Titel: Donkin's horizontale Expansionsmaschine mit Farey's Dampferhitzer.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1870, Band 196, Nr. II. (S. 7–11)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj196/ar196002

II. Horizontale Expansionsmaschine (liegende Woolf'sche Maschine) mit Farey's Dampferhitzer, von Bryan Donkin und Comp. in Bermondsey.

Nach Engineering, Januar 1870, S. 3.

Mit Abbildungen auf Tab. I.

Die liegenden Woolf'schen Dampfmaschinen, welche die Firma Bryan Donkin und Comp. in Bermondsey baut, sind in ihrer Anordnung durch die Ansicht und den Grundriß in Figur 1 und 2 dargestellt.

Die Dampfmaschine hat zwei hintereinander in einer Achsenlinie liegende Cylinder; die beiden Kolbenstangen passiren je den äußeren Cylinderdeckel und sind durch die beiden Kreuzköpfe b und c und zwei äußere, zu beiden Seiten der Cylinder laufende Führungsstangen a, a verbunden. Dieser Rahmen gleitet auf den Führungsflächen d und d', welche genügend geschmiert und so breit sind, daß die Belastung durch die Gleitklötze nicht mehr als 20 Pfund pro Quadratzoll beträgt.

Um das ovale Auslaufen der Cylinder durch die Kolben zu verhüten, werden beim Montiren die beiden Kolbenstangen |8| derart nach aufwärts gerichtet, daß dieselben mit den Kolben versehen, horizontal liegen, das Kolbengewicht also in Betreff der Cylinder vollständig aufgehoben (und der Druck auf die Gleitklötze übertragen) ist.

Die hinteren Führungen d' sind mit Deckplatten geschützt und beiderseits Stufen angebracht, um den Raum des Maschinenlocales nicht zu beschränken.

Die Steuerung ist eine verstellbare Expansionssteuerung; beide Schieber werden durch Excenter bewegt. Der große Cylinder ist mit einem gewöhnlichen Vertheilungsschieber versehen, welcher mit jenem des kleinen Cylinders durch eine Stange verbunden ist.

Der vom Hochdruck- zum Niederdruckcylinder gehende Dampf wird auf seinem Wege durch einen von Barnard W. Farey, Theilhaber der genannten Firma, patentirten Erhitzungsapparat H (Fig. 1 und im Detail in Figur 3 bis 6) erhitzt, dessen Construction unten beschrieben wird.

Noch kann erwähnt werden, daß der Condensator unter dem Boden des Maschinenlocales aufgestellt und daß die Luftpumpe, deren Kolbenstange durch eine einfache, in der Figur nicht ersichtlich gemachte Parallelbewegung geführt ist, durch ein an der Bleuelstange P angelenktes Verbindungsstück betrieben wird. Die Anordnung dieser Maschine ist einfach und bewährte sich als sehr praktisch.

Was nun die Einrichtung von Farey's Erhitzer anbelangt, so ist derselbe in Figur 3 bis 6 bei einer Maschinenanlage mit nebeneinander befindlichen Cylindern gezeichnet.

In Fig. 3 bezeichnet a den Hochdruck-, b den Niederdruckcylinder, welche beide von einem Dampfmantel umschlossen sind; derselbe wird mit Kesseldampf gespeist. Der Abzugscanal a² führt zum Erhitzer H, durch welchen der Dampf hindurchstreicht, ehe er zum Niederdruckcylinder gelangt.

Der Erhitzer ist aus einer Anzahl wellenförmig gegossener Platten d (Fig. 3) zusammengesetzt, welche an dem Umfang rahmenartig verstärkt sind. Die Ränder sind derartig eben gehobelt, daß die paarweise auf einander gelegten Platten 1,2 zwischen sich vertical über einander liegende, ⃟ förmige Canäle bilden, durch welche der aus dem kleinen Cylinder kommende Dampf zieht, indem die den Dampfcanälen zugekehrten Deckplatten p (Fig. 3) entsprechend durchbrochen sind. Der Apparat selbst ist mit Hülfe der Bolzen i in den Flanschen der Canäle a² und b² verschraubt.

Vom Dampfkessel wird durch das Rohr h frischer Dampf zum Erhitzer geführt. Derselbe durchstreicht die in Fig. 3 ersichtlichen verticalen Canäle, welche zwischen den Rücken der Platten 2 und 1 geblieben sind, |9| und welche durch die Spalten z mit dem Rohr h communiciren. Dadurch werden die gewellten Platten, resp. der Cylinderdampf erhitzt, dessen Weg sich mit jenem des Heizdampfes kreuzt. Letzterer entweicht durch das Rohr h in den Kessel oder in einen besonderen Dampfsammler.

Versuche, welche mit der Donkin'schen Maschine angestellt wurden, erwiesen, daß für den Leergang etwa 3/4 Pfund Dampfspannung pro Quadratzoll Kolbenfläche genügten, um die normale Geschwindigkeit zu erzielen; ein Beweis, wie gering die Reibungsverluste sind.

Bei den im Frühjahr 1868 mit einer solchen Dampfmaschine von nominell 40 Pferdestärken in der Papierfabrik zu Eichberg durchgeführten Versuchen2) stellte sich ein Dampfconsum von 20,11 Zollpfund |10| pro Stunde und indicirte Pferdekraft heraus. Mit 1 Pfund Kohle (Waldenburger Stückkohle) wurden 7 1/2 Pfund Wasser verdampft. Wäre der Dampfkessel ökonomischer mit Bezug auf das Brennmaterial construirt gewesen, so hätten wenig über 2 Pfund Kohle pro Indicatorpferdekraft und Stunde genügt.

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Die besprochene Maschine war jedoch nicht mit Farey's Erhitzer versehen gewesen; durch Untersuchungen einer Woolf'schen Balanciermaschine mit Erhitzungsapparat auf Donkin's Werken soll sich gezeigt haben, daß durch dessen Anwendung bei gleichbleibendem Dampfverbrauch eine um 7 1/2 Procent größere indicirte Leistung erzielt wurde. Ein gewiß sehr günstiges Resultat, welches Farey durch ein zweckmäßigeres Verhältniß zwischen den beiden Cylindern noch erhöhen will.

J. Z.

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Referent erlaubt sich an dieser Stelle auf die Versuche über den Verbrauch von Steinkohlen und Dampf einer 40pferdigen Dampfmaschine in der Papierfabrik zu Eichberg hinzuweisen, welche von O. Krieg in der Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, 1869 S. 231 (hieraus im Engineering, Mai 1869, S. 320) veröffentlicht wurden.

Die Maschine ist von B. Donkin und Comp. nach Farey's Patent gebaut und im Frühjahr 1868 aufgestellt worden; sie hat die Bestimmung, eine größere oder kleinere Anzahl von Holländern, je nach der vorhandenen Wassermenge zu treiben.

Am 30. September 1868 von Morgens 8 Uhr bis Nachmittag 2 Uhr stellte Krieg mit Hülfe von noch vier anderen Technikern die folgenden Versuche an, wobei die einzelnen Arbeiten folgendermaßen vertheilt waren.

Gemeinschaftlich mit einem zweiten Beobachter nahm Krieg selbst mit zwei Richards'schen Indicatoren bester Construction Diagramme von dem Dampfdruck, gleichzeitig im Hoch- und Niederdruckcylinder. Unmittelbar darauf wurde der jedesmalige Dampfdruck im Kessel selbst an einem offenen Quecksilbermanometer notirt.

Alle Viertelstunden wurde die Quantität und die Temperatur des aus dem Condensator entweichenden Wassers gemessen. Zu den Temperaturmessungen diente ein in 1/5 Grade getheiltes Thermometer nach Reaumur.

Ein dritter Beobachter, welcher während der ganzen Dauer der Untersuchungen das Kesselhaus nicht verlassen durfte, wog auf einer genauen Brückenwaage sowohl die zur Verbrennung gelangenden Kohlen, als auch das Speisewasser genau ab. Letzteres geschah in der Weise, daß das hierzu bestimmte Wasser in größeren Gefäßen abgewogen und dann in eine kleine, viereckige, mit Cement gemauerte Cisterne geschüttet wurde, aus welcher die Speisepumpe es nach Bedürfniß in den Kessel pumpte. Es wurde dabei besonders darauf geachtet, daß der Wasserstand in der Cisterne bei Anfang und Ende des Versuches genau derselbe blieb. Daß auch die Höhe des Wassers im Kessel selbst mit möglichster Schärfe fortwährend constant zu erhalten gesucht wurde, ist wohl nicht besonders zu erwähnen.

Die Arbeit des vierten Beobachters bestand darin, das aus der langen Dampfleitung und dem die Cylinder umgebenden Dampfmantel resultirende Condensationswasser, welches durch einen Wassersammler (steam trap) abgeschieden und in einzelnen Eimern fortwährend aufgefangen wurde, zu messen resp. zu wiegen und die Temperatur desselben zu bestimmen.

Ein fünfter Beobachter endlich hatte die Arbeit welche die Dampfmaschine während des sechsstündigen Versuches verrichtete, genau zu notiren und nach Möglichkeit darauf zu sehen, daß dieselbe constant blieb.

Bevor nun die Resultate selbst angegeben werden, seyen noch einige Notizen über die Dampfmaschine und über den Dampfkessel angeführt.

Die Dampfmaschine, nominell von 40 Pferdestärken, hat zwei hinter einander in einer Achsenlinie liegende Cylinder mit Dampfmantel. Der kleinere Hochdruckcylinder hat einen Durchmesser im Lichten von 16 Zoll engl. (406 Millimeter); |10| der Niederdruckcylinder von 30 Zoll engl. (762 Millimeter); der Hub beträgt 3 Fuß engl. (915 Millimeter). Die beiden Kolbenstangen sind durch zwei äußere zu beiden Seiten der Cylinder laufende Führungsstangen verbunden, auf welch letztere Anordnung speciell das Patent sich bezieht. Die Maschine macht 50 Umdrehungen pro Minute.

Der betreffende Dampfkessel ist von A. Borsig in Berlin gebaut und besteht aus dem cylindrischen Hauptkessel von 25 Fuß 10 Zoll rhein. (8,10 Meter) Länge, bei 5 Fuß 6 Zoll (1,73 Meter) Durchmesser, mit zwei durchgehenden Feuerrohren von 21 Zoll (550 Millimeter) Durchmesser und einem darunter liegenden großen Siederohre oder Vorwärmer von 3 Fuß (0,94 Meter) Durchmesser und 20 Fuß (6,28 Meter) Länge, welches durch Rohrstutzen von 18 Zoll (470 Millimeter) Durchmesser und 28 und 26 Zoll (732 und 630 Millimeter) Länge mit dem Hauptkessel verbunden ist. Die feuerberührte Fläche beträgt 700 Quadratfuß (70 Quadratmeter), die totale Rostfläche 20 Quadratfuß (2 Quadratmeter). Dieser Dampfkessel lieferte während des Versuches außer dem Dampfe für die Dampfmaschine nur noch den zum Betriebe der kleinen Kesselspeisepumpe nöthigen Dampf. Die Dampfleitung vom Kessel nach der Maschine ist 118 Fuß (37 Meter) lang und besteht aus einem gußeisernen Rohre von 4 3/8 Zoll rhein. (115 Millimeter) innerem Durchmesser; dasselbe ist von Außen mit Lehm und Stroh wohl eingehüllt.

Der ganze Versuch dauerte sechs Stunden; nachstehend sind jedoch nur die Resultate der ersten vier Stunden mitgetheilt, während welcher die durch die Indicatoren angezeigte Arbeitsleistung fortwährend sehr constant, nämlich = 67 3/4 Pferdestärken blieb, während in den folgenden zwei Stunden die Arbeitsleistung absichtlich bedeutend reducirt wurde. Eine längere Fortführung der Versuche mit so minutiöser Bestimmung des Brennmateriales, des Dampfquantums u.s.w., ließ sich wegen der dadurch herbeigeführten Störungen im Betriebe der Fabrik nicht ausführen. Folgendes waren die Resultate des vierstündigen Versuches:

1) Die Dampfspannung an dem im Kesselhause befindlichen offenen Quecksilbermanometer zeigte sehr constant 47 1/2 Pfund Druck pro Quadratzoll (3,47 Kilogrm. pro Quadratcentimeter).

2) Von Kohlen wurden während der vier Stunden 803 Zollpfund verbrannt. Es waren dieß Stückkohlen aus der Glückhülfsgrube bei Waldenburg in Schlesien. Dieselben ergaben 8 Procent Asche und Abfall; der Preis derselben beträgt 20 Sgr. pro Tonne von circa 400 Pfund Gewicht ab Grube, oder 26 Sgr. franco Fabrik (9,1 resp. 11,8 Sgr. pro Hektoliter zu circa 90 Kilogrm.).

3) Das Totalgewicht des Wassers, welches innerhalb jener vier Stunden von dem Kessel verdampft wurde, betrug 6001 Zollpfund. Es verdampfte mithin 1 Pfund Kohle 7,47 Pfund oder rund 7 1/2 Pfund Wasser. Das Speisewasser wurde ein wenig dadurch vorgewärmt, daß der abgehende Dampf der Kesselspeisepumpe in dasselbe eingeleitet war; die Temperatur desselben war im Mittel = 35° C.

4) Die aus der Berechnung der Indicatordiagramme sich ergebende Stärke der Maschine war, wie schon oben angegeben, während der Zeit des Versuches sehr constant = 67 3/4. Pferdestärken.

5) Die Umdrehungen der Maschine variirten zwischen 49 1/2 und 50 1/2 pro Minute.

6) Das Condensationswasser betrug sehr constant 790 1/2 Pfd. pro Minute; es hatte ursprünglich die Temperatur von 14,5° C. und verließ den Condensator mit 29,1° C.; die Temperatur desselben hatte sich demnach um 14,6° C. erhöht. Die mittlere Temperatur der Luft war am Beobachtungstage 16° C. Das Condensationswasser wurde durch einen kleinen Ueberfall über einen 6 Zoll (155 Millim.) breiten Ausschnitt aus einem dünnen Brete gemessen; die überfallende Wasserschicht war 3 1/8 Zoll (81 Millim.) hoch, woraus sich das obige Quantum berechnet.

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7) Es gingen demnach pro Minute für jede durch den Indicator angezeigte Pferdestärke mit dem Condensationswasser (790 1/2 . 14,6)/67 3/4 = 170,3 Wärmeeinheiten davon.

8) Das Totalgewicht des aus dem Dampfzuleitungsrohre und dem Dampfmantel aufgefangenen Condensationswassers während der vier Stunden betrug 672 Pfund und hatte eine Temperatur von 93° C.

9) Die Arbeit, welche die Dampfmaschine zu verrichten hatte, war, sechs Ganzzeugholländer zu treiben, und zwar zwei große à 180 bis 200 Pfund Stoff und vier kleine à 100 Pfd. Stoff, sowie eine große Centrifugalpumpe. Von dieser letzteren wurde durch einen späteren besonderen Versuch festgestellt, daß sie allein 18 Pferdestärken consumirte; rechnet man ferner auf die Bewegung der leeren Maschine circa 8 Pferdestärken ab, wie solches sich aus einem nachträglichen besonderen Indicatorversuche ergab, so bleiben auf die Holländer allein 42 Pferdestärken übrig, und es kämen auf einen großen circa 10, auf einen kleinen circa 5 bis 6 Pferdestärken, was mit anderweitigen Messungen sehr gut übereinstimmt.

10) Das Totalgewicht des während der vier Stunden in dem Kessel verdampften Wassers wurde schon oben mit 6001 Pfd. angegeben. Schätzt man nun das Gewicht des verdampften Wassers, welches durch den Betrieb der Kesselspeisepumpe und durch die Condensation in der ungewöhnlich langen Dampfleitung für die Maschine selbst verloren ging, nur auf 549 Pfund und bringt diese von den obigen 6001 Pfund in Abzug, so ergibt sich für die Dampfmaschine allein innerhalb jener vier Stunden ein Consum von 1601–549 = 5452 Pfd. Dampf, oder pro Stunde und Pferdestärke ein Consum von 20,11 Pfund Dampf.

11) Wir fanden oben unter 3), daß wir mit 1 Pfd. Kohle 7 1/2 Pfd. Wasser verdampft hatten; zur Erzeugung von 20,11 Pfd. Dampf würden demnach 2,7 Pfund Kohle gehören.

Die Donkin'sche Dampfmaschine consumirte mithin pro Stunde und Pferdestärke nur 2 7/10 Pfund von Waldenburger Stückkohle, gewiß ein Resultat, wie es günstiger selten zu treffen seyn möchte. Wäre der Dampfkessel noch ökonomischer in Bezug auf das Brennmaterial construirt, als der hier gebrauchte Borsig'sche Kessel, setzten wir vielmehr einen Dampfkessel der allerbesten Construction voraus, so würde diese Donkin'sche Maschine sogar nur 2 Pfd. Kohle pro Stunde und Pferdestärke verbraucht haben.

Schließlich ist noch zu bemerken, daß bei den oben angeführten Versuchen die Dampfmaschine nur mit 1/4 Füllung des kleinen Cylinders arbeitete und daß dieselbe Dampfmaschine bei einer neuen Untersuchung am 5. October 1868 bei 7/8 resp. ganzer Füllung 140 Pferdestärken leistete.

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