Titel: Randolph, über eine mit comprimirter Luft arbeitende Maschine.
Autor: Randolph, W. C.
Fundstelle: 1857, Band 144, Nr. LXXV. (S. 321–325)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj144/ar144075

LXXV. Ueber die mit comprimirter Luft arbeitende Maschine bei den Govan-Steinkohlenwerken; von Hrn. W. C. Randolph zu Glasgow.

Aus dem Mechanics' Magazine, 1857, Nr. 1748.

Mit einer Abbildung auf Tab. V.

Diese Maschine wurde zu einem besondern Zweck beim Betriebe der Govangrube unweit Glasgow construirt, wozu eine gewöhnliche Dampfmaschine nicht angewendet werden konnte; und obgleich unter andern Umständen eine solche Kraftmaschine nicht ökonomisch wäre, entsprach sie in dem vorliegenden Falle allen Anforderungen.

Der Hauptschacht hat auf 176 Yards Tiefe sechs untereinander liegende Steinkohlenflötze durchsunken, von denen das hangendste 92 Yards unter Tage liegt. Von dem Schachttiefsten aus wurde eine querschlägige Strecke 706 Yards lang ins Feld getrieben und durchfuhr die in dem Verhältniß von etwa 1 : 11 abfallenden Flötze. Von deren Ende ab wurde zur Ausrichtung des dritten Flötzes und zur Vorrichtung der Baue auf demselben ein blinder Schacht abgesunken, welcher gegenwärtig eine Tiefe von 26 Yards erreicht hat.

Nun handelte es sich darum, die Förderung und Wasserhaltung in diesem blinden Schachte betreiben zu können, welcher fast eine halbe engl. Meile von dem Tageschacht entfernt ist. Ein Dampfkessel war daselbst nicht zulässig und vom Tage herein Dampf dorthin zu führen, ging auch nicht an. Die vorgeschlagene Benutzung von Wasserkraft hatte auch ihre Schwierigkeiten, und der Verfasser ging daher auf die Idee des Hrn. David Elder ein, nämlich comprimirte Luft anzuwenden, welche über Tage von einem Dampfmaschinengebläse erzeugt, zu dem blinden Schacht |322| geleitet, dort wie nicht condensirter Dampf benutzt und dann in die Baue ausgelassen würde, um deren Wetterversorgung mit zu bewirken. Dieser Vorschlag wurde angenommen, und die vorliegende Maschine zu dem Ende von den HHrn. Randolph, Elliot und Comp. entworfen und erbaut. Sie ist nun auf dem erwähnten Steinkohlenwerke länger als sechs Jahre im Betriebe gewesen und entspricht ihrem Zweck vollkommen.

Der Hauptschacht enthält eine gewöhnliche Fördermaschine, und eine aus vier Sätzen bestehende Kunst, und dient zum Einziehen der frischen Wetter; er ist 18 Fuß lang, 8 Fuß weit, an der Tageöffnung oval und unten länglich-viereckig. Er geht bis zur Sohle der Grundstrecke, welche 9 Fuß weit, 6 Fuß hoch und durch einen in der Mitte angebrachten Scheider in zwei Theile getheilt ist, um in dem einen die frischen Wetter ein- und durch den andern die Grubenwetter ausführen zu können. Der Wetterschacht hat 7 Fuß im Durchmesser, auf der Sohle einen Wetterofen, und enthält eine Fördermaschine. In einem dazu vorgerichteten Raume an der obern Oeffnung des blinden Schachtes ist die Luftmaschine, zur Bewirkung der Förderung und Wasserhaltung in demselben, aufgestellt. Die comprimirte Luft wird dieser Maschine durch eine 10 Zoll weite gußeiserne Röhre zugeführt, die von einer Dampfmaschine, in der Nähe der Tageöffnung des Hauptschachtes, ausgeht und durch den Hauptschacht und die Hauptstrecke führt.

Diese Compressionsmaschine ist in Fig. 7 im senkrechten Durchschnitt und theilweisen Aufriß dargestellt. Der Dampfcylinder H ist 15 Zoll weit, hat 3 Fuß Kolbenhub und treibt drei verdichtende Luftpumpen I, I, die abwechselnd zu beiden Seiten des Balancierzapfens arbeiten und die Luft dem Reservoir K in der Mitte zuführen, von wo sie in die Hauptröhre F gelangt. Das dem Dampfcylinder entgegengesetzte Ende des Balanciers ist mittelst eines Bleuels mit der Kurbel an der Welle des Schwungrades L verbunden, um die Bewegung auszugleichen. Die Luftpumpen I, I haben 21 Zoll im Durchmesser und einen Kolbenhub von 18 Zoll; die Kolbenstangen gehen durch Stopfbüchsen am Boden der Cylinder, indem dort die Stopfung der Einwirkung der comprimirten Luft nicht ausgesetzt ist. Die Kolbenstangen sind mit Kreuzköpfen verbunden, deren Enden in senkrechten Leitungen gerade geführt werden. Die Luftpumpen sind mit Kugelventilen versehen, jede Pumpe hat drei Sätze derselben und jeder Satz besteht aus 44 messingenen Kugeln von 2 Zoll Durchmesser, die auf drei concentrischen Ringen vertheilt sind. Jede Kugel ist von Gittern umgeben und kann sich 1/2 Zoll heben.

Wegen des hohen Drucks der Luft, welcher bis 30 Pfd. per Quadratzoll beträgt, mußten Vorsichtsmaßregeln getroffen werden, um das |323| Durchdringen durch die Ventile zu verhindern, wozu auf den Kolbenso wie auch auf den Einlaß- und Auslaß-Ventilen stets eine Schicht Wasser unterhalten wird, durch welche alle Luft gehen muß. Zur Herbeischaffung dieses Wassers dient eine kleine Pumpe M von 3 Zoll Durchmesser und 10 Zoll Hub; sie gießt das Wasser in den mittlern Behälter K aus, von wo ab es durch die engen Röhren N, während des Kolbenniederganges, in jede Luftpumpe abfließt; die Menge des einfließenden Wassers wird durch den Hahn O an jeder Röhre regulirt. Das überflüssige Wasser wird bei jedem Kolbenaufgange durch die Ausflußventile in den Centralbehälter K ausgegossen, wodurch jene auch mit Wasser bedeckt erhalten werden. Auf diese Weise wird die comprimirte Luft vollständig ausgedrückt und es entsteht kein Kraftverlust durch Expansion der Luft hinter dem Kolben, zu Anfang des Kolbenniederganges. Der Wasserstand im Centralbehälter wird durch einen gläsernen Wasserstandszeiger an der Seite desselben angegeben. Alles durch die Kolbenventile und den Kolben sickernde Wasser entweicht durch die Ein- und Auslaßventile, und wird durch eine Ueberfallröhre an dem Luftpumpengehäuse abgeführt.

Die Luftpumpencylinder sind mit Messing bekleidet, um jeden Angriff gesäuerten Wassers zu verhindern; dasselbe ist bei den Kolben der Fall, die übrigens keine Liederung haben, sondern nur so genau abgedreht sind, daß sie luft- und wasserdicht in die Cylinder passen. Die Pumpen sind sechs Jahre lang in fast ununterbrochenem Betriebe gewesen und haben fast gar keine Reparaturen erfordert; nur einige Ventilgitter, welche zerbrachen, mußten ausgewechselt werden.

Die gewöhnliche Geschwindigkeit dieser Maschine beträgt ungefähr 25 Umgänge in der Minute mit einem Dampfdruck von 18 Pfd. auf den Quadratzoll, wodurch ein Luftdruck von durchschnittlich 20 Pfd. per Quadratzoll hervorgebracht wird.

Die Luftmaschine am Blindschachte hat einen Cylinder von 10 Zoll Durchmesser und 18 Zoll Hub, und macht ebenfalls etwa 25 Umdrehungen in der Minute. Sie ist eine alte Hochdruckmaschine. Zur Ableitung der beim Comprimiren der Luft erzeugten Wärme dient das Wasser auf den Ventilen der Compressionsmaschine, welches die Wärme absorbirt sobald sie entstand, daher ein Theil des Wassers als Dampf in der Hauptröhre aufsteigt. Derselbe wird in der Röhre condensirt und das dadurch entstandene Wasser von Zeit zu Zeit mittelst eines Hahns in den Sumpf des Schachtes abgelassen.

Der Druck der Luft bei der untern Maschine beträgt nur etwa 1 Pfd. per Quadratzoll weniger, als bei der Compressionsmaschine über Tage. |324| Die Wärmeabsorption beim plötzlichen Austritt der comprimirten Luft bei jedem Kolbenhub der untern Maschine veranlaßt eine so bedeutende Kälte, daß im Winter die Maschine durch Eisbildung im Cylinder und Auslaßventile oft zum Stillstande kommt.

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Den Verhandlungen, welche nach dem Vortrage vorstehenden Aufsatzes im Vereine der mechanischen Ingenieure zu Glasgow in diesem Betreff statt fanden, entnehmen wir das Nachstehende: – Hr. Randolph bemerkte, daß die Temperatur der Luft in der Hauptröhre von 32 bis 60° C. schwanke, was von der Geschwindigkeit des Betriebes der Maschine und der Temperatur der Atmosphäre abhänge. Die drei Ventilsätze seyen behufs größtmöglicher Wirksamkeit der Pumpen angebracht worden.

Hr. Rogers machte darauf aufmerksam, daß die hier beschriebene Art der Kraft- oder Bewegungsmittheilung auch in vielen anderen Fällen sich vortheilhaft anwenden lassen dürfte. Seiner Meinung nach müsse die Temperatur der ausströmenden comprimirten Luft jederzeit unter dem Gefrierpunkte seyn und ihre Verbreitung in die Baue daher eine für die Arbeiter sehr wohlthätige Abkühlung hervorbringen, da die natürliche Temperatur tiefer Steinkohlengruben 27° C. betrage, durch Arbeiter und Pferde aber häufig bis auf 32° C. gesteigert werde.

Hr. Harvey äußerte seine Verwunderung, daß bei einer so langen Röhre, in welcher die verdichtete Luft fortgeleitet werde, der Unterschied des Luftdruckes bei der Compressions- und bei der Verbrauchsmaschine nur 1 oder 2 Pfd. betrage; ein großer Vortheil sey aber in dem vorliegenden Falle dadurch erlangt, daß die Hauptleitungsröhre gleichen Querschnitt mit dem arbeitenden Cylinder habe. Auch sey es jedenfalls ökonomischer, comprimirte Luft in die Grube zu treiben, als Hochdruckdämpfe, weil der Dampfverlust auf einer so großen Entfernung sehr bedeutend sey. Er habe in Fifeshire eine Grube befahren, in welcher die über Tage erzeugten Dämpfe durch den Schacht einer Maschine unter Tage zugeführt werden, um die letztere in Betrieb zu setzen, wozu jedoch Dämpfe von sehr hohem Druck erforderlich seyen.

Hr. Fairbairn bemerkte, daß es sehr wünschenswerth wäre, Versuche über die Temperatur- und Druckdifferenz, sowohl bei Dampf als Luft, welche in einen Schacht eingeführt werden, anzustellen. Er hoffe, Prof. Rankine werde die Sache in die Hand nehmen und den vorliegenden Fall zu Versuchen mit der Luft benutzen. Er habe in Konstantinopel |325| eine Pulvermühle gesehen, die man mit comprimirter Luft betreibt, welche von 300 Yards hergeleitet wird; durch die Reibung in den Röhren verliere die Luft aber bedeutend an Druck, bevor sie die Maschine erreiche.

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