Titel: Ueber Benson's Hochdruckdampfkessel.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1862, Band 163, Nr. LXIV. (S. 246–252)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj163/ar163064

LXIV.  Benson's Hochdruckdampfkessel. Nach einem Vortrage von J. J. Russell zu Wednesbury in der Institution of Mechanical Engineers zu Birmingham.

Aus dem Mechanics' Magazine, August 1861, S. 68.

Mit Abbildungen auf Tab. IV.

Der im Folgenden beschriebene Dampfkessel ist von Benson in Cincinnati erfunden und seit 3–4 Jahren in etwa 50 Exemplaren in Amerika verbreitet. Nachdem der Berichterstatter nunmehr seit 10 Monaten einen solchen Kessel in Gebrauch hat, ist er in der Lage, folgende Mittheilungen über denselben zu machen. Der Kessel dient zur Speisung einer Maschine von 60 Pferdekräften, und hat sich in seiner Construction und Wirksamkeit so bewährt, daß jetzt ein zweiter größerer errichtet worden ist, bei welchem noch einige Verbesserungen, die sich aus dem Gebrauche des ersteren ergaben, angebracht worden sind; dieser letztere ist in Fig. 79 dargestellt. Fig. 7 ist ein Vorderaufriß mit dem Reservoir und der Circulationspumpe; Fig. 8 ein Längendurchschnitt des Kessels, und Fig. 9 ein hierauf senkrechter Querschnitt.

Der eigentliche Kessel besteht ganz aus den Röhren A, die in horizontalen Reihen über dem Feuer angebracht sind. B, B sind die Thüren an der Vorder- und Hinterwand des Kessels, um die Röhren befestigen, lösen und herausnehmen zu können. C, Fig. 7, ist das Wasser- und Dampfreservoir; D ist die Circulationspumpe, welche das Wasser aus C saugt und durch die kleine Maschine E getrieben wird. F ist die Haupt-Speiseröhre von der Circulationspumpe, mit welcher die untersten Röhren jeder Schichte verbunden sind. G ist die Hauptabflußröhre, mit welcher die obersten Röhren jeder Schichte verbunden sind, und in welche Dampf und Wasser aus den Röhren gelangen, um nach dem oberen Theil des Reservoirs C zu strömen.

Die Circulationspumpe – in Fig. 12 im Durchschnitt dargestellt – ist eine einfache direct wirkende Pumpe mit einem mit Metall geliederten |247| Kolben; sie hat statt des Saug- und Druckventils ein einziges Schieberventil H, welches weder Voreilen noch Deckung hat, so daß die Wirkung ebenso zuverläßig wie constant ist.

Die Pumpe saugt das Wasser aus dem Reservoir durch die gewöhnliche Einströmungsöffnung I, welche um den Cylinder herumgeht, und treibt dasselbe durch die Ausströmungsröhre K mittelst der Röhre F in die Siederöhren. Der in diesen erzeugte Dampf wird mit dem Wasser durch die Röhren in die Höhe getrieben und gelangt durch die Röhre G in das Reservoir C, worin sich Dampf und Wasser trennen; letzteres wird durch die Pumpe dann wieder in die Röhren getrieben.

Wenn der Kessel angefeuert wird, füllt man das Reservoir so weit mit Wasser, daß dieses gleich hoch mit der fünften oder sechsten Röhrenreihe steht (s. d. punktirte Linie in Fig. 7). Da die Circulationspumpe anfangs bei noch fehlendem Dampfe still steht, so läßt man den Schieber H, Fig. 12, von seinem Stand durch den Wasserdruck heben, so daß das Wasser direct, ohne durch die Pumpe hindurch zu gehen, nach den Röhren fließt. Nach dem Anzünden des Feuers treibt der entwickelte Dampf die Pumpe.

Die Circulationspumpe treibt mehr Wasser durch die Röhren, als darin verdampft wird. Die an dem jetzt seit 10 Monaten im Betriebe befindlichen Kessel benutzte Pumpe ist doppeltwirkend, hat 6'' Durchmesser, einen Hub von 9'' und macht 40 Umdrehungen in der Minute. Der Widerstand, welchen sie zu überwinden hat, beträgt 7–10 Pfd. auf den Quadratzoll, und ihre gesammte Betriebskraft 1/2 Pferdestärke. Unter diesen Verhältnissen treibt sie 9- bis 11mal so viel Wasser durch den Kessel, wie darin verdampft wird, was nach der Erfahrung mehr als zum größten Effect dienlich ist, indem 8- bis 9mal die verdampfte Menge als das richtige Verhältniß gelten kann. Bei der Geschwindigkeit von 40 Umdrehungen ist die Pumpe im Stande, einen Kessel von 100 Pferdestärken zu bedienen, wenn mit Niederdruck gearbeitet wird. Wird mit überhitztem Hochdruckdampf und Expansion gearbeitet, so reicht sie für einen Kessel von 150 Pferdestärken aus, und consumirt in diesem Falle nur 1/3 Proc. oder 1/300 der gesammten vom Dampfe producirten Leistung, und bei der Anwendung der verbesserten Röhrenkniee, deren Beschreibung weiter unten folgt, ist wegen des verminderten Widerstandes eine noch geringere Betriebskraft zu erwarten. Die Pumpe braucht bei einem Dampfdruck von 80 oder 100 Pfd. keine größere Betriebskraft, als wenn der Druck nur 20 Pfd. beträgt, weil der Druck des Dampfes gegen beide Flächen des Pumpenkolbens gleich groß und nur der Widerstand des Wassers in den Röhren, der mit vermehrter Geschwindigkeit wächst, zu |248| überwinden ist. Das Abflußrohr G, durch welches Dampf und Wasser aus den Röhren in das Reservoir abgegeben werden, hatte ursprünglich nur 5 Zoll lichte Weite; man fand es aber zu eng, und hat ihm deßhalb bei dem neuen Kessel 10 Zoll Weite gegeben. Das Reservoir C empfängt sein Wasser durch einen Giffard'schen Injector.

Es wurde von vorn herein angenommen, daß die Circulation einer Wassermenge, welche das 9- bis 11fache der verdampften Wassermenge beträgt, ausreichend sey, um alle in den Röhren sich bildenden Niederschläge sofort weg zu waschen und also zugleich die Belästigung durch den Kesselstein zu beseitigen; und dieß ist bis zu einem gewissen Grade der Fall, insofern alle losen Niederschläge durch das Wasser in das Reservoir übergespült werden. Eine gewisse Steinbildung findet aber dabei immer noch statt, doch ist dieselbe nicht so bedeutend, um Schwierigkeiten zu bereiten oder die Röhren zu beschädigen. Die meisten Niederschläge bilden sich in den untersten Röhrenreihen; doch können sie sich nicht in einer gefährlichen Dicke anhäufen, weil sie in Folge der Ausdehnung und Zusammenziehung, welcher die Röhren unter der wechselnden Temperatur ausgesetzt sind, immer wieder aufspringen und von der Wand sich ablösen. Von Zeit zu Zeit wird auch alles Wasser aus den Röhren ausgetrieben, so daß sie sehr heiß – freilich nicht zu heiß – werden, und wenn sich dann die Niederschläge abgelöst haben, so werden sie mit dem circulirenden Wasser in das Reservoir übergespült. Der Schmutz und der Stein, welche sich in dem Reservoir ansammeln, werden durch einen Ausblasehahn, der täglich drei- bis viermal geöffnet wird, aus diesem entfernt. Es bedarf ungefähr 1/4 Minute, um durch den Ausblasehahn alle im Reservoir angesammelten fremden Körper zu entfernen; dann besteht der Strahl wieder in einem vollen Wasserkörper. Aus den Abrundungen der ausgeblasenen Steintheile ergibt sich, daß dieselben in den Röhren gebildet, dann abgelöst und hierauf in das Reservoir übergeführt worden sind.

Die Verbindung der Röhrenenden unter einander war an den älteren Kesseln dieser Construction durch rechts- und linksgängige Gewinde ausgeführt, welche an die Röhrenenden angeschnitten und in die Kniee eingeschraubt waren; allein bei dieser Verbindung mußte jedesmal eine ganze Röhrenabtheilung herausgenommen werden, wenn eine einzige Röhre ausgewechselt werden sollte. Bei großen Kesseln macht dieß, abgesehen von der Schwierigkeit der Handhabung und der Zugänglichkeit, zu viel Störung. Bei dem neuen Kessel ist deßhalb eine andere Verbindungsweise, welche das Herausnehmen einzelner Röhren gestattet, in Anwendung gebracht worden. Diese verbesserten Kniee zeigen Fig. 10 und 11. |249| An den Röhrenenden befinden sich angeschweißte Bundringe, und die Enden der Kniee haben dagegen entsprechende Vertiefungen. Die Kniee werden nun gegen die Bundringe der Röhren durch einen Schraubenbolzen M angezogen, welcher durch eine Bohrung im Knie hindurchgeht, und in der Mitte zwischen den beiden Röhren liegt. Das Gewinde des Schraubenbolzens geht in einer Platte N, welche sich gegen die inneren Flächen der Bundringe anlegt. Die Durchgangsöffnung des Kniees ist zur Seite des Befestigungsbolzens ausgebogen, damit der Querschnitt derselben nicht verengt wird. Bei dieser Einrichtung können die einzelnen Röhren durch die am vorderen und hinteren Ende befindlichen Thüren B beliebig herausgenommen und ausgewechselt werden. Die Enden der Röhren gehen durch die Röhrenplatten hindurch, welche die gußeisernen Kniee gegen die unmittelbare Einwirkung des Feuers schützen, und entweder auf dem Mauerwerk des Ofens aufruhen, oder oben an Tragbalken Q aufgehängt sind. Die Verbindung zwischen den Röhren und dem Reservoir läßt sich durch Ventile aufheben, so daß Wasser und Dampf, so lange eine Reparatur dauert, im Reservoir zurückgehalten werden können.

Der hauptsächliche Vortheil dieses Kessels besteht darin, daß in demselben Hochdruckdampf mit größerer Sicherheit erzeugt wird, als in den gewöhnlichen Kesseln niedrig gespannter Dampf. Das Reservoir C ist der einzige Theil des Kessels, welcher so viel Dampf enthält, daß durch denselben eine Explosion veranlaßt werden könnte; er hat deßhalb, um dem Dampfdruck möglichst kräftig zu widerstehen, eine möglichst einfache Gestalt, die zugleich die größte Sicherheit gewährt, und ist der Einwirkung des Feuers entzogen. Die schädlichen Einflüsse der übermäßigen Erhitzung und der wechselnden Temperatur, welche sonst gewöhnlich die Beschädigungen und Explosionen der Kessel veranlassen, sind dadurch gänzlich beseitigt. Nur das Röhrensystem ist dem unmittelbaren Feuer ausgesetzt; die Röhren haben aber einen so kleinen Fassungsraum, daß eine etwaige Explosion keinen Schaden verursacht, sondern höchstens durch das auslaufende Wasser das Feuer verlöscht. Es hat sich dieß bereits an einem Kessel des Berichterstatters bestätigt. Als während des Betriebes von Kessel und Maschine eine Röhre zersprang, war die Wirkung hiervon so unbedeutend, daß man den Vorfall nicht einmal sogleich bemerkte, sondern erst durch die sinkende Dampfspannung und das in das Feuer niederfallende Wasser aufmerksam gemacht wurde.

Wesentlich eigenthümlich ist dieser Kesselconstruction die Anwendung der Circulationspumpe, durch welche eine ununterbrochene und regelmäßige Circulation des Wassers in dem die Heizfläche des Kessels bildenden |250| Röhrensystem unterhalten wird.40) Dieses Princip der künstlich erzeugten Wassercirculation gibt erst dem Röhrenkessel seinen vollständigen Erfolg, weil er, in Verbindung mit der Circulation, bei dem kleinsten Aufwand von Material das größte Maaß von Sicherheit gewährt, während bei der natürlichen Circulation der Dampf sich viel zu rasch bilden und das Röhrensystem durch die Hitze zerstört werden würde. Man kann der künstlichen Wassercirculation den Vorwurf machen, daß der Betrieb des Kessels von ihr abhängig ist, und daher durch sie gestört werden kann; es ist jedoch noch nie eine hierdurch veranlaßte Störung vorgekommen, was wohl hauptsächlich der Einfachheit der Pumpenconstruction zu verdanken ist. Während der 10 Monate, in welchen der Kessel ununterbrochen im Gange war, hat die Circulationspumpe stets gut gearbeitet, und wenn Störungen vorkamen, so waren sie nur durch äußere Veranlassungen herbeigeführt, wie z.B. im verflossenen Winter durch Einfrieren des Wassers. Beim Anlassen macht der Umstand, daß die Circulationspumpe noch nicht im Betriebe ist, gar keine Schwierigkeit, weil vor Beginn der Dampfbildung das Wasser in den Röhren nicht zu circuliren braucht, die Pumpe selbst aber bei ihrer geringen Betriebskraft mit der beginnenden Dampfbildung sogleich in Thätigkeit gesetzt werden kann.

Ein anderer Vortheil des Kessels besteht darin, daß er leicht transportabel ist. Das größte Stück, das Reservoir, ist nur 1/10mal so groß als ein gewöhnlicher, für Erzeugung einer gleichen Dampfmenge bestimmter Kessel, und die Röhren können bündelweise verpackt werden. Man hat daher nicht nur ein viel geringeres Gewicht, sondern auch ein geringeres Volumen zu transportiren. Die Raumersparniß, welche der aufgestellte Kessel gewährt, ist ebenfalls sehr bedeutend; er nimmt nur 1/6 bis 1/4 des Raumes ein, den ein Cornischer von gleicher Stärke braucht.

Die Kosten solcher Kessel betragen, wenn ihre Stärke 25 Pferdestärken überschreitet, eingerechnet die Circulationspumpe und die Armatur, wenig mehr als die der gewöhnlichen Kessel, weil viele Theile mehrmals vorkommen. Kleinere Kessel kosten freilich verhältnißmäßig mehr, weil man immer die Pumpe haben muß, die in kleineren Dimensionen beinahe eben so viel kostet als in größeren. Bei diesem Vergleich ist angenommen, daß der Dampfdruck 25 bis 50 Pfund auf den Quadratzoll beträgt. Da aber der neue Kessel besonders für hohe Spannungen von 100 bis 150 Pfund bestimmt ist, so werden die Anlagekosten, auf die Pferdestärke bezogen, noch viel billiger. Und in allen Fällen wird der Transport und die Aufstellung billiger. Die durchschnittliche Dicke der Kesselröhren |251| beträgt nicht über 1/8 Zoll, und da ihre gesammte Oberfläche als directe Heizfläche wirkt, so kann man hieraus abnehmen, wie viel an Gewicht gegen die gewöhnlichen Kessel mit 3/8 bis 1/2 Zoll Dicke erspart wird. Endlich muß noch darauf aufmerksam gemacht werden, daß an Kesseln dieser Art Reparaturen sich sehr leicht vornehmen lassen.

Dampf und Wasser werden zwar gemeinschaftlich aus dem Röhrensystem in das Reservoir übergeführt, allein sie werden doch vollständig von einander getrennt, und der Dampf strömt völlig trocken ab. Hiervon hat man sich dadurch überzeugt, daß man oberhalb und unterhalb des Abflußrohres G im Reservoir Abblasehähne anbrachte, wobei man fand, daß durch den oberen Hahn nur Dampf und durch den unteren nur Wasser ausströmte. Diese vollständige Absonderung des Wassers vom Dampf hat ihren Grund darin, daß das Reservoir der directen Einwirkung des Feuers nicht ausgesetzt ist, und der Wasserspiegel in demselben fast ganz ruhig bleibt. Zugleich kann der Dampf in diesem Kessel überhitzt werden, indem man ihn aus dem Reservoir durch das Rohr R nach dem oberen Theile des Feuerraumes in das Röhrensystem S leitet, aus dem er dann durch das Rohr T nach der Maschine abströmt. Die Ueberhitzungsröhren S sind in gleicher Weise angeordnet und mit einander verbunden, wie die für die Dampfbildung bestimmten Röhren A.

Dieser Kessel verdampft, mit Kleinkohle von Staffordshire geheizt, 5 1/2 Pfund Wasser mit 1 Pfund Kohle, wobei das Reservoir und die Dampfleitungsrohre noch nicht gegen äußere Abkühlung geschützt sind. Vom ersten Anfeuern an wird binnen 25 Minuten Dampf von 10 Pfd. Spannung erzeugt und die Circulationspumpe in Gang gesetzt, 10 Minuten später beträgt die Dampfspannung 35 Pfund, und die Maschine wird in Gang gesetzt, und noch 10 Minuten später, also im Ganzen 45 Minuten nach dem ersten Anfeuern, arbeitet die Maschine mit ihrer vollen Kraft. Die Heizfläche betrug bei dem Versuche, der zur Ermittelung dieser Werthe besonders angestellt wurde, 460 Quadratfuß, d.h. nur 7/10 der gesammten Heizfläche, und 3/10 waren außer Thätigkeit gesetzt. In der Mittagszeit und zu anderen Zeiten, während welcher die Maschine stillsteht, schließt man das Register, öffnet die Feuerthüre, bedeckt das Feuer mit Asche und Kohlenklein, und erhält die Circulationspumpe in einem so langsamen Gang, als es nur die Construction derselben gestattet; dadurch wird die Dampferzeugung unterbrochen, und zugleich werden die Röhren gegen übermäßige Erhitzung geschützt. Soll dann die Maschine wieder in Gang gesetzt werden, so wird 5 bis 10 Minuten vorher das Feuer geschürt und mit frischen Kohlen gespeist; dieß genügt, um für den vollen Gang der Maschine wieder regelmäßig die gehörige Menge |252| Dampf zu erzeugen. Die Dampfspannung kann übrigens in diesen Kesseln nicht mit derselben Gleichmäßigkeit auf einer gewissen Höhe erhalten werden, als in den gewöhnlichen Kesseln, weil der Dampfraum verhältnißmäßig klein ist; doch ist die Gleichmäßigkeit, welche erzielt werden kann, immer noch für alle praktischen Zwecke ausreichend.

Um sicher zu seyn, daß die Spannung, mit welcher der Dampf der Maschine zuströmt, eine gewisse Grenze niemals übersteige, und um zu verhindern, daß der Maschine aus einer durch den kleinen Dampfraum hervorgerufenen, übermäßigen Spannung eine Gefahr erwachse, hat der Berichtstatter das (im polytechn. Journal Bd. CLXII S. 1 beschriebene) Regulirungsventil Z, welches seinem Zweck vollständig entspricht, in die Leitung eingeschaltet.

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Dieses Princip wurde bereits von J. Fr. Spencer angewandt; man s. die Beschreibung seines Hochdruckkessels im polytechn. Journal Bd. CLVII S. 241. A. d. Red.

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