Titel: Ueber Giffard's Dampfstrahlpumpe.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1860, Band 157, Nr. LVII. (S. 245–264)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj157/ar157057

LVII. Ueber Giffard's Dampfstrahlpumpe.

Aus der Zeitschrift des österreichischen Ingenieurvereins, 1860 S. 61.

Mit Abbildungen auf Tab. IV.

Giffard's selbstwirkender Einspritzer, auch Dampfstrahlpumpe genannt, ein Speiseapparat für Dampfkessel, so wie ein Wasserhebemittel im Allgemeinen, hat in neuerer Zeit die Aufmerksamkeit sowohl der gelehrten, als der industriellen Welt auf sich gezogen. Dieses Aufsehen scheint durch die neue, beinahe paradoxe Wirkungsweise des Apparates einerseits, durch dessen praktischen Werth anderseits vollständig gerechtfertigt zu seyn.

Die Dampfstrahlpumpe wurde von H. Giffard in Paris erfunden und von H. Flaud ausgeführt.

Im Frühjahre 1859 hatte der Verfasser Gelegenheit, die in verschiedenen Anstalten zu Paris zur Probe aufgestellten Apparate zu beobachten, und kurz nachher führte die Direction der Staatseisenbahngesellschaft die ersten Dampfstrahlpumpen in Oesterreich ein.

Außer einer Anleitung zur Manipulation des Giffard'schen Apparates, und einer Broschüre von Hrn. Bougère über dessen Vorzüge und Anwendungen, erschien im Monate Juni vorigen Jahres eine theoretische Abhandlung von Hrn. Combes 37) über die so eigenthümliche Wirkungsweise |246| der neuen Pumpe. Seit jener Zeit aber machte die Literatur der Dampfstrahlpumpe keine weiteren Fortschritte, und der Apparat hat sich bereits in der Praxis eingebürgert, ohne die Resultate einer strengen Untersuchung oder einer wissenschaftlichen Paßkarte abzuwarten. Die einzige Mittheilung, welche uns über ausführliche Versuche aus dem Auslande zukam, ist eine englische Flugschrift von J. Robinson (Atlas Works, Manchester), auf welche wir später zurückkommen werden.

Wir glauben daher zur näheren Kenntniß der Leistung des Apparates einen erwünschten Beitrag zu liefern, wenn wir die Resultate mittheilen, welche sich aus zahlreichen, auf Veranlassung der General-Direction der österreichischen Staatseisenbahngesellschaft in Wien vorgenommenen Versuchen ergaben.

Wie schon aus der Benennung hervorgeht, beruht der Vorgang auf der Wirkung eines Dampfstrahles, welcher zuerst einen luftverdünnten Raum erzeugt, sodann vom gesaugten Wasser ringförmig umgeben und condensirt wird, und diesem Wasser jene Geschwindigkeit mittheilt, deren es bedarf, um den Gegendruck (Kesseldruck oder Wassersäule) zu überwinden.

Ein Apparat für einen Kessel von 200 Pferdekräften ist auf Tab. IV dargestellt. Fig. 1 ist ein Längenschnitt durch die Achsenlinie, Fig. 2 eine Seitenansicht, Fig. 3 eine Ansicht von Vorne, Fig. 4 ein cotirtes Detail der wichtigsten Theile, nämlich der Dampf- und Wassermündungen und des engsten Querschnittes im Druckrohre.

Der Apparat besteht hauptsächlich aus einem Dampf- und einem Wasserzuleitungsrohre, ferner aus einem mittlern Raume, wo die Condensation und zugleich die Geschwindigkeitsübertragung vom Dampf auf das Wasser vor sich geht, endlich aus einem Druckrohre sammt Ventilkopfe.

Der Dampf wird durch das Rohr A (Fig. 1) vom Kessel hergeleitet, dringt durch die kleinen Löcher o in den innern Körper B, und strömt durch die Mündung b aus demselben heraus. Die Mündung b ist durch ein kleines kegelförmiges Schraubenventil c, c zu verschließen, welches durch die Kurbel a gehandhabt wird.

Das Wasser wird durch das Rohr C aus einem Behälter hergeleitet, oder auch nach Umständen gesaugt; da sich der innere Körper B durch Umdrehung der Kurbel d in der Stopfbüchse e verschieben läßt, so kann der ringförmige Wasserzufluß f, f nach Bedürfniß regulirt werden.

Ferner strömt das Wasser mit dem bereits condensirten Dampfe aus der Mündung g durch die freie Luft, so daß der Strahl durch die Lichtöffnungen h, h gesehen werden kann. Diese Oeffnungen können mittelst eines verschiebbaren Ringes K (Fig. 2) bedeckt werden. Der Strahl dringt |247| nun in das Druckrohr D, wo er im Halse i den engsten Querschnitt erreicht; dann erweitert er sich, verliert somit allmählich seine große Geschwindigkeit, hebt das Ventil L, welches während der ganzen Dauer der Speisung nie auf seinen Sitz zurückfällt, und fließt in einem continuirlichen Strome durch das Rohr E in den Kessel. F ist ein Ablaßrohr, welches dem Wasser, das beim Anlassen oder bei etwaigen Störungen nicht in den Kessel dringt, einen Abfluß gestattet.

Der Apparat wird folgenderweise in Gang gebracht.

Nachdem der Wasserregulator in die gehörige Stellung gebracht worden, wird das kleine Schraubenventil c etwas gelüftet, so zwar, daß nur ein schwacher Dampfstrom entweicht, welcher die Luft mit sich fortreißend einen luftverdünnten Raum über dem Wasserspiegel im Rohre C erzeugt und somit das Saugen veranlaßt. Sobald das gesaugte Wasser bis zur Dampfmündung gestiegen ist, wird letztere durch rasches Umdrehen der Kurbel a vollständig frei gemacht und ferner unberührt gelassen. Bei gutem Gange soll weder Wasser seitwärts spritzen oder unten ablaufen, noch soll Dampf den freien Strahl umwölken; beiderlei Erscheinungen sind Uebelstände, welche die Unterbrechung der Speisung bewirken können.

Dem Rückströmen und Seitwärtsspritzen des Speisewassers kann leicht durch allmähliches Schließen des Wasserregulators abgeholfen werden. Nimmt aber der Dampf überhand, so muß schnell abgesperrt und bei vergrößertem Wasserzufluß von Neuem angelassen werden. Es ist übrigens wohl zu bemerken, daß solche Störungen niemals als willkürliche oder, unvermeidliche zu bezeichnen sind, sondern stets von unverständiger Manipulation herrühren.

Das Absperren wird einfach durch rasches Schließen des großen Dampfwechsels erzielt. Es ist nicht rathsam, das innere Dampfventil c zum Absperren zu benützen, indem durch gewaltsames Hineindrücken desselben in seinen conischen Sitz eine schädliche Abnützung entsteht. Außerdem darf der große Dampfwechsel nicht stets offen bleiben, damit die Liederung r, r, welche Dampf und Wasser trennt, nicht zu rasch durch beständige Berührung mit dem Dampfe verbrannt werde.

Kehren wir zu den Versuchen zurück, deren Programm folgende fünf Punkte betraf:

1) Wie groß ist die Wassermenge, welche durch die Dampfstrahlpumpe gepumpt wird, und durch welche Umstände wird dieselbe bedingt?

2) Innerhalb welcher Grenzen ist das Vorwärmen gestattet?

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3) Innerhalb welcher Grenzen der Dampfspannung ist der Apparat verwendbar, und wie groß ist der Gegendruck, welchen der Wasserstrahl nach Umständen zu überwinden im Stande ist?

4) In welchem Verhältnisse steht die verbrauchte Dampfmenge zur gepumpten Wassermenge und wie viel beträgt der stündliche Dampfverbrauch bei verschiedenen Werthen des Kesseldruckes?

5) Wie verhält sich die Leistung des neuen Apparates zu derjenigen der gewöhnlichen Dampfpumpen?

Der Beantwortung dieser fünf Fragen sey eine kurze Beschreibung der angestellten Versuche vorausgeschickt. Die hiezu verwendeten Apparate waren von der stärksten Gattung (Nr. 10) für Kessel von 200 Pferdekräften, folglich für die stärksten Locomotivkessel genügend.

Sie waren an den Maschinen Raab und Pápa angebracht, welche auf der Wien-Neuszönyer Linie gemischte Züge von 5000 Ctr. Belastung mit circa, vier Meilen Geschwindigkeit befördern.

Seit vier Monaten wird die Speisung beider Maschinen anstandslos durch die alleinige Dampfstrahlpumpe bewirkt, indem die alten Pumpen abgenommen oder verschraubt wurden. Unter gewöhnlichen Umständen ist die Pumpe während 1/3 der ganzen Fahrzeit im Gange.

Die genaueren Versuche wurden am Wiener Bahnhofe vorgenommen, und zwar zerfallen selbe in zwei Reihen, indem sie entweder Kesselspeisung oder die Speisung in ein offenes Gefäß betreffen.

Die erste Reihe mußte selbstverständlich auf eine möglichst geringe Anzahl beschränkt werden, da der Kessel dabei bedeutend zu leiden hatte. Da ferner das Kesselwasser vom tiefsten bis zum höchsten Stande in Zeit von vier bis höchstens acht Minuten gehoben wurde, so eignete sich die Kesselspeisung nicht zur Ermittelung genauer Werthe, welche länger fortgesetzte Versuche voraussetzt. Man fand sich daher bestimmt, die Verbindung zwischen Kessel und Druckrohr zu unterbrechen, und das gepumpte Wasser durch einen Schlauch in einen Bottich oder in einen zweiten Tender zu leiten, wo dasselbe gemessen oder abgewogen und dessen Temperatur ermittelt werden konnte.

Man wurde jedoch sehr bald gewahr, daß die Speisung ohne Gegendruck viel reichlicher war, als jene bei Ueberwindung des Kesseldruckes. Um einen entsprechenden Widerstand künstlich zu erzeugen, wurde eine in Fig. 5 skizzirte Vorrichtung zur Ventilbelastung am Ventilkopfe angebracht. Diese Vorrichtung diente dann auch bei Kesselspeisungen zur Ermittelung der Uebermacht des Wasserstrahles im Vergleich zum Kesseldrucke. Zur Controle der Ventilbelastung, sowie auch zur directen Messung des durch den Wasserstrahl auf das geschlossene Ventil ausgeübten Stoßes wurde |249| der Manometer A (Fig. 5) angebracht, welcher durch ein dünnes Kupferrohr mit dem Druckrohre verbunden war. Da der gewaltsame Stoß die hier angebrachten Manometer augenblicklich dienstesunfähig machte, so mußte der Wechsel D eingeschaltet werden, welcher leise geöffnet und vor dem Absperren des Apparates geschlossen wurde.

Es wurde auch versucht, den Stoß des Wasserstrahles direct an jener Stelle zu messen, wo derselbe durch die freie Luft strömt; man hielt zu diesem Zwecke eine enge Manometerröhre in den Strahl, allein die Resultate waren nur approximativ, indem der Zeiger des Manometers heftig zitterte; im Allgemeinen stimmten diese Angaben mit denjenigen des hintern Manometers. Die aus sämmtlichen Versuchen gewonnenen Resultate sind in drei im Anhange, folgenden Tabellen zusammengestellt.

Tabelle I enthält vier Serien von Versuchen. Die drei ersten Serien betreffen Speisungen ins Freie mit oder ohne Belastung des Ventils.

Die Versuche der Serie I wurden sämmtlich bei constanter Stellung des Wasserregulators vorgenommen. Die in Serie II enthaltenen bezweckten insbesondere die Ermittelung der größten und kleinsten Wassermengen, welche unter bestimmten Dampfspannungen durch Reguliren des Wasserzuflusses gepumpt werden können.

Die Versuche der Serie III dienten zur Bestimmung des Dampfverbrauches durch directe Messung des verdampften Wasserquantums, weßhalb auch diese Versuche längere Zeit dauerten, und in mehrere Abtheilungen zerfallen.

Schließlich bietet die Serie IV die maßgebendsten Resultate in Bezug auf wirkliche Kesselspeisung.

Die Tabellen II und III enthalten die größten Ventilbelastungen, welche bei den Versuchen der Tabelle I zulässig waren; so wie auch die Angaben des hintern Manometers.

Zur leichteren Uebersicht wurden die gespeisten Wassermengen, so wie der Dampfverbrauch auf die Zeitdauer einer Stunde zurückgeführt. Ventilbelastungen und Manometerangaben beziehen sich auf den Quadratzoll und sind in Wiener Pfunden ausgedrückt. Bei den übrigen Gewichtsangaben gilt der leichtern Berechnung wegen das Zollpfund als Einheit.

Unter der gespeisten oder gepumpten Wassermenge versteht man die wirklich aus dem Tender oder Reservoir geschöpfte Menge, abgesehen von dem Zuwachs, welcher im Apparate durch Kondensation des Dampfes hinzukömmt.

Wir gehen nun auf die nähere Erörterung der fünf oben gestellten Fragen ein:

|250|

1) Wie groß ist die Wassermenge, welche durch die Dampfstrahlpumpe gepumpt wird, und durch welche Umstände wird dieselbe bedingt?

Die Menge des Wassers, welcher eine zur Ueberwindung des Kesseldruckes genügende Geschwindigkeit ertheilt werden kann, hängt von dem Kesseldrucke selbst und von der innerhalb gewisser Grenzen variablen Stellung des Wasserregulators ab.

Es genügt ein Blick auf die in der zweiten und sechsten Rubrik der Tabelle I enthaltenen Zahlen, um sich zu überzeugen, daß die gespeiste Wassermenge unter sonst gleichen Umständen mit der Dampfspannung zu- und abnimmt, daß ferner einer jeden Dampfspannung keine constante Wassermenge entspricht, sondern, daß mittelst Regulirung des ringförmigen Wasserzuflusses eine beliebige zwischen gewissen Grenzen begriffene Menge anstandslos gespeist werden kann. Diese Grenzen, welche je nach dem Dampfdrucke verschieden sind, wurden für Hoch- und Mitteldruck ermittelt und in der folgenden kleinen Tabelle zusammengestellt:

Kesseldruck
per Quadratz.
in Wien. Pfund.
Gespeiste Wassermenge
pro Stunde
in Wien. Kubikf.
Temperatur-Erhöhung
in Graden Reaumur
beim
Maximum Minimum Maximum Minimum.
Speisung ins Freie.
65 216 100 31 54
35 170 64 23 54
Kesselspeisung
67 146 94 40 68
36 126 27

Aus dieser Zusammenstellung ist ersichtlich, daß die auf wirkliche Kesselspeisung bezüglichen Grenzen einander näher liegen als diejenigen, welche bei der Speisung in die Atmosphäre beobachtet wurden.

Folgende Tabelle wurde nach den Versuchen Robinson's mit einem Apparate Nr. 438) aufgestellt.

|251|
Dampfspannung in Wiener Pfunden pro Quadratzoll
4 8 16 24 32 40 81
Wiener Kubikfuß pro Stunde
13 17 25 26 30 35 37

Robinson erwähnt mit keinem Worte den Einfluß des Regulators auf die gespeiste Wassermenge; es ist daher wahrscheinlich, daß er bloß Maxima berücksichtigte. Große Bedeutung legt er hingegen auf die ursprüngliche Temperatur des zur Speisung bestimmten Wassers. Es ist dieß allerdings ein wichtiger Punkt, welcher bei Gelegenheit der zweiten Frage zur nähern Betrachtung kommen wird; allein, daß dieser Umstand durchaus keinen Einfluß auf die Menge des gespeisten Wassers hat, geht aus zahlreichen vergleichenden Versuchen deutlich hervor.

Vergleicht man z.B. die Versuche Nr. 5 und 6 Serie II und Nr. 9 Serie I mit einander, so findet man nur unbedeutende Differenzen in den Wassermengen, während die Temperatur im Saugwasser von 12° bis 32° variirte. Diese Temperatur kommt nur dann in Betracht, wenn es sich um das Minimum handelt; es kann nämlich dann der Fall eintreten, daß eine Menge Wasser, welche bei niedriger Temperatur zur Condensation des Dampfes genügte, denselben nicht mehr zu condensiren vermag, wenn das Wasser bereits vorgewärmt ist. Das Minimum bedingt folglich eine größere Anzahl von Kubikfußen warmen als kalten Wassers. Dieß beweist ein Vergleich zwischen den Versuchen Nr. 4 und 7 der Serie II.

Man begreift gleichfalls, daß bei Hochdruck das Minimum nummerisch höher zu liegen kommt, als bei Niederdruck; wenn nämlich der Dampf heißer und dichter ausströmt, so erfordert er eine größere Wassermenge, um vollständig condensirt zu werden.

Vergleicht man ferner den Versuch Nr. 3 Serie II mit Post-Nr. 10 Tab. II, so bemerkt man, daß in beiden Fällen dieselbe Wassermenge als Maximum erreicht wurde, obwohl unter sonst gleichen Umständen im ersteren Falle das Ventil unbelastet, im zweiten Falle hingegen mit 91 Pfd. pro Quadratzoll beschwert war.

Aus diesem Vergleiche, sowie aus vielen ähnlichen, ist man berechtigt zu schließen, daß die Belastung im Allgemeinen keinen Einfluß auf die gespeiste Wassermenge habe. In der Nähe des Maximums wurde jedoch ein solcher Einfluß öfter wahrgenommen; wird nämlich bei belastetem Ventil der Wasserregulator allmählich geöffnet, so erreicht man eine Grenze, wo das Wasser anfängt überzulaufen und seitwärts zu spritzen; entlastet man dann das Ventil, so kann dadurch der ruhige Gang manchmal wieder hergestellt werden. Daß der Widerstand des Kesseldruckes anderer Art ist |252| als derjenige, welcher durch Belastung des Ventils hervorgerufen wird, beweist schon der Umstand, daß bei Kesselspeisung das Maximum stets tiefer liegt als bei der Speisung in ein offenes Gefäß.

Giffard schätzt seine Apparate auf eine Leistung von je 30 Liter per Pferdekraft; für unsere Apparate Nr. 10 für 200 Pferdekräfte, entspräche dieß einer Leistung von circa 180 Kubikfuß per Stunde. Dieses Quantum wurde aber während der Versuche niemals erreicht, und übersteigt das beobachtete Maximum im günstigsten Falle noch um 18 Proc.

Die Versuche der Serie I wurden bei ziemlich gleicher Stellung des Wasserregulators vorgenommen, und doch bemerkt man, daß je mehr der Dampfdruck fällt, desto größer die gepumpte Wassermenge ist. Dieser Umstand läßt sich nur durch die Tendenz erklären, welche hochgespannter Dampf besitzt, sich ein Loch durch das Wasser zu schlagen; erfolgt die Condensation nicht augenblicklich, so geht ein Theil des Geschwindigkeitsmomentes des Dampfes nutzlos verloren. Bei hoher Spannung muß also dem Dampfe eine größere Wassermenge dargeboten werden.

Die bei Serie I constante Regulatorstellung ist eine mittlere, welche bei Mitteldruck dem Maximum, bei Hochdruck aber beinahe dem Minimum der gespeisten Wassermenge entspricht.

Schließlich noch ein Wort über die Temperaturerhöhung, welche dem Wasser in Folge der Condensation des Dampfes zu Theil wird. Das durch die Dampfstrahlpumpe gespeiste Wasser ist nothwendigerweise warm, und hierin besteht ein wesentlicher Vorzug des neuen Apparates. Die Temperatur des Speisewassers hängt offenbar von der ursprünglichen Temperatur desselben, von der Dampfspannung und dem Dampfquantum, und endlich von dem Verhältnisse zwischen letzterem und dem Wasserquantum ab.

Bei constanter Dampfspannung wird aber die dem Wasser ertheilte Temperaturerhöhung lediglich durch die Stellung des Wasserregulators bedingt. Da nämlich die vom ausströmenden Dampfe abgegebene Wärmemenge bei constantem Kesseldrucke ebenfalls constant bleibt, so steht die Temperaturerhöhung des Wassers im umgekehrten Verhältnisse zur Wassermenge.

Die Richtigkeit dieses Schlusses wird durch die Erfahrung vollständig bewährt. Berechnet man nämlich die Producte aus den Zahlen der 5. mit den entsprechenden Zahlen der 6. Rubrik der Tabelle I, so ist das Product für jeden Werth des Kesseldruckes constant, wächst und fällt mit dem letzteren. Demnach läßt sich von der Temperaturerhöhung auf das Wasserquantum schließen.

|253|

2) Innerhalb welcher Grenzen ist das Vorwärmen des Wassers gestattet?

Daß eine Grenze existiren muß, ist augenscheinlich. Da nämlich der ganze Vorgang auf Condensation des Dampfes beruht, so darf das Wasser nicht schon im Voraus in dem Grade erhitzt seyn, daß es die Condensation zu bewirken nicht mehr im Stande wäre.

Bei 65 bis 70 Pfd. Dampfdruck darf nach unseren Erfahrungen das Wasser bis auf 32° R., bei 35 Pfd. Druck bis auf 48° R. vorgewärmt werden. Je niedriger der Dampfdruck, desto höher darf die Temperatur des zur Speisung bestimmten Wassers seyn.

J. Robinson theilt hierüber folgende Tabelle mit, wo er für verschiedene Werthe der Dampfspannung die entsprechenden höchsten zulässigen Temperaturen des Wassers vor der Speisung angibt.

Dampfspannung über die Atmosphäre in Wiener Pfunden
8 16 24 32 40 81
Temperatur des Saugwassers in Graden Reaumur
52° 47° 43° 41° 40° 35°

In den Atlas Works zu Manchester, wo Robinson seine Versuche anstellte, wird das Condensationswasser der Dampfmaschinen wie bisher zur Speisung der Kessel benützt, allein es ist wohl zu beachten, daß warmes Wasser nur sehr schwer gesaugt wird; bei Anbringung des Apparates an Condensationsmaschinen ist daher das Saugen zu vermeiden.

3) Innerhalb welcher Grenzen der Dampfspannung ist die Dampfstrahlpumpe anwendbar, und wie groß ist der Gegendruck, welchen der Wasserstrahl nach Umständen zu überwinden im Stande ist?

Die Speisung der beiden mit den Giffard'schen Apparaten versehenen Locomotivkessel erfolgte bei allen Werthen der Dampfspannung von 10 Pfd. aufwärts.

Wenn jedoch der Kesseldruck unter 30 Pfd. sinkt, so kann ein theilweises Ueberfließen des Speisewassers nicht mehr vermieden werden. Der Grund hievon liegt Wohl nicht im Princip, sondern in der Construction der Apparate, welche für Hochdruck bestimmt waren. J. Robinson bediente sich der Dampfstrahlpumpe ohne Anstand von 4 Pfd. bis 88 Pfd. Dampfdruck. Aus Gründen, welche hier nur angedeutet werden können, ist zu vermuthen, daß bei sehr hohem Drucke einer principiellen Grenze für die Wirksamkeit der Dampfstrahlpumpe begegnet wird. Die Wirkung des Apparates beruht nämlich auf der Verschiedenheit der Dichtigkeiten |254| zwischen Dampf und Wasser, kraft welcher das Wasser zum Ueberwinden des Kesseldruckes einer geringeren Geschwindigkeit bedarf, als der Dampf von demselben Drucke erhält. Daraus folgt, daß 1 Pfd. ausströmenden Dampfes eine gewisse Wassermenge mit genügender Geschwindigkeit befördern kann, um den Kesseldruck zu überwinden. Allein je höher die Dampfspannung, desto dichter der Dampf, desto geringer das Verhältniß der respectiven Geschwindigkeiten von Dampf und Wasser, desto geringer schließlich die Wassermenge, welche durch 1 Pfd. Dampf befördert werden kann; es ist daher eine Grenze zu erwarten, wo diese Menge zur Condensation des Dampfes unzulänglich seyn wird, und somit der ganze Vorgang unmöglich wird.

Ueber die Kraftäußerungen des Wasserstrahles ist aus den Tabellen II und III das Nähere zu ersehen. Die Uebermacht des Strahles über den Kesseldruck ist schon daraus zu entnehmen, daß bei der Kesselspeisung das Ventil noch bedeutend belastet werden konnte. Diese Uebermacht läßt sich für Hoch- und Mitteldruck auf 30 Proc. schätzen. Dieselbe wird zur Ueberwindung der Reibungen und der Ventilbelastung verwendet, und falls sie nicht ganz verbraucht wird, so äußert sie sich durch die für den Nutzeffect ganz verlorene Geschwindigkeit, welche das Wasser noch beim Einströmen in den Kessel besitzt.

Aus Tabelle I ist zu bemerken, daß während des Ganges des Apparates die Belastung allmählich gesteigert werden kann: dieß kann einfach von der Ueberdeckung des Ventils herrühren, welche dem Wasserstrome eine größere Fläche bietet, sobald es gehoben wird.

Die letzte Rubrik der Tabellen I und II enthält die Werthe des Druckes, welchen der Wasserstrahl gegen eine unbewegliche Wand, folglich gegen das geschlossene Ventil ausübt. Die Zahlen der vorletzten Rubrik sind Resultate sehr verschiedener Einwirkungen, als Ventilbelastung, Reibung am Ventile, Kesseldruck und Wasserquantum.

Vergleicht man die Angaben des hintern Manometers, welche einem constanten Kesseldrucke entsprechen, so bemerkt man, daß der Wasseranprall um so heftiger ist, als mehr Wasser zugelassen wird, woraus man schließen kann, daß auch die Geschwindigkeit des Wassers mit dessen Menge wächst.

Robinson bediente sich zur Bestimmung der fraglichen Uebermacht einer Einrichtung, welche bei den obigen Versuchen nicht zu Gebote stand. Er brachte nämlich die Dampfstrahlpumpe zwischen zwei Dampfkesseln an, wovon der erste den Dampf zum Apparate lieferte, der zweite aber das gepumpte Wasser aufnahm. Indem man nun die Spannung im zweiten |255| Kessel steigerte, so konnte man leicht den größten Ueberdruck ermitteln, welchen das gespeiste Wasser zu überwältigen im Stande war.

Die Resultate dieser Versuche sind in folgender Tabelle enthalten:



Versuche.
Temperatur
des
Saugwassers
in Graden
Spannung
in Wien. Pfund.
im Kessel
Differrenz
der
Spannungen.
Differenz
in Procent
des
Gegendruckers.
Reaumur. Nr. 2 Nr. 1
Versuch a. 19° 47 40 7 17 Proc.
Kleiner Ueberlauf 44 32 12 37 „
Großer dto. 45 30 15 50 „
Speisung beinahe eingestellt 24° 46 29 17 58 „
Versuch b. 19° 41 40 1 2 Proc.
Kleiner Ueberlauf 39 30 9 30 „
Großer dto. 40 26 14 54 „
Speisung beinahe eingestellt 29° 42 24 18 75 „
Versuch c. 19° 38 36 2 6 Proc.
Kleiner Ueberlauf 36 27 9 33 „
Großer dto. 36 25 11 44 „
Speisung eingestellt 33° 39 19 20 100 „

Nimmt man die Werthe des Ueberdruckes, welche dem angehenden Ueberlaufe entsprechen, als maaßgebend an, so stimmen Robinson's Zahlen genau mit den auf ganz verschiedenem Erfahrungswege gewonnenen und bereits oben augeführten Resultaten.

4) In welchem Verhältnisse stehen die respectiven Dampf- und Wassermengen, und wieviel beträgt der stündliche Dampfverbrauch bei diversen Werthen des Kesseldruckes?

Das für jeden Versuch ermittelte Verhältniß zwischen Dampfverbrauch und gespeister Wassermenge wurde in der siebenten Rubrik der Tabelle I aufgezeichnet.

Diese Werthe wurden mittelst einer Hülfstabelle berechnet, welche hier nur beispielsweise für die IV. Serie mitgetheilt wird.

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Textabbildung Bd. 157, S. 256

Die angenommene Wärmeeinheit ist die Wärmemenge, welche erforderlich ist, um die Temperatur von 1 Pfd. Wasser um 1° C. zu erhöhen. Die Werthe der im Dampfe enthaltenen Wärmemengen wurden nach Zeuner's neuesten Angaben angenommen; da nach der modernen Theorie ein Theil der zur Verdampfung verwendeten Wärme in Arbeit verwandelt wird, so fällt die im Dampfe enthaltene Wärmemenge etwas schwächer aus, als bisher angenommen wurde; die auf Grundlage dieser Werthe berechneten Verhältnißzahlen zwischen Dampf- und Wassermengen sind daher ungünstiger für die Leistung des Apparates, als dieß bei irgend einer älteren Hypothese der Fall gewesen wäre. Der Gang der Berechnung sey durch ein Beispiel erläutert:

Post-Nr. 1. – Die in 1 Pfd. Dampf enthaltene Wärmemenge beträgt B = 611 Einheiten; die Temperatur aber des gespeisten Wassers und folglich auch des condensirten Dampfes ist C = 97°C.; folglich bleiben B = C = 514 Einheiten unter D Pfd. Wasser à A = 85 per Pfund zu vertheilen, der Quotient (BC)/A = 6 ist folglich die Wassermenge, welche auf 1 Pfd. Dampf kommt.

Aus der Kenntniß des Verhältnisses D und der stündlich gespeisten Wassermenge E schließt man nun auf den stündlichen Dampfverbrauch E/D.

Aus den Zahlen der achten Rubrik, Tabelle I, ist ersichtlich, daß für jeden bestimmten Werth der Dampfspannung der berechnete Dampfverbrauch ziemlich constant bleibt; man kann daher, ohne viel zu irren, annehmen, daß bei den verwendeten Apparaten, wo der Querschnitt der Dampfausströmung 24 Quadratlinien betrug, bei 65 Pfd. Dampfdruck |257| 900 Pfd., bei 35 Pfd. Druck aber 500 Pfd. trockenen Dampfes per Stunde dem Kessel entzogen werden. Es ist jedoch wohl zu beachten, daß dieser Verbrauch an Dampf und folglich an Wärme nur scheinbar ist, indem beinahe alle Wärme im Condensationswasser dem Kessel wieder zugeführt wird.

Bei obiger Berechnung wurde vorausgesetzt, daß der Dampf trocken aus dem Kessel ausströme. Dieser Fall kommt jedoch nie vor, und directe Messungen beweisen, daß bei den Versuchen an den Locomotiven Raab und Pápa der unmittelbar über der Feuerkiste entnommene Dampf sehr stark mit Wasser geschwängert war.

Die Resultate der directen Beobachtung sind in der vorletzten Rubrik der Tabelle I eingetragen. Der Dampfverbrauch wurde nämlich auf zweierlei Arten controlirt, und zwar: erstens durch Abwiegen der gespeisten Wassermenge; zweitens durch directe Messung des Wasserabganges im Kessel. Erstere Methode wurde bei Serie I angewendet. Hiebei wurde das Wasser aus dem Tender der Maschine gesaugt und vom Apparate in einen großen Bottich geleitet. Nachdem der Abgang im Tender einerseits, der Zufluß im Bottiche anderseits ermittelt worden, ergab die Differenz die Menge des condensirten Dampfes. Die auf diesem Wege ermittelten Werthe sind sämmtlich etwas zu schwach, indem ein gewisser Wasserverlust beim Ablassen des Apparates unvermeidlich war; da die Speisung nicht immer augenblicklich ihren normalen Gang annimmt, so herrscht auch über die Dauer der Versuche eine kleine Ungewißheit, welche um so bedeutender hervortritt, als diese Dauer überhaupt kürzer war. Die Resultate der bei Serie III angewandten Methode sind, daher zuverlässiger als die eben angeführten. Vor jedem der betreffenden Versuche wurde der Wasserstand in der kalten Maschine gemessen, nach einem möglichst lange fortgesetzten Gange wurde der Wasserstand wieder nach erfolgter Abkühlung des Kessels gemessen. Der Abgang an Kesselwasser, welcher der Verdampfung entsprach, wurde durch genaues Abwägen bestimmt und nöthigenfalls wegen Temperatur-Differenzen corrigirt.

Auf Grundlage der auf dem Erfahrungswege ermittelten Werthe des Brutto-Dampfverbrauches läßt sich nun auch ein Verhältniß zwischen den entsprechenden Dampf- und Wassermengen aufstellen; diese Verhältnißwerthe wurden in der letzten Rubrik der Tabelle I aufgenommen.

5) Wie verhält sich die Leistung der Dampfstrahlpumpe zu derjenigen der gewöhnlichen Dampfpumpe?

Die Leistung des Giffard'schen Apparates als Pumpe überhaupt ist offenbar eine äußerst geringe; denn während in gewöhnlichen Dampfpumpen |258| 1 Pfd. Dampf zur Beförderung von 100 bis 200 Pfd. Wasser unter einem der Dampfspannung gleichkommenden Gegendrucke genügt, so kann in der Dampfstrahlpumpe 1 Pfd. Dampf kaum 10 bis 20 Pfd. Wasser befördern. Die Verwendung des Apparates ist folglich nur dann ökonomisch, wenn die Temperatur des gepumpten Wassers von Wichtigkeit ist. Dieser Fall kommt bei zahlreichen Industriezweigen, ganz vorzüglich aber bei der Kesselspeisung vor.

Der neue Motor ist daher speciell ein Kesselspeisungsapparat; als solcher aber besitzt er über alle anderen Speisevorrichtungen so bedeutende Vorzüge, das er letztere bei Stabil-, Locomobil- und Locomotivkesseln ohne Zweifel vollständig verdrängen wird.

Es ist daher wichtig, die Leistungen der Dampfstrahlpumpe in diesem speciellen Falle möglichst genau zu ermitteln. Nach den bisher allgemein verbreiteten Grundsätzen der Physik wäre kein Grund vorhanden, daß irgend ein Kraft- oder Wärmeaufwand bei der Speisung verloren ginge. Da nämlich das Condensationswasser sämmtlich in den Kessel dringt, so wird demselben die ganze im ausströmenden Dampfe enthaltene Wärme rückerstattet, insoferne von den zufälligen Verlusten durch Abkühlung der Rohre abgesehen wird. Allein schon der reine Praktiker ahnt in diesem Vorgange eine Art Perpetuum mobile und behauptet daher, es müsse irgendwo ein Verlust an Arbeit oder an Wärme stattfinden; so lange nun dieser Verlust geheimnißvoll erscheint, bleibt ein wohlbegründetes Mißtrauen den glänzenden Versprechungen des neuen Motors gegenüber aufrecht.

Wir haben im Nachstehenden versucht, nach Anleitung der mechanischen Wärmetheorie, den Wärmeverbrauch, welcher der verrichteten Arbeit der Kesselspeisung entspricht, möglichst genau zu bestimmen. Der theoretische Wärmeverlust besteht darin, daß der Dampf, wenn er condensirt wird, nicht die ganze zu seiner Bildung erforderlich gewesene Wärmemenge abgibt; dieser Verlust beträgt circa 7 Proc. Suchen wir nun, wie hoch sich dieser Verlust in der Praxis herausstellt, und wählen wir, behufs dieser Erörterung, den Versuch Nr. 2 Serie III. Wie viel Wärmeeinheiten gehen bei der Condensation auf das Wasser über, und wie viel solche Einheiten werden dem Kessel entzogen?

Die Differenz beider Zahlen wird den Verlust an Wärme darstellen.

Bei erwähntem Versuche wurden in einer Stunde 182 Kubikfuß oder 11466 Zollpfund Wasser gepumpt, und dessen Temperatur um 36° R. oder 45° C. erhöht, wobei 11466 × 45 = 515970 Wärmeeinheiten rückgewonnen wurden. Nehmen wir nun an, wie dieß auf Grundlage von Versuchen der Wahrheit sehr nahe kommen wird, daß der hier unmittelbar über der Feuerung gewonnene Dampf 30 Proc. seines Gewichtes |259| an Wasser enthielt, so theilt sich die Gesammtmenge von 1345 Pfund Dampf in 941 Pfund trockenen Dampf und 404 Pfund Wasser. Die absolute Dampfspannung war 6 1/2 Atmosphären, die Temperatur im Kessel 162° C. Die zur Bildung von 1 Pfund Dampf erforderliche Wärmemenge betrug somit 656 Einheiten; 941 Pfund Dampf entzogen folglich dem Kessel

Wärmeeinheiten
941 × 656 = 617296
Hiezu kommt die im mitgerissenen Wasser enthaltene Wärme mit
404 × 162 =

65448
–––––––––––––
Zusammen 682744
Hievon ist jedoch diejenige Wärmemenge abzuziehen, welche dem
condensirten Dampfe noch innewohnte; da die Temperatur
des Condensationswassers 55° C. betrug, so enthielten 1345
Pfund condensirten Dampfes noch 1345 × 55 =



73975
––––––––––––––
Rest 608709

Vergleicht man nun diesen Bruttoverbrauch mit dem obigen Rückgewinne, so ergibt sich eine Differenz oder ein Wärmeverlust von 92799 Einheiten, d. i. 15 Proc. der Gesammtwärme. Da von diesen 15 Proc. Verlust kaum 7 Proc. theoretisch gerechtfertigt sind, so bleiben 8 Proc. zur Last der zufälligen Verluste, welche durch zweckmäßige Einrichtungen auf ein Minimum zu beschränken wären.

Um die Bedeutung des Wärmeverlustes noch faßlicher darzustellen, bemerke man, daß, da bei einer Speisung von 11466 Pfund Wasser 92799 Wärmeeinheiten verbraucht oder verloren wurden, auf je 100 Pfd. gespeisten Wassers ein Verlust von 810 Einheiten entfällt. Nachdem aber zur Bildung von 1 Pfund Dampf 656 Einheiten erforderlich sind, so hätten diese 810 Einheiten zur Bildung von 1,23 Pfd. Dampf verwendet werden können. Der Wärmeverlust, welcher bei einer Speisung von 100 Pfund Wasser stattfindet, ist also einem reellen Verluste von 1,23 Pfd. Dampf äquivalent. Man kann hieraus schließen, daß der Nutzeffect der Dampfstrahlpumpe als Speiseapparat von demjenigen der gewöhnlichen Dampfpumpen wenig verschieden ist. Es sey jedoch beigefügt, daß wir eines der ungünstigsten Erfahrungsresultate als Beispiel einer nummerischen Berechnung gewählt, um dem Vorwurfe der Parteilichkeit durchaus keinen Anhalt zu geben.

Wenn auch durch Einführung der Dampfstrahlpumpe als Speiseapparat keine Ersparniß an Brennstoff zu erwarten ist, so läßt sich doch behaupten, daß der neue Motor in keiner Beziehung den alten Pumpen gegenüber im Nachtheile steht. Derselbe besitzt hingegen wesentliche Vorzüge; |260| welche hier mit Berücksichtigung der Verwendungen des Apparates kurz angedeutet seyen:

Die Dampfstrahlpumpe eignet sich:

1. Zur Speisung von Stabilkesseln.

Der Apparat kann in beliebiger Lage beim Kessel und ganz unabhängig von der Maschine angebracht werden. Die Herstellung ist wenig kostspielig, die Erhaltungskosten fallen beinahe ganz weg. Der Mechanismus der Dampfmaschinen wird durch Weglassung der Speisepumpen vereinfacht, die Speisung des Kessels kann bei einem schwachen Dampfdrucke erfolgen, welcher zur Ingangsetzung der Maschine nicht hinreichend wäre.

2. Zur Speisung von Locomotivkesseln.

Da die Wirkung der Dampfstrahlpumpe von der Bewegung der Maschine ganz unabhängig ist, so ersetzt dieselbe sowohl die Excenterpumpe als die Noth- oder Dampfpumpe. Sie bietet eine viel größere Sicherheit als die bisherigen Pumpen: eine Menge Betriebsstörungen, welche durch Versagen, Einfrieren oder Beschädigungen an den Pumpen verursacht wurden, können künftighin vermieden werden.

Die so zahlreichen und kostspieligen Pumpenreparaturen fallen beinahe ganz weg. Abnützung kann bei einem Apparate nicht stattfinden, bei welchem kein Theil in constanter Bewegung ist. Es wurde nachgerechnet, daß die Erhaltungskosten der gegenwärtigen Locomotivpumpen in einem Jahre die Anschaffungskosten eines Giffard'schen Apparates schon übersteigen.

Ferner wird durch stete Speisung mit warmem Wasser der Kessel sehr geschont, das Rohrrinnen vermindert, und die Dampfspannung leichter erhalten. Der Mechanismus wird vereinfacht, und die Anlage der ganzen Maschine erleichtert. Was die Ablagerung von Kesselstein betrifft, so beweisen die am Wien-Raaber Bahnhofe mit äußerst schlechtem Wasser gemachten Versuche, daß eine solche in den engen Dampf- und Wassermündungen nie stattfinden wird.

3. Für Dampfschiffe.

Hier ist die Raumersparniß oft von der größten Wichtigkeit. An Bord eines Schiffes kann die Dampfstrahlpumpe außer der Kesselspeisung noch andere wichtige Dienste leisten; sie kann als Feuerspritze oder als Schöpfwerk verwendet werden. Diese Vorzüge wurden längst von der französischen Marineverwaltung gewürdigt, indem sie die erste praktische Verwendung der Giffard'schen Erfindung auf dem Linienschiffe l' Aigle in großem Maaßstabe veranlaßte.

4. Für diverse Zwecke.

|261|

Ueberall, wo Verwendung von heißem Wasser mit Hebung desselben verbunden ist, wird die Dampfstrahlpumpe mit Vortheil verwendet. Dieß ist vorzüglich bei Badanstalten und Färbereien, nebenbei aber auch bei zahlreichen anderen Industriezweigen der Fall.

In manchen Localitäten, wo der Brennstoff werthlos, die Erhaltung von Maschinen aber kostspielig ist, in Kohlengruben z.B., kann die Dampfstrahlpumpe selbst als Schöpfwerk gegen die mechanischen Vorrichtungen in die Schranken treten.

Bevor wir diesen Abschnitt schließen, sey uns noch gestattet, eine von Robinson aufgestellte Formel mitzutheilen, welche im Vorhergehenden ihren Platz nicht finden konnte. Diese rein empirische Formel soll zur Bestimmung der Hauptdimensionen, nämlich des engsten Querschnittes im Druckrohre eines Apparates von bestimmter Leistung dienen.

Ist n die Nummer des Apparates oder der Durchmesser jenes Querschnittes in Millimetern;

p der Dampfdruck in Atmosphären;

M die zu speisende Wassermenge per Stunde in Wiener Kubikfuß, so soll

M = 0,9 n² √ p

Textabbildung Bd. 157, S. 261

Hiemit schließen wir die Mittheilungen der Resultate, welche aus der Praxis der Dampfstrahlpumpe zu unserer Kenntniß gelangten.

Zur Vollendung unserer Aufgabe bleibt uns noch eine Kritik der Combes'schen Theorie vom Standpunkte der Erfahrung vorzunehmen.

P. Reinhardt,
Ingenieur-Assistent der k. k. pr. österreichischen
Staatseisenbahngesellschaft.

|262|

Tabelle I.

Textabbildung Bd. 157, S. 262
|263|

(Fortsetzung der Tabelle I.)

Textabbildung Bd. 157, S. 263
|264|

Tabelle II.

Speisung in den Kessel.

Textabbildung Bd. 157, S. 264

Tabelle III.

Speisung in ein offenes Gefäß.

Textabbildung Bd. 157, S. 264
|245|

Polytechn. Journal Bd. CLIV S. 409.

|250|

Die von Flaud in Frankreich eingeführte und bisher auch im Auslande beibehaltene Nummerirung der Apparate in Bezug auf deren Leistungsfähigkeit beruht auf folgendem Grundsatze: Die Leistung des Apparates hängt vom Durchmesser des engsten Querschnittes im Druckrohre ab; ist dieser gegeben, so sind zugleich alle anderen Dimensionen des Apparates bestimmt. Die Nummer des Apparates, wodurch seine Leistungsfähigkeit bezeichnet wird, ist besagter Durchmesser in Millimetern ausgedrückt.

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