Thürchen in den Feuerzug am Scheitel des Kessels eingetragen, und kann aus Kohks oder solchen Steinkohlen bestehen, die sich in der Hize nur sehr wenig aufblähen. Der Feuerzug kann beiläufig bis zum dritten Theile der Höhe des Kessels gefüllt werden, und den Kessel kann man beiläufig bis auf 3/4 mit Wasser füllen, so daß 1/4 desselben für den Dampf frei bleibt.

Aus dieser Beschreibung wird gewiß Jedermann, der mit dem Baue der Dampfmaschinen nur einiger Maßen vertraut ist, meine Erfindung verstehen, und dieselbe eben so gut wie ich selbst in Ausführung zu bringen wissen. Ich bemerke daher nur noch, daß sich die außerordentliche Sicherheit, welche meine Maschine gewährt, ergibt, wenn man bedenkt, daß, im Falle der Kessel nach Innen in den Feuerzug explodiren sollte, die Kraft des Dampfes zuerst durch die Erfüllung des Feuerzuges und der Feuerstelle vermindert werden würde, und der Dampf nicht schneller durch den Rauchfang und den Weg zur Feuerstelle entweichen könnte, als er sich verbreiten und durch die umgebende atmosphärische Luft verdichtet werden würde, so daß er auf diese Weise seine ganze Kraft verlöre. Sollte hingegen die Außenseite des Kessels bersten, so würde ein Theil der Kraft des Dampfes zur Ausfüllung der Zwischenräume zwischen den Kohlentheilchen verwendet, und dadurch wahrscheinlich so schwach werden, daß er die innere Röhre des Luftbehälters nicht zu durchbrechen im Stande wäre. Und sollte diese Röhre auch wirklich einen Bruch erleiden, so würde der Raum innerhalb des Luftbehälters eine hinreichende Ausdehnung desselben gestatten, und zum Theil auch eine Verdichtung des Dampfes bewirken, während ein weiterer Theil des Dampfes in den Weg zur Feuerstelle entweichen, und aus diesem zum Theil ruhig in den Feuerzug übergehen, zum Theil davon gehen würde. Das äußere Gehäuse würde daher der Kraft, die in dem Dampfe zurükbleibt, nachdem dieselbe nach einander auf die verschiedenen angegebenen Weisen vermindert worden, bis auf einen gewissen Grad hinreichenden Widerstand leisten.

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