Titel: Rankine, über den Einfluß der Reibung auf die mechan. Wirkung des Dampfes.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1866, Band 182, Nr. XCV. (S. 355–358)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj182/ar182095

XCV. Einfluß der Reibung auf die mechanische Wirkung des Dampfes, nach Macquorn Rankine.

Im Engineer war darauf aufmerksam gemacht worden, daß die Wärme, welche durch die Reibung der Kolben und Kolbenstangen von Dampfmaschinen hervorgebracht wird, ganz oder theilweise dem Dampfe mitgetheilt werden und daher auf die Arbeit des Dampfes und den Wärmeverbrauch desselben Einfluß haben muß. Auf der kürzlich in Nottingham |356| stattgehabten Versammlung der British Association gab Prof. Macquorn Rankine folgende theoretische Beleuchtung dieses Einflusses:

Es bezeichne W die gesammte indicirte Arbeit des Dampfes in einer gewissen Zeit, einschließlich der durch Reibung im Cylinder verloren gehenden, F sey dieser verlorengehende Theil, so daß also WF die nutzbare Arbeit, endlich sey H die in derselben Zeit von dem Dampfe aufgenommene Wärme, in Arbeitseinheiten ausgedrückt; dann ist W/H der Wirkungsgrad des Dampfes, ohne Rücksicht auf die Reibung. Berücksichtigt man den Arbeitsverlust, aber nicht den Wärmegewinn durch die Reibung, so vermindert sich der Wirkungsgrad auf (WF)/H. Ist der Cylinder mit Dampfmantel versehen und gegen Wärmeverlust geschützt, so muß die gesammte Wärme, welche durch die Kolbenreibung hervorgebracht wird, dem Dampfe mitgetheilt werden, und da feuchter Dampf die Wärme viel besser leitet als Luft, so ist es wahrscheinlich, daß auch von der durch die Reibung der Kolbenstange hervorgebrachten Wärme nur ein kleiner Theil entweicht, ohne ebenfalls von dem Dampfe aufgenommen zu werden. Wird also angenommen, daß alle durch die Reibung im Cylinder erzeugte Wärme vom Dampfe aufgenommen wird, so wird eine entsprechende Menge Wärme erspart und der Wirkungsgrad des Dampfes wird = (WF)/(HF), also kleiner als W/F, d.h. als der Wirkungsgrad bei Vernachlässigung der Reibung, aber größer als (WF)/H, d.h. der Wirkungsgrad mit Rücksicht auf die Reibung, aber bei Vernachlässigung der Wärmeersparniß. Bei einer Maschine z.B., bei welcher der Dampf mit einem absoluten Druck von 40 Pfd. oder einem Ueberdruck von 25,3 Pfd. per Quadrtz. engl. in den Cylinder tritt, der Hinterdruck 4 Pfd. per Quadrtz. beträgt und die mit 5facher Expansion arbeitet, ist der Wirkungsgrad ohne Berücksichtigung der Reibung W/H = circa 0,12. Absorbirt nun die Reibung im Cylinder 10 Proc. der indicirten Arbeit und wird die gesammte Reibungswärme vom Dampf aufgenommen, so daß also F = 0,1 W = 0,012 H, so ist der Wirkungsgrad (WF)/(HF) = (0,12 – 0,012)/(1,000 – 0,012) = 0,108/0,988 = 0,1093, während er bei Rücksicht auf die Arbeitsverluste durch die Reibung aber ohne Rücksicht auf die Wärmeersparniß (WF)/H = 0,108 seyn würde.

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Ist während eines kleinen Theiles der expansiven Wirkung des Dampfes dW die geleistete Arbeit einschließlich der Reibungsarbeit, dF der durch die Reibung verlorengehende Theil dieser Arbeit, t die absolute Temperatur während der Arbeit dW und k die dynamische spec. Wärme der Substanz, so ist der Wärmeverbrauch dieses kleinen Theiles der Arbeit nach dem zweiten thermodynamischen Gesetze: dH = tdφ, wobei die thermodynamische Function φ = k Log. nat. t + dW/dt. Wird alle Reibungswärme von der arbeitenden Substanz aufgenommen, und ist dH' der verminderte Wärmeverbrauch, so ist dH' = dHdF = tdφdF. Ist, wie häufig angenommen werden kann, die Reibungsarbeit ein constanter Bruchtheil f der gesammten Arbeit, also dF = fdW, so ist dH' = tdφfdW.

Die Wärmeersparniß durch Reibung in gewöhnlichen Dampfmaschinen besteht wahrscheinlich in einer Verminderung der Wärme, welche der Dampf im Cylinder erfordert, damit die Condensirung von Wasser in letzterem verhindert wird. Während der Expansion des Dampfes verschwindet bekanntlich Wärme, und zwar bewirkt ein Theil, 1/4–1/5, dieses Wärmeverlustes das Sinken der Dampftemperatur auf die dem verminderten Drucke entsprechende, während der übrige Theil, 3/4 bis 4/5, ein Flüssigwerden eines Theiles des Dampfes hervorruft. Dieses Flüssigwerden führt indirect einen großen Wärmeverlust mit sich, indem das Condensationswasser in den Condensator übergeht und dadurch dem Cylinder Wärme entzogen wird, die durch einen vermehrten Verbrauch von Kesseldampf ersetzt werden muß. Es muß also der Dampf während der Expansion fast trocken erhalten werden und dazu muß ihm Wärme zugeführt werden, welche 3/4 bis 4/5 der während der Expansion verschwindenden Wärme gleich ist. Diese Wärme kann von dem Kessel durch einen Dampfmantel oder durch Ueberhitzung oder durch beide zusammen geliefert werden und dieser Wärmebedarf wird vermindert durch die Wärme, welche in Folge der Reibung im Cylinder entsteht.

In vier von Rankine berechneten Fällen ist z.B., F = 1/10 W angenommen,

anfänglicher Dampfdruck per Quadrtf. engl. 16580 16580 4854 4854
Expansion 3,67 8,2 4,46 1,86
W in Fußpfund per Pfd. Dampf 132972 167050 107140 79500
H „ „ 921953 959798 910103 869278
Wirkungsgrad W/H 0,1442 0,174 0,1176 0,0915
Wirkungsgrad (WF)/(HF) 0,132 0,1595 0,1073 0,083
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Die durch Reibung im Cylinder erzeugte Wärme macht also nur einen kleinen Theil der gesammten aufgewendeten Wärme aus – im Vergleich zu der, welche nöthig ist, um die Condensirung von Dampf im Cylinder zu verhüten, aber oft einen bedeutenden. (Deutsche Industriezeitung, 1866, Nr. 42.)

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