Titel: Adcok's Maschine zum Heben des Wassers aus Bergwerken.
Autor: Adcock, Henry
Fundstelle: 1840, Band 78, Nr. XLVI. (S. 213–220)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj078/ar078046

XLVI. Maschine für das Ausheben des Wassers aus Bergwerken, worauf Henry Adcock, Civilingenieur, am 22. Mai 1838 in England ein Patent erhielt.

Aus dem Civil Engineer and Architect's Journal. Sept. 1840, G. 298.

Mit Abbildungen auf Tab. III.

Das große Interesse, welches unsere Maschinisten und Bergwerksfreunde an dieser ganz eigenthümlichen Maschine nehmen, hat uns veranlaßt mit dem Patentinhaber in Correspondenz zu treten, um eine Zeichnung und Beschreibung derselben mittheilen zu können.

Da der Apparat zum Aufwärtsregnen eingerichtet ist, so dürften viele unserer Leser eine sehr unvollkommene Vorstellung von dem hervorgebrachten Effect haben und denselben, indem sie ihn mit der Geschwindigkeit und Menge des aus den Wolken herabfallenden Regens vergleichen, als ziemlich unbedeutend ansehen.

Und so würde es unstreitig auch seyn, wären die Umstände in Allem dieselben. Aber in dem zu Shaw in den Gruben der HHrn. Milne und Travis errichteten Apparat, wo der Druk der Luft ein neuntel Pfund auf den Zoll betrug, war die Geschwindigkeit des Regens aufwärts und seine Menge der Art, daß, wenn der Regen aus den Wolken mit gleicher Schnelligkeit und in gleicher Menge fallen würde, er die Erde 18 1/4 Fuß in einer einzigen Minute bedeken würde; während im Gegentheil wohl bekannt ist, daß die Menge des in London in einem Jahre fallenden Regens nicht mehr als 22 Zoll beträgt.

Um das hier Gesagte zu beweisen, haben wir bloß Folgendes anzuführen:

Der Durchmesser der aufwärtssprizenden Röhre zu Shaw war 14 1/2 Zoll = 165 Zoll Fläche; daher die Anzahl der Kubikzolle in einem Fuß Länge = 1980.

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Durch diese Röhre wurden 130 Gallons in der Minute auf 120 Fuß Höhe getrieben.

Jeder Gallon enthält 277,274 Kubikzoll; also: 130 Gallons × 277,274 : 1980 = 18 1/4 Fuß in der Höhe.

Dieses beweist klar, daß in einer einzigen Minute die Erde, wie wir angaben, etwas mehr als 18 Fuß hoch bedekt werden würde.

Beschreibung des Apparates.

Bei der gegenwärtigen Art, das Wasser aus Schachten und andern tiefen Orten durch Pumpen und Pumpenstangen und sonstige Hülfsmittel heraufzuschaffen, wird das Wasser in einer zusammenhängenden dichten Masse durch eine Reihe von Röhren gehoben; mit andern Worten, wenn die Höhe, auf welche das Wasser gehoben werden muß, 100 Fuß beträgt, so sind die Röhren von dieser Höhe voll Wasser und die ganze Wassersäule in diesen Röhren wird zu gleicher Zeit in Bewegung gesezt.

Eine Wassersäule von 100 Fuß Höhe drükt mit einer Kraft von ungefähr 45 Pfd. auf jeden Quadratzoll ihrer Basis; wenn daher der Durchmesser des Pumpenstiefels oder Kolbens 12 Zoll beträgt, seine Fläche folglich 113 Quadratzoll, so wird das Gewicht des mit jedem Hube gehobenen Wassers ungefähr 5085 Pfd. seyn. Daher wird bei einem tiefen Bergwerke, das 10 solche Wassersäulen untereinander enthält, die zu gleicher Zeit durch die nämliche in den Schacht oder die Grube des Bergwerks reichende Pumpenstange in Bewegung gesezt werden, das zu hebende Wassergewicht sehr groß werden, es beträgt nicht weniger als 50850 Pfd. oder etwa 23 Tonnen. Um also ein solches Wassergewicht in Bewegung zu sezen, und die Reibung des Wassers in den Röhren, so wie das Beharrungsvermögen solcher Wassersäulen zu überwinden und ihr eigenes Gewicht zu tragen, muß die Pumpenstange von großer Stärke gefertiget werden, und die Dampfmaschine, das Wasserrad oder der sonstige Beweger, durch welchen die Wirkung hervorgebracht werden soll, muß von bedeutender Größe und Stärke seyn.

Wegen dieser Widerstände und des großen in Bewegung zu sezenden Gewichtes ist die Zahl der wirksamen Fuße, die der Kolben in der Minute durchläuft, verhältnißmäßig gering, im Durchschnitt bei tiefen Bergwerken ungefähr 50 bis 80.

Um dieses deutlicher zu machen, bedenke man, daß die ganze Wassermasse in den 10 Säulen, die zu derselben Zeit zu heben sind, und daher dem Gewichte nach einer Wassersäule von dem nämlichen Durchmesser und 1000 Fuß Höhe gleich sind, als eine einzige Masse, die durch einen Weg von 50 oder 80 Fuß in der Minute bewegt |215| werden muß, zu betrachten ist; während nach meinen „Verbesserungen des Verfahrens Wasser aus Bergwerken und andern tiefen Orten zu heben, welche Verbesserungen auf das Heben von Flüssigkeit jeder Art und zu verschiedenen Zweken anwendbar sind“, das Wasser nicht in Masse gehoben wird, es auch nicht nöthig ist, einen Druk von 45 Pfd. auf jeden Quadratzoll auszuüben, wenn die Höhe, zu welcher das Wasser gehoben werden muß, 100 Fuß beträgt.

Durch Hülfe irgend einer Kraft seze ich nämlich einen Ventilator (wie er gewöhnlich bei Gebläsen angewendet wird, um einen Luftstrom in Kupolo- oder andere Oefen zu treiben), oder den Kolben eines Cylindergebläses in Bewegung, und verdichte dadurch die atmosphärische Luft, so daß sie beim Oeffnen des Gehäuses in die Atmosphäre mit einer ihrem Druke entsprechenden Geschwindigkeit entweicht.

Wenn die Luft so verdichtet ist, daß sie 1/4 Pfd. Druk auf den Quadratzoll (über den atmosphärischen Druk) ausübt, und man läßt sie dann ausströmen, so bewegt sie sich mit der Geschwindigkeit von 173 Fuß in der Secunde; bei 1/2 Pfd. Druk aus den Quadratzoll beträgt die dem Druk entsprechende Geschwindigkeit 245 Fuß in der Secunde; bei 3/4 Pfd. Druk 296 Fuß; bei einem Pfund 340; bei 1 1/4 Pfd. 375; bei 1 1/2 Pfd. 410; bei 1 3/4 Pfd. 436; bei 2 Pfd. 467; bei 3 Pfd. 555; bei 4 Pfd. 624 Fuß etc.

Anstatt also das Wasser in Masse durch Pumpen und ähnliche Vorrichtungen zu heben, bediene ich mich der mechanischen Effecte, welche durch die Geschwindigkeiten der Luft erzielt werden, die den Druken entsprechen, welche man je nach den Umständen von verschiedener Größe anwendet. Ich bewirke, daß das zu hebende Wasser, zertheilt und in Tropfen, gleich dem Regentropfen aufwärts geführt wird; nur ist die Geschwindigkeit dieser Tropfen aufwärts in Folge der Geschwindigkeit der Luft weit größer, als die Geschwindigkeit, womit der Regen herabfällt.

Die Regentropfen können bei Windstille durch die Atmosphäre bloß mit einer Geschwindigkeit von etwa 8 Fuß in einer Secunde fallen, wenn der Durchmesser jedes Regentropfens 1/100 eines Zolles ist. Beträgt der Durchmesser der Tropfen 1/16 eines Zolles, so ist der schnellste Fall ungefähr 17 Fuß in der Secunde; und die Geschwindigkeiten für andere Durchmesser sind ungefähr folgende: für 1/8 Zoll Durchmesser 24 Fuß; für 3/16 Zoll Durchm. 30 Fuß; und für Tropfen von 1/4 Zoll Durchm. 34 Fuß in der Secunde; dagegen ist die Geschwindigkeit der Luft, wenn sie genöthiget wird, bei einem Pfund Druk (über den atmosphärischen) durch eine Röhre aufwärts zu strömen, und ohne Rüksicht auf die Reibung an den Seiten der Röhre, |216| ungefähr 340 Fuß in einer Secunde. Ist aber die Luft mit dem zu hebenden Wasser gemengt, so wird ihre Bewegung in einem gewissen Grade verzögert; dessen ungeachtet ist die Geschwindigkeit der Wassertropfen aufwärts bei dieser Wasserhebmethode weit größer, als die Geschwindigkeit, mit welcher der Regen gewöhnlich herabfällt.

Die Figuren 69, 70 und 71 zeigen den Apparat und die Figuren 70 und 71 eine Abänderung seines untern Theiles. In jeder Figur bezeichnen gleiche Buchstaben zu denselben Zweken dienende Theile.

Die dreierlei Apparate sind im Durchschnitt abgebildet:

a, a stellt eine Röhre aus irgend einem Material vor, um die von dem Gebläse gelieferte Luft auf den Grund des Schachtes zu führen;

b, b eine andere etwas weitere Röhre, welche die Luft nebst dem Wasser, das von ihr aus dem Schachte in Tropfen mitgeführt wird, aufwärts leitet;

c das Reservoir, aus welchem das Wasser gehoben werden soll;

d eine feste Unterlage aus Stein oder einem anderen Materiale.

Durch das Gebläse wird atmosphärische Luft von der erforderlichen Dichtigkeit in die Röhre a, a hinabgetrieben, und wo diese Röhre sich im Reservoir c, c aufwärts krümmt, kommt die Luft dann in Berührung mit dem Wasser, zerstreut dasselbe in Tropfen, treibt es in der Röhre b, b hinauf und entleert es oben.

In Fig. 69 sieht man im unteren Theile der Röhre b, b eine Reihe von Oeffnungen angebracht, durch welche das Wasser in feinen Strahlen in die Röhre b, b dringt, wo es mit der Luft zusammentrifft, von derselben zerstreut und in der Röhre hinaufgetrieben wird.

In Fig. 70 und 71 endigt die Röhre b, b in eine Kammer, welche aus einem Kegel und einem Cylinder zusammengesezt ist; der untere cylindrische Theil der Kammer ist mit einer Reihe von Löchern versehen, durch die das Wasser aus dem Reservoir c, c einströmt: das Wasser steigt über das Ende der Luftröhre a, a, von wo es durch den Luftstrom wieder in Tropfen aufwärts getrieben wird.

Um den Zutritt des Wassers zur Röhre b, b zu reguliren, oder es in denjenigen Fällen, wo durch irgend einen Zufall eine zu große Ansammlung und Erhebung des Wasserspiegels stattfindet, ganz abzusperren, bringe ich die vorerwähnten Oeffnungen mit einer Röhre in Verbindung, durch welche das Wasser zufließt, und an welcher ein Hahn angebracht ist. An diesen Hahn befestige ich eine Stange von hinreichender Länge, damit er über das Wasser hervorragt, und |217| von hinlänglicher Stärke, um einen Arbeiter in den Stand zu sezen, den Hahn zu öffnen und zu schließen.

Diese Vorsichtsmaßregel ist nothwendig, weil außerdem das Wasser sich in den Röhren a, a, b, b zu einer solchen Höhe ansammeln könnte, daß es den Durchgang der Luft von der Röhre a, a in die Röhre b, b verhindern und dadurch die Wirkung des Apparates unterbrechen würde. Aus ähnlicher Ursache darf die Wasserfläche über dem Ende der Röhre a, a nie auf höherem Niveau stehen, als der Druk der verdichteten Luft es überwinden kann, folglich muß das Reservoir c, c zu dem unteren Theile der Röhre b, b in einem solchen Verhältnisse stehen, daß das Wasser in dem einen um eben so viele Zoll steigt, als es in dem anderen durch den Druk der Luft fällt. Und um noch weiter jeder Unterbrechung im Gang des Apparates vorzubeugen, die durch eine Ansammlung des Wassers oder durch einen unrichtigen Stand des Hahnes herbeigeführt werden könnte, verbinde ich mit den unteren Theilen der Röhren a, a, b, b eine kleine, durch die Hand eines Arbeiters bewegbare Pumpe, welche hinlänglich hoch über der Wasserfläche steht, wie sehr sich das Wasser auch anhäufen möge. Durch diese Pumpe wird der Arbeiter in den Stand gesezt, in 5 Minuten das Wasser aus den Röhren a, a, b, b zu ziehen, und in den Schacht zurükzuführen.

Das Gewicht des Wassers in der Röhre b, b muß jederzeit kleiner seyn als der von dem aufsteigenden Luftstrom ausgeübte Druk.

Um durch ein anderes Verfahren das Wasser nach meinen Verbesserungen zu heben, stelle ich mittelst irgend eines mechanischen Mittels ein theilweises Vacuum in der Röhre b, b her, und statt der niedergehenden Röhre a, a, welche die verdichtete Luft in die Röhre b, b zu führen hat, lasse ich in leztere durch zu diesem Zwek angebrachte Röhren die Luft aus dem Schachte einströmen, so daß in Folge der Differenz des Drukes der Luft in dem Schachte und der in der Röhre b, b befindlichen, das Wasser durch einen aufwärts gehenden Luftstrom fortgerissen wird.

Ein anderer wichtiger Umstand bei dieser Erfindung besteht darin, daß die Ventilation eines Schachtes ohne Kosten bewerkstelligt werden kann, indem man mittelst Röhren, welche in die Tiefe des Schachtes hinabreichen, dem Gebläse die Luft zuführt, wodurch die unreine Luft aus dem Bergwerke heraufgezogen wird, die reine atmosphärische Luft aber hinabsinkt und deren Stelle einnimmt.

Anhang.

Manche glauben, daß die Luft nicht durch Röhren von großer Länge getrieben werden könne und stüzen sich hierin auf eine in |218| Robison's Physik angeführte Erfahrung, die vor einigen Jahren in einer Eisengießerei in Wales gemacht wurde. Ein Ingenieur errichtete an einem mächtigen Wasserfall eine Maschine, welche zwei Gebläscylinder treiben sollte, deren Leitröhren anderthalb (engl.) Meilen weit fortgeführt wurden, wo die Düse auf die gewöhnliche Weise an einem Ofen angebracht war. Obgleich nun alle Vorsicht gebraucht wurde und man die Röhren so glatt als möglich machte, so schlug der Versuch doch fehl, und man schrieb das Mißlingen der Unmöglichkeit zu, die Röhren luftdicht zu machen. Andere haben seitdem das Mißlingen, mit besserem Grunde, der Reibung der Luft an den Seiten der Röhre zugeschrieben; da sie aber mit den Gesezen der Bewegung der Flüssigkeiten nicht vertraut waren, verfielen sie in die irrige Meinung, als könnte man die Luft nicht durch Röhren von großer Länge treiben.

Mir ist die Weite der Röhren, welche der Ingenieur von Wales anwandte, unbekannt; gewiß ist aber, daß er über diesen Gegenstand ganz unwissend war, und daß die Röhren nicht die ihrer Länge entsprechende Weite besaßen; seine Unwissenheit zeigt sich dadurch: 1) daß er die Röhren im Innern so glatt als möglich machte; 2) daß er bei einer Röhre von 1 1/2 (engl.) Meilen Länge denselben Luftdruk wie bei einer kurzen Röhre erwartete; 3) verstrichen 10 Minuten nach dem Beginn der Kolbenwirkung in dem Gebläscylinder, bis am anderen Ende der Röhre der geringste Wind bemerkbar war, während nach seiner Berechnung kaum 6 Minuten vergehen sollten.

Um diese Irrthümer zu berichtigen, bemerke ich noch Folgendes:

1) Denjenigen, welche mit den Eigenschaften der bewegten Luft vertraut sind, ist wohl bekannt, daß es, wenn nur plözliche Erweiterungen oder Verengerungen vermieden werden, ziemlich gleichgültig ist, ob die Röhren im Innern glatt oder noch vom Gießen her rauh sind; denn die Bewegung ist bei der gleichen Länge der Röhre und bei demselben Druk, wie groß auch diese Länge seyn mag, in beiden Fällen ziemlich dieselbe.

2) Je länger die Röhre, desto größer muß nach bestimmten Verhältnissen der Durchmesser werden, um die Reibung zu vermindern, und bei demselben Druke des Gebläses eine gegebene Menge Luft in einer gegebenen Zeit zu liefern; und wenn der Durchmesser und folglich der Querschnitt der Röhre größer wird, muß im entsprechenden Verhältnisse der Druk der Luft abnehmen.

3) Die atmosphärische Luft kann, wie immer zusammengepreßt, sich nie mit der diesem Druk entsprechenden Geschwindigkeit wirklich fortbewegen; am allerwenigsten durch meilenlange Röhren und unter |219| dem mäßigen Druk von 3 Pfd. auf den Quadratzoll, wie er gewöhnlich bei den Oefen angewandt wird.

Um dieß noch ferner zu erläutern und zu zeigen, wie leicht Personen, welche mit diesen Gegenständen nicht vertraut sind, in Irrthum verfallen, und dann unrichtige Folgerungen ziehen können, will ich annehmen, es seyen 3000 Kubikfuß Luft in der Minute bei 3 Pfd. Druk (über den atmosphärischen) in einen Ofen zu treiben; und der Ingenieur von Wales habe, nachdem er fand, daß eine Röhre von 4 3/4 Zoll Durchmesser bei nur 1 bis 1 1/2 Fuß Länge diese Menge liefert, eine Röhre von dem doppelten Querschnitte oder 6 4/10 Zoll Durchmesser angebracht.

Die Menge Luft, welche in der Minute durch diese Röhre bei verschiedenen Längen und bei dem nämlichen Druk geführt würde, wäre, wie folgt:

Textabbildung Bd. 78, S. 219

Wir finden also, daß bei einem unrichtigen Verhältnisse des Durchmessers der Röhre zu ihrer Länge auf die Entfernung von 1 1/2 Meilen anstatt 3000 Kubikfuß in der Minute nur 380 Kubikfuß gefördert worden wären, oder daß der Durchmesser der Röhre nur 100 Fuß Länge entsprechend wäre.

Um 3000 Kubikfuß Luft in der Minute zu liefern, hätte der Durchmesser der Röhre für jede Länge und bei dem nämlichen Druk in dem Gebläscylinder folgende Werthe haben müssen:

Textabbildung Bd. 78, S. 219

Mit diesen Durchmessern und bei irgend einer der obigen Längen wären die 3000 Kubikfuß Luft in der Minute geliefert worden; |220| aber am Ende der Röhre wäre der Druk der Luft in demselben Verhältnisse vermindert worden. Diese Verminderung des Luftdruks in der Ausströmungsröhre ist, bei Anwendung des patentirten Wasserhebverfahrens, eher ein Vortheil als ein Nachtheil; sie verringert nach und nach die Geschwindigkeit des aufsteigenden Stromes und gestattet dem Wasser, nachdem es nach Oben geschafft worden ist, sich wieder in eine Masse zu vereinigen.

Die niedergehende Röhre muß in solchem Verhältnisse ausgeführt werden, daß sie in der ganzen Länge einen fast gleichen Druk hat.

Einer von Hrn. Adcock's Patentapparaten ist bereits in der Pemberton Kohlengrube (Wigan) aufgestellt.

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