Titel: Hallauer, zur calorimetrischen Untersuchung der Dampfmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1884, Band 251 (S. 513–518)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj251/ar251195

Calorimetrische Untersuchung der Dampfmaschinen.

Die bereits in Bd. 249 S. 196 erwähnte Arbeit O. Hallauer's1) : Étude pratique sur l'échappement et la compression de la vapeur dans les machines im Bulletin de Mulhouse, 1883 und daraus als Sonderabdruck bei Gauthier Villars in Paris erschienen, ergänzt die Untersuchungen der Elsässer hinsichtlich der Vorgänge bei der Compression im schädlichen Räume der Dampfmaschinen.

Allerdings hatte Hallauer bereits im J. 1875 gelegentlich seiner Untersuchung über den Einfluſs der Compression bei Woolf'schen Maschinen diese Vorgänge – namentlich auch den Einfluſs des Wassergehaltes im schädlichen Räume – richtig beurtheilt und in Rechnung gezogen; in späteren Arbeiten hatte aber eine vereinfachte Behandlung Platz gegriffen, welche den Wassergehalt und öfters die ganze – wenn wenig ausgiebige – Compressionswirkung vernachlässigte und hierfür den Elsässern die bekannten Angriffe zuzog.

In der erwähnten Abhandlung vom J. 1875 wurde für die Dampfmenge, welche nach der Absperrung des Niederdruckcylinders im Zwischenräume comprimirt wird, jener Wassergehalt eingeführt, welcher kurz vor der Absperrung sich für das zwischen kleinem und groſsem Kolben eingeschlossene Gemenge berechnete. Dieser Werth ist sogar allem Anscheine nach ein übergroſser, da angenommen werden darf, daſs beim Uebertritte des Dampfes aus dem kleinen in den groſsen Cylinder das Wasser im ersteren theils verdampft, theils hinüber gerissen wird und zu Folge neuerlicher Condensation an den Wänden des groſsen Cylinders nun gröſstentheils im letzteren zu finden sein wird. Ebenso nahm Hallauer für die Compression, welche der Ausströmung in den Condensator folgt, einen – wie es scheint – maximalen Wassergehalt an. Er setzt voraus, daſs der auspuffende Dampf jene Wassermenge vertheilt mitreiſst, zu deren Verdampfung die Auspuffwärme nicht mehr zureicht, und daſs die gleiche Dampfnässe auch dem Vorderdampfe im Cylinder und schieſslich dem zur Compression abgeschnittenen Dampfreste zukommt.

Auf diese Art ist mit Hilfe der Ausströmungsperiode eine Berechnung der Compressionsperiode möglich, während der Verlauf dieser letzteren geeignet ist, die Richtigkeit der gemachten Voraussetzungen zu prüfen. Bekanntlich bestreitet dies Gustav Zeuner und glaubt, daſs gröſsere Mengen unverdampften Wassers, vom Kolben zusammengefegt, im Cylinder zurückbleiben können. Dem entgegen macht aber Hallauer die bekannte Erfahrung geltend, daſs Schmiermaterial, welches an die Cylinderwände weit stärker adhärirt als Wasser, sich doch in kürzester |514| Zeit aus dem Cylinder verliert. Hatte man dem Fette einen in Wasser löslichen Farbstoff, z.B. mit Fuchsin lebhaft gefärbtes Glycerin, beigemischt, so sieht man gleich nach der Schmierung am Ausguſswasser der Luftpumpe die Färbung, welche dann nach wenigen Kolbenhüben vollständig verschwindet. Es erscheint also wenig wahrscheinlich, daſs der Vorderdampf im Cylinder mehr Wasser enthalten könnte, als was ihm vertheilt beigemengt ist.

Für das Studium der Compression sind die von den Elsässern untersuchten Maschinen weniger geeignet, da meist nur geringe Compressionen vorkommen. Von gröſserer Bedeutung ist daher der Versuch ohne Condensation an der Hirn'schen Balanciermaschine, wobei die Compression den Admissionsdruck erreicht.

Dieser Versuch wurde auch von Zeuner im J. 1882 in gleicher Absicht herangezogen, jedoch verworfen, weil die Auspuffwärme ein negatives Ergebniſs (– 5c,11) lieferte. Der wahrscheinliche Werth der Auspuff wärme ist Null, weil der Dampf am Ende des Hubes sich noch als überhitzt erweist; es liegen jedenfalls Beobachtungsfehler vor, doch gegenüber der gesammten Wärmemenge für einen Hub (186c,53) im Betrage von nur 2,7 Proc., welcher sich noch weiter auf 1,8 Proc. verringert, wenn man eine bereits im J. 1881 mitgetheilte Richtigstellung berücksichtigt.

Die früher angegebene Spannung war 11053k/qm am Ende der Expansion und ergab die unwahrscheinlich hohe (Ueberhitzungs-) Temperatur von 124,5°. Die mit dem Hirn'schen Biegungsdynamometer am Balancier aufgenommenen Diagramme lieſsen nun einen Fehler in der (schwierigen) Einzeichnung der neutralen Linie erkennen, nach dessen Ausbesserung 10541k/qm Endspannung und hieraus nur 105,39° Endtemperatur sich ergibt. Dies deutet noch auf ganz mäſsige Ueberhitzung, welche jedenfalls erlaubt, den zur Compression eingeschlossenen Dampf einfach als wasserfrei in die Rechnung einzuführen.

Der Verlauf der Compression wird hinsichtlich der Aenderung des Volumens V, des spceifischen Druckes p, bezüglich der bekannten Gröſsen t, q, ρ, γ, des Dampfinhaltes m und der Energie U durch folgende Tabelle dargestellt:

V p t q ρ γ m U
cbm k Grad c Calorien k k Grad
0,0400 11574 103,20 103,74 493,37 0,6729 0,0269 16,06
0,0292 15294 111,35 111,94 486,92 0,8743 0,0255 15,43
0,0171 21701 122,15 122,99 478,78 1,2177 0,0208 13,27
0,0110 27901 130,35 131,35 472,29 1,5420 0,0170 11,56
0,0080 31002 133,91 134,99 469,48 1,7024 0,0136 9,98
0,0050 38235 141,21 142,45 463,70 2,0729 0,0103 8,60

Hier haben zweifellos die Wände allein, trotzdem daſs sie schon selbst etwa 105° Temperatur hatten, dem Dampfe während der Compression unter theilweiser Condensation desselben 7c,46 entzogen und auſserdem 1c,34 als Aequivalent der Compressionsarbeit aufgenommen.

Von einem angesammelten Wasser im Sinne Zeuner's kann hier absolut nicht die Rede sein; G0 ist daher verläſslich bekannt und ermöglicht die Berechnung von Qa = 17c,33 (Wärmeaufnahme der Wände während der Zuströmung), was mit obigen 7,46 + 1,34 + 17,33 = 26c,13 gibt; im J. 1875 fand Hallauer 29c,4, mit den berichtigten Daten 27c,02 als gesammte Wärmemenge, welche von den Wänden aufgenommen wird |515| (der Fehler beträgt nur 0c,89). Ebenso fand Bailauer im J. 1875 für die Wärmemenge Qb, welche während der Expansion von den Wänden abgegeben wurde, 28c,74, nach der Berichtigung 27c,39, während der nun berechnete genaue Werth 27c,98 beträgt. Die Rechnungsdifferenzen sind also wirklich kaum der Rede werth.

Für die folgenden Untersuchungen an Condensationsmaschinen bringt Bailauer die Gleichung III für die Auspuffwärme:2)

Qc = Gq4 + Gi (q5 – qi) + G0 (q3 + x3ρ3) – (G + G0) (q2 + x2ρ2) – Lc

auf eine Form, welche den Einfluſs des Wassers im schädlichen Räume, das allein nicht gemessen werden kann, ganz gesondert erkennen läſst.

Das Gemenge im schädlichen Räume vom Gewichte G0 enthält zu Beginn der Compression die Dampfmenge G0x3, welche aus dem Diagramme mit V3γ3 sich ergibt, und die Wassermenge G0(1 – x3), welche Ballauer mit X bezeichnet. Da nun auch (G + G0)x2 = V2γ2 berechenbar ist, hebt Ballauer die Glieder mit X heraus, ähnlich wie dies früher Bim mit G0 gemacht hatte. Es wird zunächst:

G0(q3+ x3ρ3 = V3γ3(q3+ ρ3) + Xq3 und
(G + G0) (q2 + x2ρ2) = V2γ2ρ2+ (G + G0x3) q2 + (G0G0x3)q2
= V2γ2ρ2+ (G + V3γ3) q2 + Xq2, womit
Qc+ X(q2– q3) = Gq4+ Gi (q5– qi) + V3γ3(q3+ ρ3) – V2γ2ρ2
(G+V3γ3)q2– Lc (III b).

Sämmtliche Glieder auf der rechten Seite sind aus den Versuchsdaten vollständig gegeben. Für den Versuch an der Hirn'schen Maschine mit Kondensation und auf 215° überhitztem Dampfe am 26. August 1875 ergibt sich: V3 = 0cbm,040 und γ3 = 0k,1049 bei p3 = 1601k/qm und berechnet sich mit den bekannten Daten des Versuches Qc + 37,30 X = 15c,66. Mit vollständiger Vernachlässigung des Inhaltes vom schädlichen Räume wurde im J. 1875 gefunden: Qc = 17c,03. Unter Annahme trockenen Dampfes im schädlichen Räume X = 0 berechnet sich: Qc = 15c,66, was gegen die voranstehende 1c,37 oder (1,37 : 181,14) = 0,7 Procent der Wärmemenge eines Hubes Unterschied gibt und erklärt, daſs die Elsässer der Einfachheit der Darstellung wegen im J. 1875 die Compression auſser Acht lassen durften.

Um die Wände während der Compression weder Wärme aufnehmen, noch abgeben zu lassen, d.h. Qd = 0 zu erhalten, müſste X = 0k,05115 sein, welcher zu groſse Werth (denn die Thätigkeit der Wände kann hier nicht Null werden) doch die Auspuffwärme nur auf Qc = 13c,75 verkleinert. |516| Der Unterschied gegen 15,66 beträgt 1c,91 oder 1,91 : 181,14 = 1,1 Procent der Gesammtwärme für jeden Hub.

Der Werth der Auspuffwärme, unter Voraussetzung trockenen Dampfes im schädlichen Räume (X = 0) berechnet, kann hiernach recht wohl benutzt werden, um zum Mindesten einen Näherungswerth für den un-verdampft gebliebenen Wasserrest bei der Ausströmung zu ermitteln, womit X und hieraus der genauere Werth der Auspuffwärme gefunden wird. Erforderlichenfalls kann wiederholt gerechnet werden.

Bezüglich der Wassermenge, welche bei der Ausströmung durch die Auspuffwärme verdampft wird, hat Hallauer schon im J. 1878 gelegentlich einer Auseinandersetzung mit G. Schmidt seine Ansicht entwickelt. Er nimmt an, daſs die Verdampfung hauptsächlich während der mehr oder minder groſsen Druckverminderung im Hubwechsel vor sich gehe, und bestimmt den Wärmeaufwand beiläufig nach dem mittleren Drucke. So hätte im vorliegenden Falle, wo der Cylinder am Schlüsse der Expansion auf 100 Proc. trockenen Dampf 19,2 Proc. Wasser enthielt und der Druck von 7722 auf 3100k/qm sinkt, die Auspuffwärme = 15c,66 bei ersterem Drucke 12,8 Proc., bei letzterem 12,4 Proc., also im Mittel 12,6 Proc. verdampft und wären 6,6 Proc. vertheilt mitgerissen worden. Richtiger ist das Verhältniſs der Dampfnässe nun 6,6 : 112,6 oder 5,86 Procent des trockenen Dampfes, wonach im schädlichen Räume auf 0k,00419 trockenen Dampf der Wassergehalt X = 0,0586 × 0,00419 = 0,000246 sich stellt (statt 0,00027, welche Hallauer mit 6,6 Proc. berechnet). Der Werth der Auspuffwärme Rc = 15,66 – 37,30 × 0,000246 = 15,65 wird hierdurch so wenig geändert, daſs man bei dieser Annäherung stehen bleiben kann.

Unter Annahme dieser Wassermenge ergibt sich der Verlauf der Compression aus folgender Tabelle:

V p t q ρ γ m U
0,040 1601 55,02 55,15 531,47 0,1049 0,00419 2,47
0,0292 2117 60,97 61,11 526,77 0,1359 0,00397 2,36
0,0171 3203 70,24 70,48 519,44 0,2010 0,00344 2,10
0,0110 4236 76,84 77,10 514,22 0,2615 0,00287 1,81
0,0050 6097 85,89 86,23 507,05 0,3685 0,00184 1,31

Die Verminderung der Energie, welche deutlich erkennbar ist, erfolgte bei Annahme trockenen Dampfes im schädlichen Räume fast ebenso 2c,46 auf 1c,29.

Bei dem Versuche am 8. September 1875 ohne Ueberhitzung betrug der Inhalt des schädlichen Raumes an trockenem Dampf V3 γ3 = 0k,00432 und berechnet sich: Qc + 28,83 X = 39,77. Dieser Werth ist in Folge der mangelnden Ueberhitzung weit gröſser als im vorigen Falle und es ist wichtig beizufügen, daſs die für den Hub vom Kessel gelieferten Dampfgewichte fast genau gleich sind, nämlich 0k,2634 jetzt und 0k,2651 früher. Ebenso bezeichnend ist, daſs der Cylinder am Ende des Hubes auf 100 Proc. trockenen Dampf nun 56,7 Procent dieses Gewichtes Wasser |517| enthält. Die Auspuffwärme, welche sich für X = 0 auf Qc = 39c,77 stellt, kann 0k,07258 Wasser = 42,4 Proc. verdampfen; der unverdampfte Rest verursacht nach Hailauer 56,7 – 42,4 = 14,3, richtiger 9,96 Proc. Dampfnässe, wonach X = 0k,00043 und die Auspuffwärme Qc = 39,77 – (28,83 × 0,00043) = 39c,76 ist. Der Verlauf der Compression zeigt trotz der bedeutend geänderten Verhältnisse dasselbe Verhalten wie früher, die Energie vermindert sich von 2c,56 auf 1c,38.

Hier erscheint also die Thätigkeit der Wandungen ganz zweifellos; sie wirken energisch Wärme entziehend, ob nun mit oder ohne Condensation, mit oder ohne Ueberhitzung gearbeitet wird.

Wesentlich andere Resultate findet Hailauer für Maschinen mit Dampfmantel: Verfasser benutzt die Versuche (vgl. 1879 234 1) an der Corliſsmaschine von Berger-André und Comp., die Versuche an der horizontalen Woolf'schen Maschine vom J. 1876, sodann der Schiffsmaschinen von Duquesne und Mytho und der Compoundmaschine von Weyher-Richmond, welche durchwegs aus früheren Berichten G. Schmidt's bekannt sind, und berechnet in ganz ähnlicher Weise den Verlauf der Compression. Hierbei stellt sich heraus, daſs die Energie des comprimirten Gemenges bei diesen geheizten Maschinen fast constant bleibt oder sogar um einen kleinen Betrag, welcher der Compressionsarbeit entsprechen könnte, steigt, so daſs Hailauer zu der Ansicht gedrängt wird, daſs hier die Wandungen unwirksam werden, bezieh. durch die Mantelheizung so viel Wärme gewinnen, daſs sie der Temperaturzunahme des Gemisches während der Kompression folgen, also demselben keine Wärme entziehen.

Der Berichterstatter würde dieses Ergebniſs – natürlich in von den Umständen abhängigem Grade – möglich finden, wenn die Heizung der Wandungen sich auch auf die Cylinderdeckel erstreckt. Hallauer erwähnt nicht, ob die Deckel geheizt sind, oder nicht; letzteres sollte nach sich ziehen, daſs das Verhalten bei der Compression dem bei ungeheizten Maschinen ähnlicher wird. Erfahrungmäſsig zeigt sich wirksame oder anderseits fehlende Deckelheizung im Indicatordiagramm durch stärkeres oder abgeschwächtes Ansteigen der Compressionslinie. Mantelheizung allein erstreckt sich selten auf jenen Theil der Wandungen, innerhalb deren kürzere Compressionen vor sich gehen. In dieser Hinsicht müssen daher erst noch weitere Versuche an Maschinen mit entsprechender Einrichtung der Steuerung volle Klarheit bringen.

Die Untersuchung der Compressionslinie erheischt aber Vorsicht, weil bei früh eintretendem Voreinströmen die Compressionsspannung durch den bereits eindringenden frischen Dampf allmählich erhöht wird, so daſs die Compressionslinie leicht irrthümlich für „schöner“ gehalten werden kann und Fehlschlüsse bezüglich der Wirkung der Wände und des Gesetzes der Linie vorkommen können und auch schon vorgekommen sind.

Am Schlüsse seines Aufsatzes vergleicht Hallauer noch die Procentzahlen |518| der Wassermengen, welche bei der Ausströmung unverdampft mitgerissen worden sind, und findet, daſs diese bei den einzelnen Maschinen durchaus nicht abhängig erscheinen von den Werthen der durch die Auspuffwärme verdampften Wassermenge, welche in Folge der verschiedenen Versuchsverhältnisse – Drosselung, Füllungsgrad u. dgl. – erklärlicher Weise stark von einander abweichen können. Er gelangt zu dem Schlüsse, daſs im Dampfe vertheilt mäſsige Wassermengen den Cylinder durchströmen, ohne von den Wänden beeinfluſst zu werden. Wohl könnte hier auch nochmals hervorgehoben werden, daſs, wie Grashof bemerkt und die Wärmelehre erfordert, während der Expansion gebildetes Wasser vertheilt im Dampfe bleiben dürfte. Dies würde erklären, daſs selbst bei vollkommenster Heizung immer noch am Schlüsse der Expansion Wasser gefunden wird, was auch Gustav Schmidt in seinen letzten Schriften ausführlich dargelegt hat.

Rudolf Dörfel.

|513|

O. Hallauer, dessen Namen eng mit den Forschungen und Arbeiten über die calorimetrischen Untersuchungsmethoden verknüpft ist, wurde im Alter von 41 Jahren am 5. December 1883 vom Typhus weggerafft.

|515|

Vgl. D. p. J. 1883 249 97 ff. Qi erscheint weggelassen. Wir bleiben bei der dort angenommenen Grashof-Zeuner'schen. Bezeichnungsweise: G, G0, Gi bezeichnen die Gewichte des Kesseldampfes für jeden Hub, Inhalt des schädlichen Raumes und Injectionswasser für den Hub; q bezieh. ρ Flüssigkeitswärme und innere Verdampfungswärme; x den specifischen Dampfinhalt in den durch Stellenzeiger 1 bis 4 gekennzeichneten Endzuständen der Einströmung, Expansion, Ausströmung und Compression; La, Lb, Lc, Ld die Arbeiten in diesen Perioden, Qa, Qb, Qc, Qd die Wärme-Aufnahme oder Abgabe der Wände.

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