Titel: Ueber die Dampfmaschinen von le Gavrian und Farinaux.
Autor: Le Chatelier,
Fundstelle: 1849, Band 111, Nr. XLV. (S. 241–256)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj111/ar111045

XLV. Ueber eine von den HHrn. le Gavrian und Farinaux in Lille erbaute Dampfmaschine von 30 Pferdekräften; Bericht des Hrn. le Chatelier.

Aus dem Bulletin de la Société d'Encouragement, 1848, Augustheft S. 435 und Septemberheft S. 574.

Mit Abbildungen auf Tab. V.

Mit dieser Maschine bewarben sich die Erbauer um den für das Jahr 1848 von der Société d'Encouragement ausgesetzten Preis, da dieselbe hinsichtlich des Brennmaterialverbrauchs unter dem im Programm bestimmten Maximum von 1,5 Kilogr. per Stunde für die Pferdekraft geblieben ist. (Der Brennmaterialverbrauch beläuft sich nämlich stündlich per Pferdekraft auf 1,323 Kilogr., wie das Protokoll nachweist, welches über neunstündige Versuche aufgenommen wurde die der Berichterstatter mit der Maschine anstellte.)

Die HHrn. le Gavrian und Farinaux bemerken, daß sie seit dem 6 Mai 1846, dem Datum, unter welchem sie ein Patent auf ihre Dampfmaschinen mit zwei isolirten Cylindern erhielten, 22 Maschinen von 14–40 Pferdekräften erbaut haben, und in der letzten Zeit noch eine von 100 Pferdekräften, welche sich auf dem Dampfboote Maréchal de Villars befindet, das von Havre nach Dünkirchen fährt.

Die Hauptsachen, worauf die HHrn. le Gavrian und Farinaux aufmerksam machen, bestehen in der Art der Dampfvertheilung, in einer Abänderung, welche an dem Systeme von Woolf durch das Trennen der beiden Cylinder vorgenommen wurde, und in der Anordnung der Dampfkessel.

Ich werde nun diese Vervollkommnungen der Reihe nach durchnehmen und in Kürze ihren Nutzen angeben:

1) Dampfvertheilung. Die HHrn. le Gavrian und Farinaux waren die ersten, welche (im Jahr 1842) eine Stange mit rechtem |242| und linkem Gewinde anwandten, um bei der Drehung nach Rechts oder Links, die beiden gesonderten Theile des Expansionsschiebers einander zu nähern oder von einander zu entfernen. Die Idee dieser Expansionsvorrichtung ist sinnreich, aber sie hat den Uebelstand, daß die Dampfzuströmung nicht sehr rasch unterbrochen wird, besonders dann, wenn man stark expandiren lassen will; überdieß kann man nicht weiter als bis ungefähr zu 4/5 des Kolbenlaufes expandiren lassen, d.h. man muß absperren wenn der Kolben 1/5 seines Weges gemacht hat; um dieß zu erzielen, ist es nothwendig dem Excentricum für den Vertheilungsschieber einen Vorlauf von 45° zu geben.

2) Abänderung an dem Systeme von Woolf. Nachdem die Erfinder eine große Anzahl von Woolf'schen Maschinen mit nebeneinander liegenden Cylindern erbaut hatten, suchten sie dieselben dadurch zu vereinfachen, daß sie die Ausführung des Gusses und die Zusammenstellung der Maschine weniger schwierig machten und einen großen Theil des sonst verwendeten Materials ersparten. Das System von Woolf erfordert die Anwendung eines Balanciers; ihr System erfordert dagegen, daß die Kraft direct übertragen werde.

Die Hauptachse liegt oberhalb der Maschine und wird von zwei Tragbalken getragen, deren Enden mit der Mauer verbunden sind, und die außerdem noch durch vier Säulen gestützt werden. Die Kolbenstangen der beiden Cylinder sind mit zwei Krummzapfen verbunden, welche auf die Achsenenden aufgekeilt sind. Das Schwungrad befindet sich mitten auf der Achse und ist mit Zähnen versehen, so daß es zugleich als erstes Triebrad dient.

Der kleine und große Cylinder sind so mit einander verbunden, daß der Dampf vom untern Raum des kleinen Cylinders in den untern Raum des großen Cylinders und umgekehrt gelangt. Die Krummzapfen müssen deßhalb einander gegenüberstehen, so zwar daß sich dieselben wie die Zug- und Kolbenstangen und die Kolben das Gleichgewicht halten. Um den Dampf so vollständig als möglich zu benützen, wäre es gut den beiden Krummzapfen eine symmetrische Lage zu geben; die Erfinder zogen es aber vor, um den Uebergang über die todten Punkte zu erleichtern, den Krummzapfen für den großen Cylinder um 45° zu verdrehen. Die Rechnung zeigt, daß der dadurch entstehende Kraftverlust höchst unbedeutend ist, während der Vortheil einer regelmäßigen Bewegung nicht geläugnet werden kann; man könnte übrigens den durch das Versetzen der Kurbel entstehenden Nachtheil fast gänzlich dadurch vermeiden, daß man den Austritt aus dem kleinen |243| und den Eintritt in den großen Cylinder um ebensoviel vorausgehen ließe, als die Kurbel des großen Cylinders.

Diese Anordnungen gestatten, mit Beibehaltung eines sehr regelmäßigen Ganges, den Durchmesser und das Gewicht des Schwungrades bedeutend zu verringern, so daß ersterer nur 2,60 Met. und letzteres nur 1400 Kilogramme beträgt. Eine gewöhnliche Maschine mit einem Cylinder oder mit zwei gekuppelten Cylindern, würde für ein Schwungrad von diesem Durchmesser ein Gewicht desselben von 7–8000 Kilogr. erfordern, oder für ein Schwungrad von 1400 Kilogr. Gewicht einen Durchmesser desselben von 6 Meter. Durch die Gewichtsreduction wird nicht nur Material für das Schwungrad und seine Lager erspart, sondern wegen seines geringen Durchmessers wird auch ein kleinerer Raum zum Aufstellen der Maschine erforderlich, und es kann das Schwungrad auch gleich als Zahnrad benutzt werden. Diese Vortheile sind unter gewöhnlichen Umständen gar nicht, oder doch nicht leicht zu erreichen.

Bei den doppelten Maschinen welche durch Kuppelung von zwei besonderen Maschinen entstehen, wie diejenige welche die Erfinder für die Marine zu bauen vorschlagen, werden die Krummzapfen einander genau gegenübergestellt. Bei dem Dampfboote le Maréchal de Villars wirken die beiden Kolbenstangen auf eine und dieselbe Kurbel und folglich liegen die beiden Cylinderachsen rechtwinkelig gegen einander, was dasselbe ist, als wenn die Kurbel des großen Cylinders um 90° verdreht wäre und der Kolben selbst einen halben Hub vorauseilte. In diesem Fall wird der große Cylinder eine Art Maschine um das Vacuum herzustellen. Obgleich diese durch die Umstände gebotene Anordnung unvortheilhaft ist, so ist doch nicht zu läugnen, daß die durch ein gegebenes Gewicht Dampfs hervorgebrachte Arbeit viel größer seyn muß, als wenn der Dampf aus dem kleinen Cylinder direct in den Condensator überginge.

Ich wandte den Dampfdruck-Indicator bei der in Lille aufgestellten Maschine an, und ich konnte alle Umstände der Dampfvertheilung beobachten. Leider hatte ich jedoch nur einen Indicator, so daß ich die Beobachtung nicht an beiden Cylindern zugleich machen konnte. Fig. 15 und 16 sind die bei den Versuchen erhaltenen Diagramme. Aus denselben geht hervor, daß die Maschine in Bezug auf Zulassung und Absperrung des Dampfs in beiden Cylindern sehr gut regulirt ist, und daß in den Hauptmomenten der Vertheilung ein gehöriges Voreilen der Schieber stattfindet, um den Ein- und Austritt des Dampfes zu erleichtern. Es wäre übrigens gut, wie ich bereits bemerkte, wenn der |244| Dampf aus dem kleinen Cylinder schon früher ausgelassen würde, um die durch das Voreilen des großen Kolbens verlorene Zeit zum Theil wieder einzubringen.

Die Betrachtung der Diagramme zeigt uns ferner daß der Dampfdruck nicht gleichmäßig ist; derselbe fängt an abzunehmen, ehe der Dampf abgesperrt wird.

Ich konnte mir von den Gründen dieser Anomalie nicht vollkommen Rechenschaft geben, die auch dann eintritt, wenn man den doppelten Expansionsschieber durch einen einfachen ersetzt, welcher durch Voreilen und Ueberdeckung expandirt, und auch dann, wenn man das Spiel des Regulators unterbricht; man sehe Fig. 17. Ich konnte nur einen nahezu constanten Druck in dem Cylinder erhalten, wenn ich durch Ueberlastung des Zaumes die Geschwindigkeit der Maschine auf 20 Umdrehungen herabbrachte; man sehe Fig. 18.

Wenn die Hahnen ganz offen sind, muß der veränderte Dampfdruck der großen Oberfläche der Röhren zugeschrieben werden, und wahrscheinlich auch einem zufälligen Hindernisse, welchem der Dampf beim Durchgange durch dieselben begegnet. Ich bemerke diese Thatsache, um darauf aufmerksam zu machen, daß, wenn dieser Fehler, welchen man bei genauerer Untersuchung wohl auffinden wird, verbessert würde, die Maschine wirklich mehr leisten und der Brennmaterialverbrauch noch geringer werden würde.

Die Betrachtung der Diagramme enthüllt uns eine sehr wichtige Thatsache, welche übrigens vorauszusehen war, nämlich die Condensirung des Dampfes beim Eintritt in den großen Cylinder. Der Druck des Dampfes ist, wenn das Gleichgewicht hergestellt ist, viel geringer, als er nach seinem neuangenommenen Volumen seyn sollte, und beträgt ungefähr nur die Hälfte von demjenigen, welchen er nach dem Mariotte'schen Gesetze, selbst wenn alle freien Räume mit in Rechnung gebracht werden, haben soll. Gegen das Ende der Bewegung des großen Kolbens ist hingegen der wirkliche Druck fast ganz so groß, wie ihn das Gesetz des umgekehrten Verhältnisses der Volume ergibt. Es findet also in dem Augenblicke, wo der Dampf in den großen Cylinder einströmt, Condensation statt, und Verdampfung während der Expansion, welche durch die allmähliche Vergrößerung des Raumes bei der entgegengesetzten Richtung der Kolben entsteht; diese Condensation wird durch den fehlenden Mantel am großen Cylinder verursacht.

Die Rechnung ergibt, daß der Kraftverlust in Folge dieser Condensation ungefähr 10 Procent des wirklichen Nutzeffectes beträgt. Es |245| wäre unzweifelhaft von Vortheil, den großen Cylinder einzuhüllen oder ihn mit einem Mantel zu umgeben. Man braucht jedoch nicht Dampf von dem Druck, welchen derselbe im Kessel hat, in diesen Mantel strömen lassen, sondern es wird hinreichen, in demselben Wasser circuliren zu lassen, welches durch die aus dem Ofen abziehende Flamme auf den Siedepunkt erhitzt würde. Auf diese Weise würde der Mantel ein Ofen mit Heißwasser-Heizung.

Die verschiedenen Maschinentheile sind im allgemeinen nicht sehr gut gegen die Abkühlung geschützt.

Ich zweifle nicht, daß wenn man alle oben angegebenen Vorsichtsmaaßregeln ergreifen, die zu großen schädlichen Räume reduciren, und die Dampfvertheilung so reguliren wollte, daß der Dampf gegen das Ende der Bewegung des kleinen Kolbens in den leeren Räumen comprimirt würde, wie dieß Hr. Combes empfiehlt; wenn man ferner den Dampf soviel als möglich von dem mitgerissenen Wasser befreien und die Expansion so einrichten würde, daß sie länger dauerte und der Dampfdruck gleichmäßiger würde, der Kohlenverbrauch nahezu auf ein Kilogr. herabgebracht werden könnte. Ich bezeichne diese verschiedenen Verbesserungen an Einzelnheiten in der Ueberzeugung, daß es hinreichen wird, dieselben den Erfindern anzudeuten, damit sie nützliche Anwendungen davon machen.

Die Anordnung der Maschinen ist in allen den Fällen sehr bequem, wo es sich darum handelt eine ununterbrochene rotirende Bewegung zu erhalten. Dieselben können für die Schifffahrt, für Berkwerke etc. gebraucht werden, und haben noch den Vortheil vor dem Woolf'schen System, daß bei vorkommenden Reparaturen mit leicht anzubringenden Abänderungen die beiden Cylinder gesondert gebraucht werden können.

3) Anordnung des Kessels. Die gewählte Anordnung des Kessels verdient ebenfalls besondere Beachtung; sie gestattet die Oberflächen und die Heizfläche der Siederöhren zu vergrößern, ohne den cylindrischen Theil des Kessels bedeutend größer machen zu müssen. Die große Heizfläche im Verhältniß zur Kraft der Maschine trägt gewiß viel zur Ersparung an Brennmaterial bei; sie beträgt ungefähr 1 1/3 Quadratmeter per Pferdekraft. Dieses Verhältniß ist die unterste Gränze, welche man beim Baue von Dampfmaschinen einhalten sollte; selten jedoch wird dieselbe erreicht. Die HHrn. le Gavrian und Farinaux betrachten sie als Norm, und sicherlich besteht darin ein Vorzug ihrer Apparate vor andern.

Das bei dem Versuche zur Bestimmung des Brennmaterialverbrauches angewandte Heizmaterial war gute englische Steinkohle in |246| Brocken, wie dieselbe auf den Dampfbooten des Canales verbraucht wird. Zieht man annäherungsweise 5 Procent für das von dem Dampf mitgerissene Wasser von dem durch Condensation entstandenen Wasser ab, so bleiben noch 8,06 Kilogr. Wasser, welche mit 1 Kilogr. Steinkohlen verdampft wurden. Die stündliche Verdampfung betrug per Quadratmeter der Heizfläche 7,83 Kilogr., ein Beweis, daß die Verdampfung langsam von statten geht. Die stündlich per Pferdekraft verbrauchte Dampfmenge belief sich auf 10,66 Kilogr., und die von einem Kilogr. Dampf an der Achse abgegebene verfügbare Arbeit war 25,328 Kilogr.

Vergleicht man diese Resultate mit den vorhergehenden, so sieht man, daß, obgleich die Dampferzeugung nichts zu wünschen übrig läßt, doch der Dampf noch nicht ganz den Effect hervorbringt, welchen man erwarten konnte. In dieser Hinsicht entspricht die Maschine der HHrn. le Gavrian und Farinaux noch nicht vollkommen den Bedingungen des Programmes der Société d'Encouragement, welches 30,000 Kilogr. 1 Meter hoch gehoben als den verlangten Nutzeffect von einem Kilogr. Dampf bezeichnet. Von der Ausdauer dieser geschickten Maschinenbaumeister ist aber zu erwarten, daß sie neue Verbesserungen ausfindig machen, durch welche auch in dieser Beziehung vollkommen genügt werden wird. Ihre Maschine verdient in jeder Beziehung allgemeine Beachtung; die Anwendung zweier getrennten Cylinder statt der zwei Woolf'schen gekuppelten Cylinder, ist eine Vereinfachung im Baue der zweicylindrigen Maschinen, und wird sicherlich nützliche Anwendung finden.

Beschreibung einer Dampfmaschine mit zwei getrennten Cylindern, mit direkter Bewegung ohne Balancier, und mit Expansion und Condensation, von den HHrn. le Gavrian und Farinaux.

Ehe wir zur Beschreibung dieser Maschine und der dazu gehörigen Dampfkessel mit ihren Siederöhren übergehen, glauben wir einiges über die von den HHrn le Gavrian und Farinaux erfundene Expansionsvorrichtung (welche sie sich im Jahr 1841 patentiren ließen) sagen zu müssen.

1) Veränderliche Expansionsvorrichtung. Das System der Erfinder besteht a) in der Anordnung einer einzigen Vertheilungs- und Expansionsbüchse, und einer einzigen Stange zur Bewegung des Schiebers und der Schieberplatten. b) In der Construction eines Hauptschiebers, welcher zwei Oeffnungen hat, mit Ansähen versehen ist, |247| und auf dessen verticaler Rückseite zwei ebene Schieberplatten aufgeschliffen sind. c) In der Anwendung einer Stange, welche mit einem rechten und einem linken Gewinde versehen ist, so daß beim Drehen derselben in der einen oder der anderen Richtung die Entfernung der beiden Schieberplatten verändert wird, wovon der Grad der Expansion abhängig ist. d) In der Anwendung eines Regulators, welcher die Stange rechts oder links dreht, um die Schieber einander zu nähern oder von einander zu entfernen und folglich die Expansion während des Ganges der Maschine zu reguliren.

Fig. 1 Tab. V ist eine Ansicht der Maschine von der dem Schwungrade entgegengesetzten Seite. Die übrigen Figuren stellen Details der Expansionsvorrichtung, im größern Maßstabe gezeichnet, dar.

Gleiche Buchstaben bezeichnen in den verschiedenen Ansichten denselben Gegenstand.

In dem Dampfcylinder A, welcher durch einen Deckel geschlossen ist, bewegt sich der Kolben, der durch die Stange G und das Parallelogramm z, z den Balancier I in Bewegung setzt. Durch den Krummzapfen K auf der Schwungradachse und die Bläuelstange J wird die Bewegung des Balanciers in eine kreisförmige verwandelt.

Mechanismus der Dampfvertheilung. Dieselbe geschieht in Folge einer ununterbrochenen hin- und wiedergehenden Bewegung, welche durch eine Kurbel oder durch ein Excentricum von der Schwungradachse abgeleitet wird.

Der Schieber, in welchem Oeffnungen zum Einführen des Dampfes angebracht sind, ist mit beweglichen Stücken bedeckt, die bei verschiedenen Stellungen des Kolbens den Dampf absperren können, je nachdem die Schieberstange rechts oder links gedreht wird. – Die sich drehende Schwungradachse setzt auch den Centrifugalregulator T und die Achse R in Bewegung, von welcher der Dampfschieber abhängig ist. An dem Ende der Achse R ist eine Scheibe oder Platte d befestigt, die einen Krummzapfenfinger e trägt, welcher den Rahmen f und folglich die Schieberstange i hin- und herbewegt. Der Pfeil in Fig. 2 zeigt die Richtung an, in welcher sich die Scheibe d dreht.

D ist ein oben in der Dampfbüchse C angebrachter Canal; E ein unten in derselben Dampfbüchse angebrachter Canal und F der Dampfabzugscanal.

Fig. 2 ist ein verticaler und Fig. 3 ein horizontaler Durchschnitt des Cylinders.

Die Fig. 4, 5, 6 und 7 stellen Durchschnitte der Dampfbüchse in vergrößertem Maßstabe dar. In Fig. 2 beginnt der Kolben seine aufwärtsgehende |248| Bewegung; man sieht daß der Dampf durch die kleine Oeffnung o im Schieber eintritt, und durch den Canal E unter den Kolben H gelangt.

In Fig. 4 ist die Stellung die nämliche, wie in Fig. 2. Fig. 5 zeigt die Stellung der Schieber, wenn der Kolben seine halbe Bewegung aufwärts gemacht hat; die Oeffnung, durch welche der Dampf einströmt, ist alsdann durch den kleinen Schieber r bedeckt, und der Kolben bewegt sich dann nur durch die Expansion des Dampfes vorwärts.

In Fig. 6 sieht man die Lage der Schieber, wenn der Kolben anfängt aufwärts zu gehen; der Dampf tritt dabei in den oberen Cylinderraum. Fig. 7 endlich zeigt die Lage der Schieber, wenn der Kolben seine Bewegung abwärts zur Hälfte gemacht hat; der Zutritt des Dampfes ist unterbrochen, und er wirkt daher in dem Cylinder durch Expansion.

Fig. 812 sind Details der Schieber.

Fig. 8 ist der Hauptschieber n von unten gesehen, d.h. von der Seite, mit welcher er auf den gehobelten Theil der Dampfbüchse aufgeschliffen ist. In Fig. 9 ist die Stange i besonders abgebildet; sie ist von Stahl und mit einem rechten und einem linken Gewinde versehen.

Fig. 10 zeigt die kleinen Schieberplatten im Durchschnitte, und Fig. 12 wie sie auf dem Hauptschieber liegen.

Da die Stange in dem Querstücke k Fig. 1 durch Muttern und Stellmuttern gehalten wird, so kann man sie rechts oder links drehen, ohne ihre Länge zu ändern; dreht man sie rechts, so entfernen sich die Muttern s von den Ansätzen t an der Stange, und mit ihnen die kleinen Schieber r, welche dann die Oeffnungen o in dem Hauptschieber verdecken. Dreht man die Stange links, so tritt der umgekehrte Fall ein, die kleinen Schieber nähern sich nämlich den Ansätzen, und der Dampf kann längere Zeit in den Cylinder einströmen.

Die Drehung der Stange i wird durch den Regulator bewirkt. Zu diesem Zwecke liegt auf derselben eine kleine Clavette, die leicht durch eine Nuth geht, welche in der Nabe des kleinen Rades k angebracht ist, so daß sich die Stange vertical bewegen und doch dabei eine Drehung rechts oder links von dem Rade k annehmen kann.

Das Rad u, welches mit dem kleinen Rade k im Eingriffe ist, erhält von dem Regulator aus durch die Achsen S und U eine Drehung rechts oder links, je nachdem die Maschine ihre Geschwindigkeit |249| in Folge größerer oder kleinerer Belastung ändert; dieß geschieht auf folgende Weise:

Vermehrt sich die Geschwindigkeit der Maschine, so entfernen sich die Schwungkugeln von einander und nehmen die in Fig. 1 angegebene Lage an; hiedurch wird das Ende des Regulators, das mit zwei conischen Rädern v, v' versehen ist, abwärts bewegt; das obere greift dann in das Rad x auf der Achse U, und die Rotation, welche diese Achse annimmt, pflanzt sich bis zur Schieberstange fort.

Nimmt die Geschwindigkeit der Maschine ab, so nähern sich die Kugeln des Regulators, das obere Rad v' wird frei und die Achse U steht still. Vermindert sich aber die Geschwindigkeit der Maschine noch mehr, so nähern sich die Kugeln auch noch weiter, und das Regulatorende steigt in die Höhe. Sobald das untere Rad v in x eingreift, dreht sich die Achse U in entgegengesetzter Richtung. Die Achse U steht endlich wieder stille, sobald weder das eine noch das andere der Winkelräder v, v' in das Rad x eingreift.

Beschreibung der einzelnen Theile. – A Dampfcylinder, auf vier Säulen B, B ruhend. C Dampfbüchse, in welcher die Canäle angebracht sind, die den Dampf über und unter den Kolben leiten, und in welcher sich auch der Dampfabzugscanal befindet. D Verbindungscanal zwischen der Dampfbüchse und dem obern Cylinderraum. E Dampfcanal welcher unter den Kolben führt. F Austrittsöffnung für den Dampf. G Kolbenstange. H Kolben. I Balancier. J Bläuelstange. K Krummzapfen. L Schwungradachse. M Platte mit Schwungradlager, welche fest auf das gemauerte Fundament aufgeschraubt ist. N Schwungrad. O gußeiserner Tragbalken, dessen Enden in der Mauer befestigt sind, und auf welchem die gußeisernen Balancierlager P ruhen. Q cannelirte Säule zum Stützen des Tragbalkens. R Achse, durch welche die Dampfvertheilungsschieber bewegt werden. S kleine verticale Achse auf dem Deckel der Dampfbüchse. T Centrifugalregulator. U Achse, welche sich rechts und links dreht und ihre Bewegung der Schieberstange mittheilt. V, V Hängelager dieser Achse. X Dampfhahn. Y Dampfabzugsröhre. Z Speisepumpe.

a Bodenplatte des Cylinders A. b, Fig. 2, Canal in derselben, durch welchen der Dampf unter den Kolben kommt. c, c zwei Winkelräder, von denen das eine auf der Schwungradachse, das andere auf der Achse R fest ist. d Scheibe, welche auf das andere Achsenrad aufgekeilt ist und einen Finger e trägt, der eine excentrische Bewegung macht und den Schieber aufwärts und abwärts bewegt. f Rahmen, |250| in welchem der Finger e gleitet; er ist an der Schieberstange befestigt und verwandelt die excentrische Bewegung von e in eine gradlinige, auf- und abwärtsgehende. g, g Stangen, welche die Querstücke h, h verbinden, von denen das obere mit der Schieberstange i vereinigt ist, die in der Dampfbüchse ein rechtes und linkes Gewinde hat. j Lager auf dem Deckel der Dampfbüchse: auf demselben liegt ein kleines Rad k auf, dessen ausgebohrte Nabe eine Nuth hat, durch welche eine Clavette an der Schieberstange geht; diese Clavette verbindet das Rad k so mit der Schieberstange, daß diese eine Drehung rechts oder links von demselben annehmen muß, während sie sich doch auf- und abwärts bewegen kann. l Röhre, durch welche der Dampf in die Dampfbüchse gelangt. m Wölbung auf der Dampfbüchse. n Hauptschieber, welcher den Dampf bald unter, bald über den Kolben leitet. o kleine Oeffnungen in dem Schieber n, durch welche der Dampf geht, um in den Cylinder zu kommen. p Vorsprünge, die an dem Schieber n angegossen sind; die Ansätze an der Stange i erfassen dieselben und bewegen so den Schieber, um die Oeffnungen o über die Canäle zu bringen, die in den obern und untern Cylinderraum führen. r kleine Schieberplatten, durch welche die Oeffnungen o des großen Schiebers zu bestimmten Zeiten verdeckt werden. s, s Schraubenmuttern, von denen die eine mit einem rechten, die andere mit einem linken Gewinde versehen ist; man sieht sie in Fig. 9 und 11 auf die kleinen Schieber aufgeschoben, so daß diese mit denselben bewegt werden. t, t Ansätze an der Stange i; sie befinden sich zwischen den beiden mit Gewinde versehenen Theilen derselben; ihre Entfernung ist so, daß die Stange beim Auf- und Abwärtsgehen den großen Schieber nur dann bewegt, wenn die Ansätze an die Vorsprünge p sich anlegen. u Rad, welches in das kleine Rad k auf die Dampfbüchse eingreift. v, v' Winkelräder, welche auf einer Hülse befestigt sind, die oben auf die Regulatorachse aufgesteckt ist. x Winkelrad auf der Achse U, das bald von dem einen, bald von dem andern der vorhergehenden Räder bewegt wird. y, y' Winkelräder, von denen das eine auf dem Ende der Achse U fest ist, während sich das andere auf der Achse S befindet. z, z Parallelogramm zur Führung der Kolbenstange.

2) Maschine mit zwei Cylindern. Es ist bekannt daß bei den mit Balancier versehenen Mitteldruckmaschinen von Woolf die beiden gekuppelten Cylinder in einem und demselben Mantel liegen. Die HHrn. le Gavrian und Farinaux setzten den kleinen Cylinder unter das eine, und den großen unter das andere Ende der Schwungradachse, |251| und theilten die Bewegung der beiden Kolben direct der Schwungradachse mit und zwar ohne Parallelogramm und Balancier. Sie verbanden nämlich den obern Theil der Kolbenstangen mit Zugstangen, welche an die Finger von zwei auf die Achse aufgekeilten Krummzapfen angehängt sind; diese Krummzapfen stehen so gegen einander, daß wenn sich der eine oben befindet, der andere sich unten befindet.

Fig. 13 ist eine Ansicht einer Maschine mit zwei getrennten Cylindern, die für Mitteldruck, Expansion und Condensation bestimmt ist.

Fig. 14 ist ein verticaler Durchschnitt durch die Achse der Maschine. Aus demselben ist die Lage des großen und kleinen Cylinders, ihrer Dampfschieber und der Speisepumpen zu ersehen.

Die Maschine besteht aus zwei parallelen und getrennten Cylindern, von denen der kleinere A den Dampf direct von dem Kessel erhält, während in den größern B nur der Dampf strömt, welcher im kleinen Cylinder gearbeitet hat, um noch seine ganze Expansivkraft abzugeben. Der kleine Cylinder ist mit einem gußeisernen Mantel C umgeben; er steht mit dem größern durch eine Röhre a in Verbindung. Der Cylinder B bekommt ebenfalls einen Mantel, welcher mit demselben aus einem Stücke gegossen seyn kann, oder auch nicht.

Der Dampf dringt zuerst in die Dampfbüchse a' des kleinen Cylinders, und gelangt bald über, bald unter den Kolben D, je nachdem der Schieber b' die obere oder untere Oeffnung freiläßt. Nachdem der Dampf im kleinen Cylinder gearbeitet hat, geht er in die zweite Dampfbüchse c über, in welcher die Vertheilung für den größern Cylinder erfolgt. Da der Inhalt dieses letztern viermal so groß als der Inhalt des kleineren Cylinders ist, so nimmt auch der Dampf im großen Cylinder ein Volumen an, das viermal so groß als sein früheres ist; er wirkt also auf den Kolben E durch Expansion. Die Vertheilungsschieber b, b' der beiden Cylinder mit den sie bewegenden Excentriken sind so gestellt, daß, wenn der erste die obere Mündung öffnet, um den Dampf über den Kolben D zu lassen, der zweite von der untern Oeffnung weggeht, um den Dampf aus dem kleinen Cylinder unter den Kolben E des großen zu leiten, und umgekehrt.

Die Kolbenstangen sind vertical und geradlinig durch Leitungen wie bei den direct wirkenden Maschinen geführt. An dieselben sind die schmiedeisernen Zugstangen F, F' angehängt, deren obere Enden mit den Warzen d, d' der Krummzapfen G, G in Verbindung sind, welche auf der Treibachse H stecken. Auf letztere wird so die Wirkung beider Kolben |252| D und E ohne Hülfe eines Balanciers oder eines Parallelogrammes übergetragen.

Die Dampfcylinder ruhen auf den Fundamentplatten L, die zugleich die Säulen M, M tragen, auf welchen die gußeisernen Tragbalken N liegen, mit denen die Lager der Hauptachse verbunden sind. Auf diese Hauptachse sind die zwei Excentrica O, O' aufgekeilt, von denen das eine die Luftpumpe P direct in Bewegung setzt, welche auf dem Condensator steht, der den Dampf aus dem großen Cylinder aufnimmt; das andere dagegen die Speisepumpe Q, welche einen Theil des Condensationswassers dem Kessel wieder zuführt.

Die Abzugsröhre e, welche von dem großen Cylinder ausgeht und zum Condensator führt, geht durch einen Vorwärmer R, der aus mehreren kleinen Röhren besteht und in welchem das Wasser, ehe es zur Speisepumpe gelangt, vorgewärmt werden soll. S ist ein großes Zahnrad, das zugleich als Schwungrad dient; in dasselbe läßt man ein Rad eingreifen, durch welches die Bewegung fortgepflanzt werden soll. T, T' sind Stangen, durch welche die Schieber bewegt werden. U, U' Excentrica auf der Achse H, mit welchen die Stangen in Verbindung sind.

3) Kessel. Die Erfinder haben den Uebelstand, daß der Dampf eine gewisse Menge Wasser mit sich reißt, dadurch größtentheils gehoben, daß sie den Dampf auf den erforderlichen Grad erhitzen (ihn trocknen) und zwar ohne ihn so heiß zu machen, daß die Verpackungen in den Stopfbüchsen verbrennen; auch haben sie die sonst verloren gehende Wärme benützt um das Speisewasser zu erwärmen.

Ihr Kesselsystem ist von den jetzt gebräuchlichen verschieden; es besteht nämlich aus zwei bis drei Reihen von Siederöhren mit großem Durchmesser, die unter dem Cylinder liegen welcher den Hauptkörper des Kessels bildet. Diese Anordnung hat den Vortheil, eine sehr große Fläche direct der strahlenden Wärme des Ofens auszusetzen, und folglich eine große Menge Wasser mit einer gegebenen Menge Brennmaterial zu verdampfen.

Die Siederöhren und der Kessel können leicht gereinigt werden; man kann sie sehr schnell abnehmen und wieder an Ort und Stelle bringen, wenn sie eine Reparatur erfordern.

Fig. 19 ist ein Längendurchschnitt des Kessels mit den Siederöhren und des Ofens.

Fig. 20 ist ein verticaler Querdurchschnitt mitten durch den Rost.

Unmittelbar über dem Roste A sind in dem Ofen B zwei Reihen dicker horizontalliegender Siederöhren c angebracht, deren Anzahl sich |253| natürlich nach der Menge des zu erzeugenden Dampfes oder der Größe der zu speisenden Maschine richtet; in vorliegendem Fall sind ihrer acht angebracht. Die Flamme und die Verbrennungsproducte der auf dem Rost befindlichen Kohlen umgeben die ganze Oberfläche der Siederöhren und bestreichen sie ihrer ganzen Länge nach. Zu diesem Zweck ist der Rost sehr breit; aber er hat immer nur eine Oberfläche welche mit der Heizfläche in einem gewissen Verhältniß steht.

Die Siederöhren stehen mit dem Hauptkessel D in Verbindung, welcher ebenfalls ringsum und dem größten Theile seiner Länge nach von der Flamme, dem Rauch und den Gasen bespült wird, die von ihm in den Kamin abziehen.

Die Siederöhren sind vollständig mit Wasser gefüllt; der Kessel selbst aber nur zur Hälfte; um den Dampfraum des Kessels zu vergrößern, bringt man auf demselben noch eines oder zwei cylindrische Reservoirs E an, durch welche der Maschine nur trockener und nicht mit Wasser vermischter Dampf zugeführt wird.

Gemauerte Gewölbe F, welche in gewissen Entfernungen durch kleine gußeiserne Träger gestützt werden, die selbst auf den oberen Siederöhren aufruhen, umgeben diese Siederöhren wie Reverberiröfen; auch sie sind wie die unteren Röhren von der Flamme und heißen Luft umgeben, so daß sie eine große Menge Dampf erzeugen, der ungehindert in den Kessel treten kann.

Fünf Oeffnungen bringen den Grund des Ofens mit einem höherliegenden Canale hinter dem Kessel in Verbindung, und vier kleine Oeffnungen stellen die Verbindung dieses letzteren mit dem Canale her in welchem der Vorwärmer für das Speisewasser liegt.

c, c sind drei Oeffnungen, durch welche die Luft in den Kamin abziehen kann; bevor sie in denselben gelangt, muß sie jedoch unter dem Register d hindurch.

e Röhre, durch welche die Speisepumpe das Wasser liefert.

f Röhre, durch welche der Vorwärmer mit dem Kessel in Verbindung ist.

g Sicherheitsventil, von dessen Gehäuse aus der Dampf durch die Röhre b in das Reservoir oder die Glocke E geleitet wird. Die Dampfröhre i reicht bis zu einem Decimeter Entfernung auf den Boden der Glocke hinab. Eine andere Röhe a führt vom Boden der Glocke zum Grunde des Kessels und bringt das Wasser zurück, welches der Dampf mitgerissen hat. k Vorwärmer zum Erhitzen des Speisewassers. Die Glocke E hat oben einen Hahn, an welchen sich die Dampfröhre l anschließt, die zur Maschine führt.

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Für große Maschinen, z.B. für 100 Pferdekräfte und darüber, ist der Kessel selbst in zwei Theile getheilt, so daß zwei getrennte und von einander unabhängige Apparate entstehen. Eine gußeiserne, mit Rippen versehene Scheidewand, welche in der Mitte angebracht ist, trennt die beiden Kammern, die an diese Scheidewand angenietet oder angeschraubt sind. Die Hälfte der Siederöhren steht dann mit der einen Kammer, die andere Hälfte mit der andern Kammer in Verbindung. Ofen und Rost sind durch eine gemauerte Scheidewand ebenfalls in zwei Abtheilungen getheilt.

Nachtrag.

Nach einem späteren Berichte, welchen Hr. le Chatelier über neuere Versuche mit derselben Dampfmaschine der HHrn. le Gavrian und Farinaux erstattete, erwiesen sich die Leistungen der Maschine noch bedeutend besser. Die Erbauer hatten nämlich um eine zweite Untersuchung ihrer Dampfmaschine gebeten, nachdem sie mehrere im ersten Berichte vorgeschlagene Abänderungen angebracht hatten. So wurde z.B. der auf der Zeichnung befindliche Vorwärmer für das Speisewasser und die Vorrichtung zum Trennen des mitgerissenen Wassers von dem Dampfe, erst nach den im ersten Berichte beschriebenen Versuchen angewandt. Ferner waren, als die Maschine zum zweitenmale untersucht wurde, hölzerne Mäntel um beide Cylinder gelegt, um die Abkühlung zu vermeiden; auch das Condensationswasser, welches sich im eisernen Mantel des kleinen Cylinders sammelte, wurde in den Kessel zurückgeführt. Die Kurbeln wurden statt unter einem Winkel von 45°, um welchen sie früher von der Geraden abwichen, unter 22° aufgekeilt; der Dampfschieber mit veränderlicher Expansion wurde durch einen einfachen ersetzt, welcher nur durch Vorlaufen und Ueberdecken expandirte; die schädlichen Räume im kleinen wie im großen Cylinder wurden verringert etc. Die Versuche, welche 10 Stunden und 5 Minuten dauerten, wurden mit der größten Sorgfalt angestellt, und besonders wurde das Wasser, welches in den Kessel gepumpt wurde, genau gemessen; der Kesselheizer bekam nur 500 Kilogr. englischer Stückkohle u.s.f.

Aus diesen Versuchen ergaben sich nun folgende Data: Die Schwungradachse machte in der Minute 41 Umdrehungen. Die Kolbengeschwindigkeit betrug 1,257 Meter in der Secunde. Die Anzahl der Pferdekräfte, welche von der Achse abgenommen werden konnten, war 39,33. |255| Die per Stunde für die Pferdekraft verbrannte Steinkohle betrug 1,261 Kilogramm. Das für die Pferdekraft stündlich verbrauchte Wasser betrug 7,976 Kilogr. Ein Kilogramm Steinkohlen verdampfte 6,324 Kilogr. Wasser. Durch jedes in der Stunde verdampfte Kilogramm Wasser wurden 33851 Kilogramme einen Meter hoch gehoben. Vergleicht man diese Angaben mit den frühern, so findet man, daß der Wasserverbrauch für die Pferdekraft sich um 25 Proc. verringert hat, während die von einem Kilogramm Wasser erhaltene Arbeit beträchtlich größer wurde, nämlich um 33,6 Proc. An dieser Arbeitsvergrößerung sind vorzüglich zwei Umstände Schuld: das Wasser nämlich, welches früher von dem Dampfe mitgerissen wurde, blieb in dem Kessel, und kam deßhalb nicht mehr als verdampft mit in die Rechnung, während es selbst der Kolbenbewegung nicht mehr hinderlich seyn konnte. Ferner trugen gewiß auch die verkleinerten schädlichen Räume und die Mäntel um die Cylinder zu der Ersparniß bei. Durch Anwendung von zwei Indicatoren auf den beiden Cylindern ergab sich Folgendes:

Textabbildung Bd. 111, S. 255

Der aus der Reibung der Maschine hervorgehende Kraftverlust betrug demnach 12,1 Proc. der rohen Arbeit des Dampfes, und 13,8 Procent der Arbeit, welche die Schwungradachse durch Messen mit dem |256| Zaume abgab. Dieses Resultat ist unter der gewöhnlichen Schätzung der durch die Reibung verlorengehenden Kraft, was große Genauigkeit in der Ausführung und im Aufstellen der Maschine beweist. Das sehr leichte Schwungrad, der unnöthig gewordene Balancier sammt Parallelogramm etc. tragen natürlich ebenfalls zu diesen günstigen Resultaten sehr viel bei.

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