Titel: Jobard, über eine Dampfkessel-Explosion und das Probiren der Dampfkessel.
Autor: Jobard,
Fundstelle: 1844, Band 94, Nr. LXXIV. (S. 337–345)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj094/ar094074

LXXIV. Bericht über eine Dampfkessel-Explosion zu Haut-Flenu, nebst einem neuen Verfahren die Dampfkessel zu probiren; von Hrn. Jobard, Director des Musée de l'Industrie zu Brüssel.

Aus den Comptes rendus, Sept. 1844, No. 14.

Der Vorfall am 14. August 1844 bei einem Kessel der Pumpen-Gesellschaft (Société des pompes) zu Haut-Flenu ist keine Explosion im gewöhnlichen Sinne; es wurde nur die innere Wand eines großen cylindrischen ringförmigen Dampfkessels aus ihrer Form gebracht, dadurch eine Abplattung und in deren Folge ein großer Riß im Eisenblech und das stürmische Austreten alles Wassers durch die beiden Enden des Kessels veranlaßt, ohne daß jedoch die äußere Hülle darunter litt oder auf ihrem Siz verrükt wurde.

Man kann sich eine Vorstellung von dem Vorgang machen, wenn man sich einen Flintenlauf ohne Schwanzschraube denkt, welcher sich an beiden Enden entladet; es können dabei nur diejenigen Personen erreicht werden, welche sich in der Richtung dieser doppelten Entladung befinden. Unglüklicherweise befanden sich im fraglichen |338| Falle zwei Personen in derselben, welche ums Leben kamen und zwei andere, welche davon getroffen wurden.

Der Dampfkessel, welcher diesen innern Bruch erlitt, gehört zu sechs Dampfentwiklern, welche die größte bis jezt nach dem Cornwall'schen System erbaute Maschine zum Heben von Grubenwasser speisen. Diese Dampfmaschine hat 315 Pferdekräfte bei 1/3 Expansion und einen Cylinder von 2,45 Meter Durchmesser und 4 Meter Höhe. Ihre Kessel haben 9,25 Meter Länge und 2 Meter Durchmesser; der innere Feuercanal hat 1,15 Meter und die in der Mitte angebrachte Siederöhre 65 Centimeter im Durchmesser. Die Dike der äußern Hülle beträgt 13 Millimeter; die der innern Hülle 10 Millimeter. Diese Kessel bieten eine große Heizfläche dar und können bei ihren großen Dimensionen vollkommen gereinigt werden.

Wir haben den Zustand des zerrissenen Dampfkessels sorgfältig untersucht und uns überzeugt, daß die Theorie des Widerstandes der Wölbungen gegen das Zerdrüktwerden bei Cylindern mit dünnen Wänden keine Anwendung findet, wenn man nicht Eigenschaften bei ihnen voraussezt, für welche die Praxis keine Gewähr leisten kann, als da sind gleiche Dike, gleicher Widerstand, homogene Masse, Vollkommenheit der geometrischen Form und obendrein Beschüzung vor jedem Stoß oder örtlichen Druk, welcher die cylindrische Form verändern könnte.

Nur unter diesen Bedingungen kann eine dünne Metallhülle einem starken Druk von außen nach innen widerstehen. Anders verhält es sich aber mit dem Druk von innen nach außen; hier hat der Widerstand der Hülle keine andern Gränzen als die Zähigkeit des Metalls, und ihre geometrische Form strebt unaufhörlich sich durch den Druk zu vervollkommnen. Es besteht zwischen diesen beiden Arten von Widerstand derselbe Unterschied, wie zwischen dem stabilen und dem instabilen Gleichgewicht.

Es kamen schon mehrere Unglüksfälle durch Zerdrükung vor, ohne daß man sich über die Ursachen, welche sie herbeiführten, gehörig Rechenschaft gegeben hätte; so groß ist das Vertrauen der Gelehrten in die Geseze der reinen Theorie.

Das Zerdrüken der Brunnenröhre zu Grenelle, dessen Ursache man so lange nachforschte, hatte keinen andern Grund. Die Röhre brauchte nur an ihrem untern Theil anzufangen aus ihrer Form zu kommen, damit die Abplattung sich auf eine große Länge fortsezte.

Das Ereigniß mit dem Dampfkessel zu Haut-Flenu sollte für die Mechaniker eine große Lehre seyn; bei den Röhren, welche dem Druke von außen ausgesezt sind, müssen sie mit der größten Umsicht |339| verfahren und bedenken, daß die Gefahr in geradem Verhältniß mit dem Quadrat der Durchmesser zunimmt, es sey denn, daß sie die Hüllen so dik machen, daß alle Vortheile einer guten Heizung dadurch verloren gehen und der Uebelstand des Verbrennens der von dem Wasser zu weit entfernten Schichten eintritt.

Und doch sind die Dampfkessel mit ringförmigen Röhren und Feuercanälen sehr vortheilhaft in Bezug auf Brennmaterial-Ersparniß; es wäre ein Unglük, sie verbannen zu müssen. Hr. Péclet, welcher sich früher gegen dieselben ausgesprochen hatte, empfiehlt sie in seinem neuen Traité de la Chaleur dringend. Man bedient sich ihrer in Cornwallis und die in Mainburg seit anderthalb Jahren und im Lüttich'schen seit fünf Jahren in Gebrauch befindlichen halten sich sehr gut; doch wäre es zwekmäßig, wenn die beiden Hüllen durch eine gewisse Anzahl Zugbänder oder Bolzen vereinigt würden, welche sie zu einem Ganzen verbänden, oder auch durch innere, gußeiserne Strebestangen; denn das Gußeisen schmilzt nicht so leicht, wie man glaubt, im Innern der Kesselfeuercanäle, besonders wenn man es, wie die Roste von Galy-Cazalat, mit Porzellanerde überzieht.

Außerdem müßte jeder Kessel, dessen innere Wand bei der Probe im Geringsten aus ihrer Form käme, verworfen werden. Der fragliche geplazte Kessel war Tags vorher mit kaltem Wasser bei 9 Atmosphären Druk probirt worden und um mehr als 1 Decimeter aus der Form gegangen, indem er gerade an der Stelle sich eiförmig ausbog, wo er am andern Tag zu reißen begann, nachdem er geheizt worden und, wie der Heizer selbst bekennt, 2 1/2 Stunden im Gang war, ohne gespeist zu werden.

Man kann annehmen, daß der obere Theil, wo die Biegung geschah, von Wasser entblößt war, obwohl, wie behauptet wird, der Schwimmer noch markirte. Die Flamme konnte diesen außer Wasser stehenden Theil des Eisenblechs überhizen und die Abplattung vollends herbeiführen, welche die hydraulische Presse schon begonnen hatte, obwohl der Druk 3 Atmosphären, die Gränze des offenen Manometers, dessen Queksilber nicht herausgeschleudert wurde, nicht überstieg; sogar die Ventile pfiffen nicht vor dem Ereigniß.

Die Untersuchung des Eisenblechs bietet zwei sonderbare Umstände dar; beim horizontalen Bruch waren es die Niete, welche widerstanden, während das Eisenblech 5 Centimeter von der Nietnaht entfernt riß; beim verticalen Bruch hingegen gab die Nietenlinie nach.

Bei starker Dike sind die großen Eisenbleche oft blättrig, d.h. aus schlecht geschweißten Blättern zusammengesezt, entweder in Folge |340| der schlechten Qualität eines roth- (oder kalt-) brüchigen Eisens, oder weil sie während des Walzens nicht gehörig ausgeglüht wurden; hierdurch werden jene oft sehr zahlreichen Luppen erzeugt, die an der Hammerschlagfarbe, welche sie inmitten der allgemeinen schwarzen Oberfläche des Feuerraums beibehalten, leicht zu erkennen sind.

Die zwischen zwei schlecht geschweißten Eisenblech-Blättern befindliche Luft dehnt sich durch die Hize aus und macht gewöhnlich die dem Feuer ausgesezte Wand plazen, weil das Wasser nicht in unmittelbarer Berührung mit diesen aufgehobenen Theilen ist und sie sich daher oxydiren und sehr schnell zerstört werden. Das innere, obgleich sehr dünne Blatt widersteht oft sehr lange; man darf sich aber darauf nicht verlassen, und sollte das fehlerhafte Blatt durch ein anderes ersezen. Die Regierung sollte vielleicht die Eisenblech-Fabrication eben so überwachen und das Blech probiren lassen, wie die Kessel.

Fehler des jezigen Verfahrens die Dampfkessel zu probiren.

Alle Mechaniker und Ingenieurs sind überzeugt, daß das gegenwärtige Probirverfahren ganz fehlerhaft ist. Die Probe bei einem dreimal so starken Druk, als ihn der Kessel während seines Gebrauchs auszuhalten hat, muß das Metall offenbar schwächen oder die Form der Siederöhren verändern, welche dann eines geringern Druks bedürfen, um zu brechen, besonders wenn, nach der Probe in der Kälte, die Eisenfaser durch das Feuer, welches eine Wirkung ganz anderer Art auf das Eisen hervorbringt, gewaltsam ausgedehnt wird.

Jedermann verwirft heutzutage die von reinen Theoretikern erdachte Probirmethode durch Uebertreibung, bei Kanonen, Brüken, Achsen und Tauen eben so gut wie bei Dampfkesseln. Wollte man die Eisenbahn-Waggons und ihre Federn mit dreimal so starker Last probiren als sie zu tragen haben, so würden dieß wenige davon aushalten.

Die Probe mit dem doppelten Druk ist für Dampfkessel schon mehr als hinlänglich; dabei sollte man nothwendig stehen bleiben.

Es ist leicht nachzuweisen, daß die jezige Probirmethode für Dampfkessel nichts taugt, und große Unglüksfälle verursachen kann, indem sie die Aufhebung des Zusammenhangs der Eisenmolecüle bis auf den vorlezten Grad seines Gesammtwiderstands treibt.

Das mittelst einer, oft mehrerer Pumpen eingetriebene Wasser hebt plözlich ein schwer belastetes Ventil; diese Masse muß, wenn sie auf das Wasser, welches den ihr bestimmten Raum einnimmt, zurükfällt, |341| die Wirkung des hydraulischen Widders hervorbringen und eine allgemeine Erschütterung in der Metallfaser veranlassen.

Diese lebendige Kraft, deren Wirkungen am Manometer nicht ersichtlich sind, übertrifft die vom Gesez verlangte vielleicht um mehr als die Hälfte. Ein Beweis dafür ist das plözliche Brechen von sechs Bolzen bei einem Dampfkessel zu Flenu, welche die innere Wand mit der äußern verbanden. Diese Bolzen von starkem Eisen hatten drei Quadratcentimeter im Querschnitt und waren 39 Centimeter weit auseinander. Es waren nicht weniger als 72,000 Kilogr. erforderlich, um sie durch Zerreißen zu brechen, und dieses Zerreißen erfolgte durch das Niederfallen des Ventils auf seinen Siz bei 9 Atmosphären Druk.

Wer erkennt hierin nicht die Wirkung des Pascal'schen, von Bramah bei seiner hydraulischen Presse so gut angewandten Gesezes? Gegen die Wirkungen dieser lebendigen Kraft (welche latente Kraft genannt werden könnte, weil sie sich den Augen beim Probiren der Dampfkessel nicht kund gibt) sollte man sich besonders verwahren.

Die Injectionspumpe muß daher klein seyn und gegen das Ende der Operation sehr vorsichtig gehandhabt werden. Die Federnventile würden wohl einen Theil der bezeichneten Gefahr beseitigen, besser aber wäre es, die Ventile ganz zu verwerfen, und sich hinsichtlich der Proben an das hyperbolische Manometer mit comprimirter Luft von Delaveleye 47) zu halten. Wir werden übrigens ein neues Probirverfahren angeben, welches alle diese Uebelstände beseitigt.

Um Jedermann eine annähernde Vorstellung von dem Gewicht zu geben, welches ein Dampfkessel von der Größe jener zu Flenn zu tragen hat, wenn er bei 10 Atmosphären probirt wird, d.h. einen Druk von 10 Kilogrammen auf jeden Centimeter Oberfläche aushalten muß, wollen wir dieses Gewicht in Eisenbahn-Trains ausdrüken.

Bekanntlich ist ein Train von 100,000 Kilogr. oder 100 Tonnen schon ein starker; der gebrochene Dampfkessel trug aber an dem Tag, wo er probirt wurde, nicht weniger als 100 Convois; denn er hat 100 Meter Oberfläche, und jeder Meter 10,000 Quadratcentimeter, wovon jeder mit 10 Kilogr. belastet war, was im Ganzen 10 Millionen Kilogramme ausmacht.

|342|

Neues Verfahren die Dampfkessel zu probiren.

Wir dachten anfangs daß die Fabriken volle Sicherheit hätten, wenn die Dampfkessel, statt in der Kälte bei einem dreimal stärkeren Druk, als sie ihn während des Gebrauchs auszuhalten haben, probirt zu werden, bloß mit dem doppelten Druk, aber in der Wärme probirt würden. Hiebei fürchtet man aber die Gefahr, weil man das, was sich ereignen könnte, wenn alle Ventile neu sind, der Kessel voll ist, das Feuer gut geleitet wird, das Manometer seine Dienste gut verrichtet und man überhaupt auf seiner Hut ist, mit demjenigen vergleicht, was erfolgt, wenn von allem dem nichts in Ordnung ist und man von der Explosion unverhofft überrascht wird.

Es ist jedoch unläugbare Thatsache, daß ein mit Wasser vollkommen angefüllter Kessel, dessen Ventile befestigt sind, nur zerreißt, ohne zu bersten.

Die Explosion mit Umherschleudern findet nur bei Kesseln statt, welche mit Dampf erfüllt sind, und sie ist um so heftiger, je weniger Wasser und je mehr Dampf von desto höherer Spannung vorhanden ist.

Die Regierung könnte eine solche Probe mit zwei alten Dampfkesseln anordnen, um sich von dieser Thatsache zu überzeugen, welche wir aus unseren Versuchen mit Gasen abstrahirt haben; wir glauben nämlich annehmen zu dürfen, daß der im heißen Wasser enthaltene Dampf sich eben so verhalten muß, wie das in kaltem Wasser unter gleichem Druk enthaltene kohlensaure Gas. Nun springt aber eine Flasche mit kohlensaurem Wasser ohne Umherschleudern und Geräusch, während sie, mit Gas erfüllt, bei gleichem Druk eine sehr starke Explosion macht und die Trümmer weit hinweg schleudert.

Wenn es sich mit dem Dampf eben so verhält, woran wir nicht zweifeln, so muß das nun zu beschreibende Probirverfahren seinem Zwei entsprechen.

Probiren der Dampfkessel vermittelst der Ausdehnung des Wassers.

Es wäre zum Probiren der Dampfkessel hinlänglich, sie mit kaltem Wasser vollkommen anzufüllen und ein kleines Feuer darunter zu machen. Ehe noch das Wasser eine Temperatur von 20–30° C. erreicht, würden die Ventile sich heben und das Manometer würde markiren.

Man hat dabei nicht zu befürchten, daß Verlust an Wasser durch Aussikern, welcher bei den Proben in der Kälte allerdings bedeutend ist, störend wirkt; denn sobald das Eisen erwärmt ist und sich in |343| Folge davon auszudehnen anfängt, lassen die Nieten kein Wasser mehr aussikern und damit sich während der Zeit, welche die Probe erheischt, ein wasserleerer Raum bilden könnte, müßten die Nieten beiläufig ein Dreißigstel des den Kessel füllenden Wassers hindurchlassen, denn das Wasser dehnt sich, ehe es seinen Siedepunkt erreicht, um so viel aus. Es müßte also während des Versuchs eine so große Menge Wassers verloren gehen, daß der Kessel ohne Ueberklopfung ohnedieß nicht brauchbar wäre.

Das Volum des Wassers wird bei 10 Grad (Celsius) 1,0002
20 1,0015
30 1,0040
50 1,0122
80 1,0309
100 1,0466

d.h. ein mit 100 Hektolitern Wasser angefüllter Kessel müßte davon mehr als 4 durch seine Ventile verlieren, ehe er ins Sieden kömmt.

Es ist sonach weder ein Uebelstand noch eine Gefahr dabei, die Dampfkessel in der Wärme mittelst der Ausdehnung zu probiren, ohne daß es nothwendig wäre, die Temperatur bis zur Verdampfung zu steigern. Auch glauben wir, daß man bei 2 Atmosphären über dem gewöhnlichen Druk der Kessel stehen bleiben könnte. Das tragbare hyperbolische Manometer, wie es im Musée de l'Industrie verfertigt wird, wäre zu Versuchen dieser Art sehr geeignet, denn die Abtheilungen sind bei den hohen Atmosphären eben so groß, ja eher noch größer, als bei den niedern, während das Gegentheil bei den cylindrischen Manometern stattfindet, und sie sind richtig, weil sie empirisch, d.h. mittelst directer Versuche graduirt wurden.

Bei diesem Manometer wären vielleicht die Ventile auch ganz entbehrlich.

Auch glauben wir, daß für das ganze Königreich Belgien nur ein einziger Probirer nöthig wäre; denn es liegt keine Sicherheit darin, mit diesem Geschäft eine Menge Personen zu beauftragen, die es vielleicht zum erstenmal verrichten und nicht immer die verschiedenen Hebel, Gewichte und Ventile zu berechnen wissen. Auch sollte dieser Ingenieur ein erfahrener Mann seyn, um bei der Verrichtung seines Geschäfts den Fabrikanten und Heizern gute Rachschläge geben zu können; er auch könnte beständig in Function bleiben, denn die Dampfkessel sollten jedes Jahr probirt werden, weil sie beim Gebrauch schlechter werden. Der Fabrikant selbst wäre froh den Zustand derselben von Zeit zu Zeit kennen zu lernen, wenn das Probirverfahren ihm nicht große Störungen verursachte; nun ist aber unser Verfahren so leicht, daß es während einer Ruhezeit ausgeführt werden kann. Man braucht nur, |344| nachdem man das Feuer ausgehen ließ, den Kessel ganz anzufüllen, das Manometer aufzuschrauben, wieder Feuer unter dem Kessel zu machen und das Instrument zu beobachten; hierauf würde die Oeffnung wieder verschlossen und zwar mittelst eines Bolzens, welcher den Stempel des Probirers erhielte. Würden die von uns vorgeschlagenen Maaßregeln eingeführt, so dürften die Unglüksfälle sehr selten werden und mit der Zeit ganz verschwinden.

Nachtrag.

Ich will diesem Bericht einen Zusaz zu der Abhandlung über zerschmetternde Explosionen beifügen, welche ich im Bulletin du Musée de l'Industrie veröffentlichte.48)

Die Dampfkessel werden fortwährend mit Wasser gespeist, welches immer wieder verdampft; aber jedes Wasser führt eine gewisse Menge vegetabilischer, animalischer und mineralischer Substanzen mit sich. Diese Substanzen verdampfen nicht, sondern nehmen vielmehr im Kessel täglich zu; die Mineralsalze sezen sich auf dem Boden ab, die vegetabilischen Stoffe aber schwimmen oben und überziehen endlich die Wände, indem sie sich schichtenweise an ihnen absezen, so oft der Wasserspiegel sinkt.

Wenn nun der Fall eintritt, daß die Speisepumpe nicht mehr in das Wasser reicht oder eine Störung erleidet, so sinkt das Wasser im Dampfkessel immer mehr, die Flamme erreicht die troken liegenden Wände und es beginnt eine wahrhafte Destillation des vegetabilischen und animalischen Ueberzugs, wobei Wasserstoffgas in hinreichender Menge entsteht, daß es mit der durch die Pumpe in Ermangelung von Wasser eingebrachten atmosphärischen Luft eine explodirbare Mischung bilden kann.

Diese Art Schwaden braucht nur entzündet zu werden, um eine zerstörende Explosion zu veranlassen. Nun muß aber die Kohle der destillirten Pflanzensubstanzen in Berührung mit dem rothglühenden Eisenblech in Brand gerathen, und mehr bedarf es nicht, um das explodirbare Gemisch, welches unter einem hohen Druk selbst überhizt ist, zu entzünden.

Die Gegenwart eines troknen Dampfs, wie er es in einem rothglühenden Dampfkessel seyn muß, kann die Entzündung des Schwadens nicht verhindern; vielleicht kann dieser verdünnte Dampf in Vereinigung mit dem erhizten Wasserstoff- oder Ammoniakgas sogar die Bildung eines noch unbekannten explodirbaren Gemisches veranlassen. Berzelius behauptet, daß ein explodirbares Gemisch |345| durch Hinzukommen von Kohlenwasserstoffgas bedeutend an Detonationskraft zunimmt.

Außerdem können die meisten animalischen und vegetabilischen Substanzen pyrophorisch werden, d.h. sich unter gewissen Umständen entzünden, wie dieß Professor van Mons nachgewiesen hat. Ich halte daher die Anwendung aller Pflanzensubstanzen, wie Kartoffeln, Lohe und Sägespäne, in Dampfkesseln (zur Verhinderung der Kesselstein-Bildung) für gefährlich. Der vom Ingenieur Chaix vorgeschlagene Thon hätte diese Uebelstände nicht, weil er kein Wasserstoffgas erzeugen kann, wie die Pflanzenstoffe.

Wenn man die Heftigkeit der Explosionen von Schwaden an der freien Luft kennt, so kann man sich eine Vorstellung machen von der Explosion, welche eintreten muß durch ein auf einige Atmosphären comprimirtes und oft auf 150–160° C. erhiztes explodirbares Gemisch. Die Wirkungen des Schießpulvers sind mit jenen eines solchen Agens nicht zu vergleichen. Man muß folglich Alles aufbieten, um seine Bildung in den Kesseln zu verhüten, und das beste Mittel ist, deren Wasserspiegel niemals zu tief sinken zu lassen und die Speisung sorgfältiger als gewöhnlich zu reguliren.

Sind auch die Ursachen der Explosionen, wie die der Krankheiten, sehr zahlreich und sehr wenig gekannt, so wird doch Niemand bestreiten, daß man sich vor der zerschmetternden Explosion, als der gefährlichsten von allen, am sorgfältigsten zu schüzen hat.

|341|

Polytechn. Journal Bd. XCIII S. 171.

|344|

Polytechn. Journal Bd. LXXXIV S. 158 und Bd. LXXXVI S. 252.

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