Titel: Neuerungen an Condensatoren für Dampfmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1883, Band 247 (S. 5–11)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj247/ar247002

Neuerungen an Condensatoren für Dampfmaschinen.

Patentklasse 14. Mit Abbildungen auf Tafel 1 und 5.

Die Anwendung von Condensatoren bei Dampfmaschinen behufs Erzielung einer Verdünnung vor dem Kolben hat mit der Steigerung der benutzten Dampfspannung an Bedeutung verloren. Wo das zur Condensation nöthige Kühlwasser auf eine beträchtliche Höhe gehoben werden muſs, wird häufig der Nutzen der Condensation den Arbeitsverbrauch für den Betrieb der Luft- und Kaltwasserpumpen nicht aufwiegen, ganz abgesehen von den gröſseren Anlagekosten. Zuweilen sind jedoch auch unzweckmäſsige Einrichtungen, unnöthig groſse Pumpen u. dgl., an einem ungünstigen Ergebniſs Schuld. Wenn man z.B. statt eine Condensatorspannung von 0at,1 oder noch weniger zu verlangen, sich mit einer Verdünnung bis auf 0at,2 (entsprechend 60° Temperatur) begnügte, so würde 1k des Kühlwassers, eine Temperatur desselben von 15° vorausgesetzt, nahezu 60 – 15 = 45c aufnehmen können, statt 46 – 15 = 31c bei 0at,1 Spannung; es würde also ungefähr ⅔ des sonst nöthigen Kühlwassers genügen; auſserdem erhielte man wärmeres Speisewasser.

Die Benutzung von Condensatoren unter Atmosphärendruck, d.h. die Benutzung eines Theiles der im Abdampf enthaltenen Wärme zum Vorwärmen des Speisewassers findet in Deutschland im Allgemeinen noch zu wenig Beachtung. In der Regel läſst man bei den Auspuffmaschinen allen Dampf in die freie Luft ausblasen, während doch durch die Vorwärmung |6| des Speisewassers mittels eines Theiles des Abdampfes bis auf nahezu 100° eine ganz bedeutende Ersparniſs an Brennmaterial erzielt und ein reineres und von Luft freieres Wasser in den Kessel geschafft wird. Nur wo der ausblasende Dampf lästig wird, wie z.B. auf den Locomotiven der Straſsen- und unterirdischen Bahnen, hat man Vorrichtungen zum Niederschlagen des Dampfes angewendet. Am vortheilhaftesten dürfte es in vielen Fällen sein, einen Theil des Abdampfes zum Betrieb eines Injectors zu benutzen, wobei die Speisepumpe überflüssig oder nur Aushilfsspeisevorrichtung wird.

Die nachstehend aufgeführten Neuerungen betreffen hauptsächlich Oberflächen-Condensatoren sowohl mit, als auch ohne Luftpumpen. Dieselben haben vor den Einspritz-Condensatoren bekanntlich den Vorzug, daſs sie zur Erzeugung einer Verdünnung kleinere Luftpumpen erfordern, weil bei diesen die aus dem Einspritzwasser sich ausscheidende Luft entfernt werden muſs; daſs ferner der Wasserstand im Kessel bequem auf gleicher Höhe erhalten werden kann und daſs die Kesselsteinablagerungen fortfallen, wenn man immer wieder dasselbe Wasser benutzt. Die Hauptübelstände der Oberflächen-Condensation sind die Verunreinigung des Wassers durch die aus der Maschine mitgerissenen Fetttheilchen und der verhältniſsmäſsig groſse Raum, welchen die Condensatoren einnehmen. Die Bestrebungen zur Verbesserung derselben gehen daher meistens darauf hinaus, in möglichst kleinem Räume eine möglichst groſse Kühlfläche herzustellen und ein bequemes Reinigen zu ermöglichen.

Der in Fig. 1 bis 6 Taf. 1 dargestellte Condensator von R. M. Marchant in London (* D. R. P. Nr. 18443 vom 11. August 1881) ist aus Buckelplatten zusammengesetzt, welche zu je zweien an den Rändern dicht mit einander verbunden sind (vgl. Fig. 4) und eine Zelle bilden. Eine gröſsere Anzahl solcher Zellen sind in zwei Gruppen in einem Kasten vertikal aufgestellt. Vier an einem Ende geschlossene Röhren b (vgl. 2 und 3) halten mit Hilfe aufgeschraubter Muttern und zweier Platten c die Zellen einer Gruppe zusammen und dienen zugleich zur Befestigung an den Kastenwänden und zur Verbindung der einzelnen Zellen mit einander. Zu letzterem Zweck sind sie der Länge nach geschlitzt (vgl. Fig. 4) und die Ränder der Oeffnungen in den Buckelplatten aufgebogen und in einander geschoben. Die Dichtung wird an diesen Stellen durch einen übergelegten Gummiring, welcher von einem elastischen Klemmring gehalten wird, hergestellt. An der Vorderseite des Gehäuses sind zwei schmale Kasten a und a1 (vgl. Fig. 1 und 6) angebracht. Der Abdampf wird in den oberen Kasten a bei c (Fig. 1 und 3) eingeführt, stöſst hier zunächst auf eine Vertheilungsplatte und dann auf ein Drahtgazesieb c1, wodurch die Fetttheilchen zurückgehalten werden sollen. Durch die oberen Röhren b wird er darauf in die einzelnen Zellen vertheilt. Das niedergeschlagene Wasser gelangt durch die unteren Röhren b in den Kasten a1 und wird aus diesem durch die |7| Luftpumpe abgezogen. Ein Rohr d verbindet den oberen Kasten mit der Luftpumpe, so daſs auch ein Theil des Dampfes in diese gelangt. Das Kühlwasser tritt unten durch die Röhren c2 ein (vgl. Fig. 1 und 6) und flieſst oben durch d1 ab. Die in dem Kasten a1 sich etwa ansammelnde Luft wird durch die Röhre c3 mittels einer besonderen kleinen Luftpumpe abgesaugt.

Bei Mangel an Wasser soll Luft zur Kühlung benutzt werden. Das Gehäuse bleibt dann unter dem Kasten a1 (Fig. 5) für die Lufteinströmung ganz offen und die erwärmte Luft wird oben durch ein weites Rohr e oder e1 abgeführt.

Diese Einrichtung wird indessen nur dann am Platze sein, wenn der nöthige Luftzug zur Verfügung steht, wenn z.B. der Condensator auf einer Locomotive oder einem Schiffe mit nach rückwärts gekrümmtem Rohre e1 aufgestellt würde und die so erzeugte Luftströmung genügen sollte.

Sehr beachtenswerth ist die von R. M. Marchant benutzte Anordnung der Luftpumpe und der Speisepumpe, durch welche der Kreisprozeſs der Dampfmaschine zu einem vollkommeneren gemacht werden kann. daſs dies die eigentliche Absicht des Constructeurs war, geht allerdings nicht aus der Patentschrift hervor. Schon Zeuner hat in seinen Grundzügen der mechanischen Wärmetheorie, S. 498 ff. darauf hingewiesen, daſs man dem vollkommenen Kreisprozeſs bei den Dampfmaschinen möglichst nahe kommen würde, wenn man nicht den gesammten Abdampf in die freie Luft oder in einen Condensator ausströmen lasse, sondern einen Theil desselben, in Berührung oder gemischt mit dem Speisewasser, comprimire, also durch Druck zu Wasser verdichte. Man kann dabei das Mischungsverhältniſs so wählen, daſs der Dampf gerade vollständig zu Wasser geworden ist, sobald das Gemisch die Kesselspännung und damit auch die derselben entsprechende Temperatur erreicht hat. Hierdurch wird ein grosser Theil der im Abdampf enthaltenen Wärme, Welcher sonst in die freie Luft oder in das Kühlwasser des Condensators übergeht, gewonnen und an das Speisewasser abgegeben. Während dieses bei den Condensationsmaschinen nur auf etwa bei 40°, bei Auspuffmaschinen bis auf höchstens 90 bis 100° vorgewärmt wird, erhält es bei dem genannten Verfahren die Temperatur des Kesselwassers, bei 6at Spannung also z.B. eine solche von 160°. Die zur Compression des Dampfes nöthige Arbeit ist gegenüber dem Gewinn unbedeutend und wird z.B. bei Condensationsmaschinen unter Umständen dadurch mehr als aufgewogen werden, daſs die erforderliche Kühlwassermenge geringer ist als sonst.

Die Menge des Dampfes, welche dem Speisewasser beizumengen ist, damit derselbe bei der Compression sich vollständig niederschlage und das so erhaltene Speisewasser die Temperatur des Kesselwassers erhalte, läſst sich in folgender Weise bestimmen. Setzt man voraus, daſs bei |8| der Compression keine wesentliche Wärmemenge nach auſsen abgegeben werde, so kann man:1)

also

setzen, wobei:

, und .

Hierin bezeichnet: dq die unendlich kleine Zunahme der Flüssigkeitswärme, bezogen auf die absolute, veränderliche Temperatur T, ferner t1 die Temperatur des Gemisches zu Anfang, t2 die Temperatur am Ende der Compression, T1 die t1 entsprechende absolute Temperatur, y1 die gesuchte specifische Dampfmenge und r1 die Verdampfungswärme gesättigten Dampfes von der Temperatur t1. Benutzt man die von Grashof a. a. O. gegebenen Tabellen für a1, a2 und b1 und nimmt z.B. für eine Condensationsmaschine an, daſs das Gemisch von Wasser und Dampf anfänglich 0at,1 Spannung habe und auf 6at zusammenzupressen sei, so wird: J1 (0,464 – 0,157) : 1,799 = 0,17. Ein Gemisch von 0k,83 Wasser und 0k,17 Dampf mit einer Temperatur von 46° (entsprechend 0at,1) liefert mithin, gehörig comprimirt, 1k Speisewasser von 160° Temperatur. Es müſsten also auch 83 Procent des Abdampfes im Condensator durch Wärmeentziehung niedergeschlagen und 17 Procent durch Druck verdichtet werden.

Die Pumpenanordnung, welche Marchant benutzt, ist in Fig. 7 und 8 Taf. 1 abgebildet. Der Luftpumpencylinder a2 ist mit dem Speisepumpencylinder a3 an beiden Enden durch Röhren o, in welche Ventile eingeschaltet sind, direkt verbunden. Die beiden Kolben bewegen sich stets in entgegengesetzter Richtung. Das aus a4 (Fig. 1) ausströmende Wasser, vermischt mit dem aus d austretenden Dampfe wird durch die Röhren b1 (Fig. 7 und 8) von der Luftpumpe aufgesaugt und beim Rückgang des Kolbens nicht wie gewöhnlich in einen offenen Behälter ausgeworfen, sondern in die bedeutend engere Speisepumpe gepreſst, wobei schon ein groſser Theil des Dampfes sich niederschlagen wird. Der Rest wird in der Speisepumpe verdichtet und das Wasser von dieser durch die Röhren b2 mit den Druckventilen c4 in einen Windkessel gehoben, aus welchem es dem Dampfkessel zuflieſst. Es muſs hierbei vorausgesetzt werden, daſs der Dampf bezieh. das Wasser immer möglichst frei von Luft gehalten wird, da diese sonst durch d (Fig. 1) mit in die Pumpen gelangen, in den todten Räumen derselben sich ansammeln und ihre Wirkungsweise beeinträchtigen würde. Bei g (Fig. 7) ist ein kleiner Lufthahn angebracht. Die Hauptschwierigkeit liegt bei dieser Einrichtung in der Regelung des Verhältnisses zwischen dem aus dem |9| Condensator angesaugten Dampf und der Menge des angesaugten Wassers, um hierbei die günstigste Wirkung zu erreichen.

Bemerkenswerth ist ferner noch, daſs die Pumpen durch eine besondere kleine Dampfmaschine betrieben werden sollen, welche den Betriebsdampf von dem Hauptdampfcylinder erhält. In der Mitte des letzteren ist zu dem Zweck ein Kugelventil angebracht, welches, sobald der Kolben an demselben vorbeigeht, sich nach auſsen öffnet und einen Theil des Hinterdampfes durch ein Rohr nach dem Dampfcylinder der Pumpen entweichen läſst. Auf diese Weise wird eine sehr starke Expansion erzielt. Bei Compoundmaschinen wird das Ventil am groſsen Cylinder angebracht.

Ein kleiner Condensator einfachster Construction von Mignon und Rouart in Paris, für kleine Maschinen passend, ist nach der Revue industrielle, 1880 S. 293 in Fig. 9 bis 11 Taf. 1 dargestellt. Derselbe besteht im Wesentlichen aus drei in einander gesteckten Röhren, welche neben der zugehörigen Luftpumpe auf einem guſseisernen Sockel aufgestellt sind. Das innere und das mittlere Rohr, zwischen welchen der bei d eintretende Dampf abwärts strömt, haben nur eine geringe Entfernung von einander. Das Kühlwasser wird unten durch die gegabelte Röhre w zugeführt und flieſst oben bei a ab. Haben die inneren Rohre z.B. 150 und 170mm Durchmesser, so erhält man für den laufenden Meter 1qm Kühlfläche. Bei Anwendung der gewöhnlichen engen Röhren von 20mm Durchmesser würde man für die gleiche Kühlfläche deren 16 nöthig haben. Es wird also die vorliegende einfache Anordnung bequemer herzustellen und zu reinigen sein. Für gröſsere Maschinen werden mehrere derartige Doppelröhren in einem Gehäuse vereinigt (vgl. 1881 241* 419).

Bei den in Fig. 12 bis 16 Taf. 1 dargestellten Constructionen von J. R. Blumenberg in Washington (* D. R. P. Nr. 15201 vom 16. März 1881) sind -förmig gebogene Röhren in entsprechend gestalteten Gehäusen neben einander befestigt. Der Hauptvorzug dieser Form liegt darin, daſs Spannungen in Folge ungleicher Ausdehnung der einzelnen Theile nicht auftreten können; die Reinigung der Röhren wird dagegen unbequemer als gewöhnlich sein. Das Gehäuse ist für die kleinsten Anordnungen nach Fig. 13 aus zwei Theilen zusammengeschraubt. Bei gröſseren Condensatoren besteht es entweder, wie bei Fig. 14 bis 16 aus einem Mittelstück und zwei Seitentheilen oder, wie bei Fig. 12 aus zwei geraden Kasten und einem Krümmerstück. Die Röhren sind an jedem Ende in einer Platte befestigt, welche zwischen die Flansche des Gehäuses und die Flansche der abschlieſsenden Haube eingeklemmt wird. Statt der Röhren kann auch ein einziger aus Wellblech hergestellter Körper, wie in Fig. 16, benutzt werden. Der Dampf wird von oben nach unten durch die Röhren, das Kühlwasser mit Gegenströmung durch den Raum zwischen Röhren und Gehäuse hindurch geleitet. Um den Dampf möglichst vollständig mit den Rohrwänden in Berührung zu |10| bringen, sollen in die Röhren Stäbe oder beiderseitig geschlossene Röhren eingelegt werden. Hierdurch könnte jedoch ein Vortheil nur dann erreicht werden, wenn die Wärmeübertragung im Dampfe selbst von den äuſseren nach den inneren Schichten langsamer vor sich ginge als durch die Rohrwand hindurch. Durch die Verengung des Querschnittes wird die Geschwindigkeit des Dampfes erhöht, jedes Dampftheilchen also nur kürzere Zeit der Einwirkung der Kühlfläche ausgesetzt sein. E und F (Fig. 12) sind Probirhähne; der Hahn G im Ausfluſsrohr des Kühlwassers dient zur Regulirung der Menge des letzteren.,

Gewellte Rohre sind von A. Mc Donald Black Fraser in Liverpool (* D. R. P. Nr. 19835 vom 3. März 1882) für Condensatoren in der aus Fig. 17 bis 21 Taf. 1 ersichtlichen Weise verwendet worden. Je zwei in einander steckende, verhältniſsmäſsig weite Rohre sind oben und unten durch einen Ring M zu einer Zelle vereinigt und eine Anzahl solcher Zellen sind concentrisch in einander geschachtelt in einem cylindrischen Gehäuse A angeordnet. Jeder der Ringe M ist durch mehrere hohle Bolzen mit der oberen bezieh. unteren Platte P verbunden, so daſs die Innenraume der ringförmigen Zellen mit den beiden Endkammern F und X in Verbindung stehen. Der Dampf wird bei B eingeführt und durch die mit Löchern versehene Platte E vertheilt, strömt dann, sich niederschlagend, zwischen den Zelle n hindurch abwärts und das Condensationswasser entweicht durch C. Das Kühlwasser tritt bei G ein, gelangt durch die hohlen Bolzen H in die Zellen und aus diesen durch die hohlen Bolzen I in die obere Kammer F, um im höchsten Punkte derselben auszutreten. Bei einer anderen nur wenig abweichenden Anordnung wird der Dampf durch die Zellen und das Wasser zwischen denselben hindurch geleitet.

Die hohlen Bolzen H und I können entweder wie bei Fig. 17 direkt in die Ringe M oder, wie bei Fig. 19 bis 21 in Ansätze, welche an die Ringe angegossen sind, eingeschraubt werden. Die Dichtung zwischen den gewellten Rohren und den Verschluſsringen M wird durch elastische Ringe hergestellt, welche in die unterschnittenen Vertiefungen bei B (Fig. 21) eingelegt werden. – Nach einer im Engineering, 1882 Bd. 34 S. 313 angegebenen und in Fig. 22 Taf. 1 dargestellten Construction sind die Stirnränder der Rohre umgebördelt und in halbrunde Rillen, welche mit einem weichen Metall ausgekleidet sind, eingelegt. – Um einen möglichst dichten Verschluſs herzustellen, wird empfohlen, je zwei eine Zelle oben und unten abschlieſsende Ringe M durch eine Anzahl Ankerbolzen L, aus Stäben oder Röhren bestehend, zu verbinden. Bei der Anordnung Fig. 20 soll der durch S einströmende Dampf durch das Ventil R Luft ansaugen. Um einen zu hohen Druck im Condensator zu vermeiden, ist ein Sicherheitsventil Q angebracht. Die Wellenrohre werden aus Kupfer hergestellt; die Wellen bilden ein abgerundetes Gewinde. Für die Verschluſsringe M mit ihren Ansätzen und für die hohlen Bolzen wird Messing verwendet.

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Die gewellte Form der Rohrwände bietet gegenüber den glatten Rohren mancherlei Vortheile. Die Oberfläche ist vergröſsert, die Wanddicke kann für die gleiche Widerstandsfähigkeit geringer genommen werden, die verschiedene Ausdehnung der einzelnen Theile des Condensators beeinträchtigt die Dichtung nicht, der durchströmende Dampf wie das Kühlwasser wird zu fortwährenden Mischungsbewegungen veranlaſst u.s.w. Die Reinigung wird vielleicht etwas umständlicher als bei glatten Rohren sein.

(Schluſs folgt.)

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Vgl. Grashof: Hydraulik nebst mechanischer Wärmetheorie, S. 167.

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