Titel: Marshall's Dampfkessel.
Autor: Marshall, J. G.
Fundstelle: 1865, Band 177, Nr. LVI. (S. 266–273)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj177/ar177056

LVI. Verbesserter Dampfkessel von J. G. Marshall in Leeds.

Aus dem London Journal of arts, Juni 1865, S. 350.

Mit Abbildungen auf Tab. V.

Der Zweck dieser Erfindung (patentirt in England am 13. Juni 1864) ist die Herstellung einer vollkommenen Circulation des Wassers im Kessel, so daß der Dampf unmittelbar nach seiner Bildung aus dem Wasser entweichen und dem darüber befindlichen Dampfraum zuströmen kann. Zugleich werden die kälteren Theile des Wassers mit der dem Feuer ausgesetzten Kesselfläche rasch in Berührung gebracht, wodurch ebenfalls die Dampfentwickelung beschleunigt wird.

Fig. 17 stellt eine Art dieser Constructionsmethode dar; der Kessel besteht hierbei aus einer Anzahl heberförmiger Rohre, welche in geeigneter Weise an einer horizontalen Platte befestigt sind. Diese Rohre haben zwei Schenkel von verschiedener Länge, von welchen der kürzere a an seinem oberen und offenen Ende mit dem unteren Theile des Kesselwassers und der längere a', ebenfalls an seinem oberen und offenen Ende, mit dem oberen Theile des Kesselwassers in Verbindung steht. Die Röhren liegen im Feuerraum und sind daher einer sehr starken Hitze ausgesetzt, und die Platte b, in welcher sie oben befestigt sind, bildet die Bodenplatte des eigentlichen Kessels. In Folge der ungleichen Länge der Rohrschenkel a, a' und daher der Ungleichheit der Höhe der beiden offenen Rohrenden wird eine rasche Wassercirculation hergestellt, indem die kälteren Theile des Wassers im kürzeren Schenkel niedersinken und der Dampf im längeren Schenkel aufsteigt.

Fig. 18 zeigt im Verticaldurchschnitt eine Modification dieser Construction. Hier sind die gebogenen Heberrohre durch gerade verticale Rohre c, c ersetzt, die durch mittlere Scheidewände d in zwei Canäle getheilt werden. Beide Canäle münden oben aus, aber in verschiedener Höhe, und sind unten mit einander in Verbindung gesetzt, so daß eine |267| Strömung des Wassers in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung entsteht. Um die Ablenkung der sich bildenden Dampfblasen in den Aufsteigcanal zu erleichtern, ist die Scheidewand unten bei 1 entsprechend umgebogen. Zur größeren Sicherheit können auch noch einige Oeffnungen mit Ablenkplatten 2 in den unteren Theil der Scheidewand d eingeschnitten werden.

Fig. 19 zeigt im Verticaldurchschnitt einen nach diesen: Princip construirten Kessel. Der Feuerraum C ist mit einem Wasserraum D umgeben, welcher ähnlich wie die Röhren durch eine Scheidewand d' in zwei Canäle für die auf- und absteigenden Strömungen getheilt ist; auch diese Scheidewand ist unten mit mehreren Oeffnungen und Ablenkplatten versehen. E ist die Feuerthür des Ofens; F ist der Canal, welcher die gasförmigen Verbrennungsproducte aus dem Feuerraum in einen den Kessel umgebenden Zug führt. Das Speisewasser wird entweder direct in den den Feuerraum umgebenden Wasserraum eingeführt, oder vorher noch in einem im Canal F liegenden Röhrenapparat vorgewärmt.

Fig. 20 zeigt eine Modification, wobei die Rohre durch schmale Kammern ersetzt sind, wobei ebenfalls durch eine eingeschaltete Theilwand die Circulation des Wassers hervorgebracht wird.

A. Nagel's Wasser-Saugapparat zum Entleeren von Baugruben; Mittheilung des Hrn. Kämp in Hamburg.

Aus den Mittheilungen des hannoverschen Gewerbevereins, 1865 S. 78.

Mit Abbildungen auf Tab. V.

Einen zum Mindesten in seiner Verwendung durchaus neuen Wasser-Saugapparat hat der Civilingenieur Herr August Nagel jun. in Hamburg für eine von ihm in jüngster Zeit beschaffte Turbinen-Anlage in Fühlsbüttel bei Hamburg construirt und in Betrieb gebracht.

Wenn vor Allem die erzielten günstigen Resultate geeignet sind, nicht nur die Aufmerksamkeit aller im Wasserbau thätigen Techniker auf jenen Apparat zu lenken, sondern diesem auch eine baldige allgemeine Anwendung zu sichern, so ist die neue Erfindung auch schon deßhalb von großem Interesse, weil sie einen neuen Beweis liefert, daß oft als bekannt erachtete physikalische Erscheinungen in wissenschaftlichen Lehrbüchern längst theoretisch behandelt sind, bis endlich ein gesunder Gedanke |268| auf jene Erscheinung zurückgreift und sie mit überraschendem Erfolge für technische Zwecke benutzt.

Der Nagel'sche Wasser-Saugapparat, welcher in Folgendem beschrieben werden soll, hat in seinem Princip Vieles mit der längst bekannten Thomson'schen Wasserstrahlpumpe gemein, von deren Verwerthung für industrielle Zwecke bisher, wie es scheint, die Angabe des Erfinders abgehalten hat, nach welcher der Maximal-Wirkungsgrad jener Pumpe nur 0,18 beträgt.49)

Wie fast allen zur praktischen Geltung kommenden Erfindungen, so ist auch der Nagel'schen Construction die Erkenntniß eines besonderen Bedürfnisses vorausgegangen.

Für die baulichen Zwecke in Fühlsbüttel (Anlage zweier Turbinen von resp. 30 und 60 Pferdekräften zum Betriebe einer Mahlmühle nebst Holzstoffschleiferei) mußte eine unter dem tiefsten Wasserspiegel liegende Grube hergestellt werden, aus welcher durch irgend welche mechanische Mittel das vorhandene, wie das successiv zufließende Wasser zu beseitigen war.

Hier sprachen gegen die Anwendung sonst gebräuchlicher Betriebsmaschinen nebst Pumpwerken neben der sonst und überall gerechtfertigten Scheu vor großen Kosten an Geld und Zeit noch drei besondere locale Hindernisse.

Die an und für sich große Baugrube, ein schmales Rechteck, war von zwei Seiten her dem directen Druck des Unterwassers, von der dritten Seite sogar dem des Oberwassers ausgesetzt, und war schon bekannt, daß der Boden der Grube außerordentlich quellenreich war, so daß vorhergesehen werden konnte, daß das Leerpumpen, wenn es effectvoll seyn sollte, sehr starke Maschinen beanspruchen würde.

Ferner bot aber auch die Situation keinen irgendwie passenden Platz zur Aufstellung von Betriebsmaschinen nebst Pumpwerken.

Eine dritte ganz abnorme Schwierigkeit für die in der Baugrube zu beschaffenden Arbeiten bot sich in Fühlsbüttel durch folgende Verhältnisse. Die Tiefe des Unterwassers ist bei normalem Abfluß zu gering, um den Schiffsverkehr durch die nebenliegende Schleuse zu ermöglichen. Deßhalb ist der Mühlenbesitzer contractlich verpflichtet, wöchentlich zweimal die sonst vorhandene Gefällshöhe zum größten Theil zu opfern und das Oberwasser zum Zweck eines raschen Abfließens durch die vor der |269| Baugrube liegenden Freischützen, also durch die Baugrube selbst hinwegzulassen. Hierdurch entsprang für das anzuwendende Pumpwerk die große Aufgabe, die Baugrube, deren Klopfdamm inzwischen durch das überfließende Wasser unterspült und beschädigt wurde, in kürzester Zeit wieder zu entleeren.

Hiergegen war die vorhandene, späterhin zu den oben genannten technischen Zwecken zu verwerthende Wasserkraft von vornherein zur motorischen Anwendung geeignet, und lag insofern die Idee nahe, diese Kraft so viel als möglich direct zum Leerpumpen der Baugrube zu benutzen.

So kam denn Nagel auf den Gedanken, eine Wasserstrahlpumpe, im Princip ähnlich der Thomson'schen, zu construiren.

Da der Versuchsapparat von Thomson durchaus keinen Anhalt über die ihm eigenen Dimensionen bot, so ließ sich von vornherein gar nicht übersehen, ob eine Saugstrahlpumpe in den durch das vorliegende Bedürfniß gebotenen großen Dimensionen überhaupt functionsfähig sey; viel weniger noch ließ sich aus den Thomson'schen Resultaten irgend welcher Maaßstab über die für bestimmt vorliegende Zwecke zu ertheilenden Dimensionen gewinnen. Weniger bedeutungsvoll erschienen die aus dem vermeintlich geringen Maximal-Wirkungsgrad von 0,18 erwachsenden Bedenken, da die zu beschaffende Nettoleistung, das Leerpumpen der Baugrube, das Hauptziel seyn mußte, zu dessen Erreichung man sich gern einen so niedrigen Wirkungsgrad gefallen lassen konnte, so lange das vorhandene und sonst doch nutzlos verschwenderisch abfließende Stauwasser überhaupt genügend war. Jedenfalls war der Nutzen, der im Fall eines guten Erfolges an dem in Aussicht genommenen Saugapparat für den ausführenden Ingenieur entstand, bedeutend genug, um die Ueberwindung der sich in den Weg stellenden constructiven Hindernisse nicht zu scheuen.

Es beruht der Nagel'sche Saugapparat, welcher in Fig. 68 dargestellt ist, rein theoretisch gesprochen, gleich der Thomson'schen Wasserstrahlpumpe auf dem bekannten physikalischen Gesetz, daß das Wasser beim Durchströmen eines in seinen Querschnitten variablen Gefäßes an jeder Stelle des Gefäßes eine dem jedesmaligen Querschnitt entsprechende Geschwindigkeit annimmt, und daß diese Geschwindigkeit an denjenigen Stellen, deren Querschnitt kleiner als derjenige der Ausflußmündung ist, eine derartige Aenderung erleidet, daß der auf die Gefäßwand ausgeübte Druck bei jenen Verengungen kleiner als der Druck der äußeren Atmosphäre wird, wodurch es möglich wird, durch Röhren, welche man an jenen Verengungsstellen in das Gefäß führt, neues Wasser anzusaugen.

|270|

Fig. 6 zeigt den Grundriß des in Fühlsbüttel angewandten Wasser-Saugapparates und der Baugrube in 1/96 der wirklichen Größe. Fig. 8 gibt einen Längenschnitt des Apparates und Fig. 7 einen Querschnitt desselben nebst Ansicht der Saugröhre, in 1/48 der wirklichen Größe.

Direct an die Freifluth, hinter dem vertical stellbaren Schützen a, schließt sich ein im Querschnitt länglich viereckiger, hölzerner Kasten b, c, d an, welcher auf den Gerinneboden des Freigerinnes befestigt ist. Dieser Kasten ist von b bis c in verticalem Sinne conisch zugespitzt, um den Eintritt des Wassers zu erleichtern; er ist ferner von c bis d in horizontalem Sinne conisch erweitert, um ihn zum Ansaugen des bei e in einem flachen Canal eingeführten Steigwassers geeignet zu machen.

An der Stelle des Eintrittscanales e für das Saugwasser ist ein viereckiger eiserner Kasten f hermetisch schließend auf den Holzkasten aufgesetzt, und geht ersterer in seiner seitlichen Verlängerung in einen kreisrunden Querschnitt von 9 Zoll engl. lichtem Durchmesser über. Die ebenfalls 9 Zoll engl. lichte Saugröhre g ist an diesen Kasten angeschraubt und mündet mit ihrem unteren verticalen Theil in die Baugrube m, aus welcher das Wasser zu schöpfen war.

Die Vorgänge an dem Apparat sind sehr einfach. Nach Oeffnen des Schützes a fließt das Stauwasser mit der von seiner Druckhöhe abhängigen Geschwindigkeit durch den Holzkasten b, c; es wird vor dem Saugcanal e contrahirt, dagegen findet es von c bis d Gelegenheit sich auszubreiten, und es entsteht in Folge hiervon bei e ein Evacuiren, welches bewirkt, daß die in f befindliche Luft, resp. das dort bereits vorhandene Wasser, mit fortgerissen wird, so daß neues Wasser aus der Baugrube nach dem Holzkasten gesaugt wird.

Da der Apparat seine praktische Brauchbarkeit erst documentiren sollte, so hatte Herr Nagel gut gethan, ihn mit einigen Sicherheitsvorkehrungen zu versehen.

Hierzu gehört vor Allem die um s drehbare hölzerne Klappe k am Ende des Holzkastens, welche dazu dient, bei Inbetriebsetzung des Apparates durch Anziehen mittelst eines Flaschenzuges an dem eisernen Bügel l die Klappe so weit aufzurichten, daß das Wasser gezwungen wird, zunächst den divergenten Theil c, d des Holzkastens gänzlich auszufüllen.

Das Schlußventil h in dem untersten Gliede der Saugröhre hat den Zweck, zu verhindern, daß das angesaugte Wasser in die Baugrube zurückfallen kann.

Um für das allmähliche Vertiefen der Baugrube zu genügen, war der unterste Theil der Sauggrube teleskopartig ausschiebbar.

In dem eisernen Kasten f ist noch ein durch zwei Schrauben von |271| außen her stellbarer Schieber i angebracht, welcher auf dem Canal e gleitet und dazu dient, diesen Canal nach Bedürfniß erweitern oder verengen zu können.

Die Klappe k zeigte sich als sehr wichtig, da ohne dieselbe der Apparat nicht immer sogleich zum Ansaugen kam.

Es erübrigt nun noch, von den Resultaten zu berichten, welche in Fühlsbüttel durch die Anwendung des Nagel'schen Saugapparates erzielt wurden.

Zunächst wäre hier zu erwähnen, daß der Zweck, nämlich das Entleeren und Freihalten der Baugrube von Wasser, durch den Apparat vollständig und zwar in einer Weise erreicht wurde, die für den Augenzeugen, zumal im Hinblick auf die sonstigen schwerfälligen Pumpvorrichtungen, etwas geradezu Ueberraschendes bot.

Die 80 Fuß engl. lange und 18 1/2 Fuß engl. breite Baugrube wurde bis auf mehr als 8 Fuß Tiefe im Verlauf einer kleinen halben Stunde frei von Wasser gemacht und durch die weitere Thätigkeit des keinerlei sonstige Bedienung beanspruchenden Apparates auch frei von Wasser erhalten, obwohl durch die sehr undichten Wände und namentlich auch aus dem überaus quellenreichen Boden der Baugrube fortwährend noch mehr Wasser zufloß, als die an und für sich schon ungünstigen Vermuthungen hatten voraussehen lassen.

Das der Baugrube entnommene Wasser war nichts weniger als rein, sondern enthielt allerlei mechanische Beimengungen, so zwar, daß es für den Betrieb eines gewöhnlichen Pumpwerkes unzweifelhaft beträchtliche Störungen herbeigeführt haben würde. Fand sich doch nach den ersten Tagen der Inbetriebnahme des Apparates in dem Kasten f eine wahre Sammlung von completen Ziegelsteinen vor, die alle aufgesaugt waren, ohne die Strahlpumpe schadhaft zu machen.

Wenn der Wasserspiegel in der Baugrube einige Zoll tiefer gesunken war als der unterste Rand der Saugröhre, so riß merkwürdiger Weise der angesaugte Strahl nicht ab, sondern zog sich nach der Sauggrube hinauf und nahm so viel Luft mit sich, bis der Saugkraft des Apparates genügt war.

Als ein sehr bedeutungsvolles Resultat an dem Nagel'schen Saugapparat ist zu berichten, daß der Apparat noch richtig functionirte selbst als die Saughöhe die Gefällshöhe des Betriebswassers (6–8 Fuß engl.) übertraf. Hiernach wäre thatsächlich festgestellt, daß die Theorie, welche Zeuner in seinem Werke „das Locomotiv-Blasrohr, Zürich 1863“ für die Thomson'sche Wasserstrahlpumpe aufstellt, keine Gültigkeit für den Nagel'schen Saugapparat hat. Bei |272| diesem sind, wie aus der beigegebenen Zeichnung ersichtlich ist, sämmtliche Querschnitts-Veränderungen überall stetig in einander übergeführt, so daß alle „plötzlichen Geschwindigkeits-Aenderungen“ und mit ihnen die resultirenden beträchtlichen Effectverluste vermieden sind, ebenso wird bei dem Nagel'schen Apparate die ungünstige Zeuner'sche Annahme umgangen, daß das angesaugte Wasser kurz vor seinem Zusammentreffen mit dem Betriebswasser in Folge des an dieser Stelle sehr weiten Gehäuses seine Geschwindigkeit gänzlich verloren habe.

Es läßt sich bei genauer Einsicht in die constructiven Principien des Nagel'schen Saugapparates nicht verkennen, daß derselbe, wenn man ihn überhaupt mit der Thomson'schen Wasserstrahlpumpe in Vergleich ziehen will, vor dieser außerordentlich viel voraus hat, abgesehen selbst von dem wesentlichen Unterschiede, daß diese, so viel mir bekannt, bisher nie über den Werth eines physikalischen Versuchsapparates hinausgegangen ist, während jener sich nunmehr als eine praktische Pumpvorrichtung direct für technische Zwecke, wenn auch bisher nur specieller Art, bewährt hat.

Der gewählte rectanguläre Querschnitt, welcher durch die aus pecuniären Rücksichten vorgezogene Holzconstruction geboten war, erwies sich wegen der ohnedieß rectangulären Schützenöffnung und wegen der dadurch ermöglichten leichten Stellbarkeit des Saugcanals e als praktisch.

Bezüglich des Wirkungsgrades am Nagel'schen Saugapparate wurden in Fühlsbüttel keine Wassermessungen auf die gewöhnlichste Art durch Ueberfall oder Poncelet-Mündung vorgenommen, da diese, wie bekannt, im Großen auf Unzulänglichkeiten führen, und sind deßhalb nur Manometerstände an den einzelnen Theilen des Apparates beobachtet und in Betracht gezogen worden.

Für jeden Sachverständigen, der sich mit dem wahren Princip der Wasser-Strahlpumpe vertraut gemacht hat, ist es wohl einleuchtend, daß der von Thomson angegebene Maximal-Wirkungsgrad = 0,18 nicht allgemein stichhaltig ist, daß derselbe vielmehr bei einer richtig angelegten Construction höher gebracht werden kann, und daß Thomson's Angabe nur für den von ihm angewendeten Apparat Gültigkeit hat, dessen ungünstig gewählte Verhältnisse (so weit dieselben mit den darüber bekannten Zeichnungen übereinstimmen) allerdings einen so geringen Nutzeffect voraussehen ließen.

In einem speciellen Falle, wie dem eben beschriebenen, hat übrigens die Frage nach dem Wirkungsgrade nur eine untergeordnete Bedeutung.

Viel wichtiger ist die Thatsache, daß die angewendete Saugstrahlpumpe den an sie gestellten Anforderungen reichlichst entsprochen hat, |273| daß sie, um noch einmal Alles kurz zusammenzufassen, die Baugrube in kürzester Zeit leer pumpte und allezeit frei von Wasser erhielt, daß sie zu dieser Leistung keine andere als die vorhandene, sonst nutzlos gebliebene Wasserkraft verwendete, daß ihr Betrieb durchaus kostenfrei geschah, indem sie nicht einmal andere Bedienung als die anfängliche zum Oeffnen des Schützens und der geeigneten Handhabung der Klappe verlangte, daß das sehr unreine Saugwasser keinen Augenblick Anlaß zu Betriebsstörungen gab, und daß selbst die Anschaffung und Aufstellung des äußerst einfachen Apparates außerordentlich billig war.

In wie vielen Fällen, wo ähnlich wie in Fühlsbüttel die vorhandene Wasserkraft ebenfalls von vornherein zur Verfügung stand, hat man bisher viel Geld und Zeit geopfert für die Anschaffung, die Aufstellung und den theuren Betrieb anderer complicirter Pumpvorrichtungen; wie oft glaubte man sogar bei vorhandener Wasserkraft sich genöthigt, die Anlage eines Werkes zum Nachtheile des Ganzen wesentlich zu modificiren, weil die Baukosten, welche sich durch die Schwierigkeiten beim Leerpumpen der Baugrube so wesentlich steigerten, die Rentabilität des ganzen Unternehmens gefährdeten!

Gegen Leiden dieser Art wird Nagel's Saugapparat in Zukunft den Wasserbau-Technikern eine praktische Abhülfe geben.

|268|

Man vgl. Weisbach's Ingenieur- und Maschinen-Mechanik, Theil III S. 1188.

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