Titel: de Pambour's Versuche über die Verdampfung in den Kesseln der Locomotiven.
Autor: Pambour, François Marie Guyonneau
Fundstelle: 1840, Band 76, Nr. XCVI. (S. 401–405)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj076/ar076096

XCVI. Versuche über die Verdampfung, welche in den Kesseln der Locomotiven durch die Heizstelle und die Röhren bewirkt wird. Von Hrn. de Pambour 61)

Aus den Comptes rendus de l'Académie des sciences, 1e semestre No. 1, 1840.

Die Nuzeffecte aller Dampfmaschinen sind nochwendig durch die Dampfmenge, welche sie zu erzeugen im Stande sind und somit durch die Ausdehnung der Heizoberfläche ihrer Kessel bedingt. Um eine Maschine zu bauen, die eine bestimmte Arbeit zu vollbringen vermag, muß man daher für einen Kessel sorgen, der die für diese Arbeit erforderliche Dampfmenge zu liefern im Stande ist. Zu diesem Behufe muß man also im Voraus wissen, welche Dampfmenge jeder Quadratmeter der Heizoberfläche innerhalb einer bestimmten Zeit erzeugen kann. Dieß zu erforschen, ist aber bei der verschiedenen Bauart der Kessel, bei der es nicht möglich ist direct zu dem gewünschten Resultate zu gelangen, eine weit mehr verwikelte Aufgabe, als es auf den ersten Blik scheinen möchte.

Der Kessel der Locomotiven insbesondere besteht aus zwei ganz verschiedenen Theilen: nämlich aus dem, der den Feuerherd oder die Heizstelle, und aus dem, der die Röhren umgibt. Das in ersterem enthaltene Wasser steht allerwärts entweder mit dem im Brande befindlichen Brennstoffe oder mit der aus ihm emporsteigenden Flamme in Berührung. Das die Röhren umspülende Wasser dagegen wird bloß durch die Flamme und durch die heißen Gase, die nach beendigter Verbrennung aus der Heizstelle entweichen, erhizt. Man hat daher unter diesen Umständen gedacht, daß die Röhren bei gleicher Oberfläche viel weniger Dampf erzeugen müssen als die Heizstelle; ja ein sehr bekannter Ingenieur hat nach einem von ihm angestellten Versuche das Verhältniß des Nuzeffectes beider wie 3 zu 1 angegeben; d.h. ein Quadratmeter Oberfläche der Heizstelle erzeugt nach jener Angabe dreimal so viel Dampf als eine gleiche Röhrenoberfläche. Dieses Resultat ward von den Praktikern allgemein angenommen, |402| und von ihm ausgehend, hält man es bei dem Baue eines Kessels, der einen bestimmten Nuzeffect geben soll, z.B. für gleichgültig, ob man ihm 10 Quadratmeter Heizstelle und 30 Quadratm. Röhren, oder 5 Quadratm. Heizstelle und 45 Quadratm. Röhren gibt.

Da jedoch der einzige Versuch, auf welchem diese Regel beruhte, mit einem Modelle von sehr kleinen Dimensionen und ohne Anwendung der Windröhre angestellt wurde, so erachtete ich eine Wiederholung desselben unter den gewöhnlichen Umständen, d.h. mit Anwendung der Windröhe und unter Benüzung von Maschinen von üblichen Dimensionen, für sachgemäß. Ich wiederholte diese Versuche mit Maschinen, an denen zwischen der Heizstelle und den Röhren ein verschiedenes Größenverhältniß bestand, und suchte zu ermitteln, ob die Verschiedenheit in diesem Größenverhältnisse auf die Gesammtverdampfung der Maschinen einen Einfluß übt.

Die den Versuchen unterworfenen Locomotiven waren von dreierlei Art. An jenen der ersten Art betrug die gesammte Heizoberfläche das 8,7 fache der Oberfläche der Heizstelle; an jenen der zweiten Art betrug sie das 6,5 fache; an jenen der dritten Art endlich nur das 4,5 fache. Bestand demnach zwischen dem Nuzeffecte der Feuerstelle und jenem der Röhren ein Unterschied, so mußte sich herausstellen, daß an jenen Maschinen, an denen die Heizstelle einen größeren Theil der gesammten Heizoberfläche bildet, der von einer Oberflächeneinheit erzeugte Nuzeffect größer ist. Aus einer Vergleichung der definitiven Nuzeffecte der drei verschiedenen Arten von Maschinen konnte sodann einzeln die durch jeden Theil des Kessels bewirkte Verdampfung bestimmt werden. Ergab sich dagegen, daß das zwischen der Heizstelle und der gesammten Heizoberfläche bestehende verschiedene Größenverhältniß von keinem Einflusse auf die definitive Verdampfung der Maschine ist, so war hieraus der Schluß zu ziehen, daß beide Kesseltheile per Oberflächeneinheit eine gleiche Menge Wasser in Dampf verwandeln.

Ich habe nun zu diesem Zweke mehrere Reihen von Versuchen Vorgenommen, deren Resultate in nachstehender Tabelle enthalten sind. Das erste Resultat ist das aus 7 Versuchen gezogene Mittel; das zweite ist aus 9 Versuchen entnommen; das dritte und vierte endlich ist das Mittel von 3 Versuchen. Ich gebe in der Tabelle, nachdem ich für jede Reihe die Heizoberfläche der Heizstelle sowohl als der Röhren und die Geschwindigkeit der Maschine aufgezeichnet, die beobachtete Gesammtverdampfung, welche ich sodann auf jeden Quadratmeter der gesammten Heizoberfläche des Kessels vertheile. Da ich endlich erkannte, daß unter übrigens gleichen Umständen die Verdampfung der Locomotiven im Verhältnisse der vierten Wurzel ihrer |403| Geschwindigkeit wechselt, so zog ich aus dem Resultat einer jeden Reihe den Schluß, wie groß die Verdampfung der Maschine bei einer Geschwindigkeit von 20 engl. Meilen oder 32 Kilometern in der Zeitstunde gewesen seyn würde.

Textabbildung Bd. 76, S. 403
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Aus den in dieser Tabelle angeführten Resultaten geht hervor, daß die Verschiedenheit im Verhältnisse der Heizstelle zu den Röhren in Hinsicht auf die definitive Dampfmenge, welche der Kessel mit jeder Einheit der Heizoberfläche erzeugt, keine Veränderung bewirkt. Denn die geringe Zunahme, welche in der auf eine Geschwindigkeit von 32 Kilometern in der Zeitstunde berechneten Verdampfung bemerkbar ist, rührt nur davon her, daß in Wirklichkeit die Verdampfung der Maschinen sich etwas minder rasch steigert, als die vierte Wurzel der Geschwindigkeiten, welches Verhältniß ich jedoch, um bei der Berechnung runde Zahlen zu bekommen, annehmen mußte.

Es läßt sich somit aus diesen Versuchen der Schluß ziehen, daß an den bei denselben benüzten Locomotiven die Heizstelle und die Röhren mit gleicher Oberfläche stündlich auch eine gleiche Menge Dampf erzeugten; und daß folglich die Regel, welcher gemäß die Heizoberfläche der Heizstelle als einer dreimal so großen Oberfläche der Röhren gleichkommend angenommen wird, in der Praxis nur zu Irrthümern und Nachtheilen führen kann. Es dürfte auf den ersten Blik überraschen, daß die Röhren bei gleicher Oberfläche eben so viel Wasser verdampfen als die Heizstelle; allein bei einigem Nachdenken erklärt sich nicht nur dieß sehr leicht, sondern es erklären sich auch die bei einigen der Versuche erlangten verschiedenartigen Resultate. Das die Heizstelle umgebende Wasser steht, wie bereits oben gesagt worden, allerwärts entweder mit dem entzündeten Brennstoffe oder mit der aus demselben emporsteigenden Flamme in Berührung. Das die Röhren umgebende Wasser dagegen kann je nach der Intensität des Feuers und der Länge der Röhren in der ganzen Länge dieser lezteren entweder mit der Flamme, d.h. mit den entzündeten, aus der Heizstelle entweichenden Gasen, oder zum Theile mit der Flamme und zum Theile mit den heißen Gasen, welche das Product der Verbrennung sind, in Berührung kommen. Der Nuzeffect der Röhren wird aber in diesen beiden Fällen ein sehr verschiedener seyn; sind nämlich die Röhren in ihrer ganzen Länge mit der Flamme in Berührung, so scheint es nicht, daß sie bei gleicher Oberfläche eine geringere Verdampfung bewirken sollen, als die Heizstelle selbst; denn die entzündeten Gase, welche die Röhren durchströmen, sind eben so gut wie die Kohks selbst ein Brennmaterial, so daß man sagen kann, daß die Röhren in ihrer ganzen Ausdehnung der unmittelbaren und strahlenden Einwirkung des Feuers ausgesezt sind. Geht dagegen die Verbrennung auf der Heizstelle so langsam von Statten, daß sich die Flamme nur bis in die Hälfte der Röhren hinein erstrekt, so wird nur dieser Theil der Röhren der strahlenden Wirkung der Flamme unterliegen, der andere Theil aber nur jene Wärme empfangen, welche |405| abgegeben wird, um die Wärme, welche in den noch heißen Producten der erloschenen Verbrennung enthalten ist, auszugleichen. Die erste Hälfte der Röhren kann also in diesem Falle mit gleicher Oberfläche eben so viel Wasser verdampfen als die Heizstelle; die zweite Hälfte dagegen wird nothwendig einen geringeren Nuzeffect geben; und die Folge hievon wird seyn, daß die mittlere Verdampfung der Röhren, auf die Einheit ihrer Gesammtoberfläche ausgeschlagen, geringer ist, als jene der Heizstelle.

Bei einer Reihe von Versuchen mit einem Kessel, der ursprünglich für eine Locomotive bestimmt war, später aber für eine stehende Maschine verwendet wurde, und an dem die beiden Fächer des Kessels durch eine Scheidewand so getrennt waren, daß man die von der Heizstelle und den Röhren bewirkte Verdampfung direct messen konnte, erhielt ich Resultate, die den oben angegebenen ganz ähnlich waren. Der Kessel war sehr lang, und wenn das Feuer sich selbst überlassen blieb und die Verdampfung nicht sehr reichlich war, erzeugten die Röhren bei gleicher Oberfläche bedeutend weniger Dampf als die Heizstelle; in dem Maaße aber als die Verbrennung lebhafter von Statten ging, und besonders in dem Maaße, als man mittelst einer von einem benachbarten Kessel herführenden Windröhre zur Anregung des Feuers einen stärkeren Dampfstrahl einleitete, kam der Nuzeffect der Röhren jenem der Heizstelle immer näher und näher. Diese Beobachtung erläutert die verschiedenen Fälle, welche an den Maschinen vorkommen können; denn, je nachdem man das Feuer mehr oder weniger anschürt, wird man mittelst der Röhren Nuzeffecte erlangen, die jenen der Heizstelle mehr oder minder nahe kommen. Bei dem regelmäßigen und lebhaften Betriebe der Locomotiven jedoch, bei der Anwendung der Wind- oder Dampfröhren, und bei Kesseln von den dermalen üblichen Dimensionen, d.h. an denen die Oberfläche der Röhren nicht das Zehnfache der Oberfläche der Heizstelle übersteigt, kann man annehmen, daß die beiden Heizoberflächen mit einer und derselben Flächeneinheit ganz gleiche und keineswegs solche Nuzeffecte geben, die sich, wie man bisher anzunehmen gewohnt war, wie 3 zu 1 verhalten.

Dieser Aufsaz ist es, auf welchen sich de Pambour in der Abhandlung bezieht, welche im zweiten Mai-Heft des polytechn. Journals S. 244 mitgetheilt wurde.

A. d. R.

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