Titel: Ueber Reibung nicht condensirender Dampfmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1887, Band 266 (S. 74–79)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj266/ar266021

Reibung nicht condensirender Dampfmaschinen.

Mit Abbildung.

Ueber die Reibung von Dampfmaschinen ohne Condensation hat Prof. H. R. Thurston zu Ithaca im Staate New-York vor Kurzem einige |75| Versuche angestellt, über welche The Engineer, 4. Februar 1887 S. 96 berichtet.

Bekanntlich wird die Annahme de Pambour's, daſs der schädliche Widerstand einer Dampfmaschine aus einem constanten Theile, der Reibung der unbelasteten Maschine, vermehrt um eine wachsende Function der Belastung, bestehe, gegenwärtig allgemein als richtig angegenommen. Nennen wir R0 die Reibung der Maschine beim Leergange und R1 den aus der Nutzlast hervorgehenden Reibungswiderstand, und ist f der Coefficient, welcher das Verhältniſs der Steigerung der Reibung mit der Last angibt, so ist der ganze vom Maschinenkolben zu überwindende Widerstand R

R = (1 + f) R1 + R0.

Wie es scheint, hat bis jetzt noch Niemand untersucht, ob der Coefficient f constant oder variabel ist. In Folge dessen hat Professor Thurston, welchen diese Frage schon lange beschäftigte, bei passender Gelegenheit den Versuch gemacht, dieselbe zu lösen, wenigstens in so weit sie nicht condensirende Maschinen mit groſser Kolbengeschwindigkeit betrifft, wie sie die moderne Technik namentlich für die Zwecke der elektrischen Beleuchtung vielfach herstellt. Die ersten Versuche fanden im Winter 1883/84 auf Veranlassung und unter Leitung Prof. Thurston's mit einer sogen. Geradlinien- (straight line) Maschine statt, welche in diesem Jahre von der „Straight-Line Engine-Comp.“ zu Syrakuse auf der Ausstellung des American Institute ausgestellt und nach Zeichnungen von Prof. John Sweet gebaut war. Die Versuche wurden durch zwei Studirende des „Stevens Institute of Technology“, die Herren Mitchell und Aldrich, ausgeführt, und waren in jeder Beziehung genau und zufriedenstellend, so daſs sie sich ohne Weiteres als Grundlage für die in Frage kommenden Schlüsse hätten benutzen lassen; allein es erschien doch besser, dieselben erst durch ähnliche Versuche an einer anderen Maschine zu controliren, womöglich aus einer anderen Werkstätte, ehe man endgültige Schlüsse zu ziehen unternahm. Die Gelegenheit hierzu ergab sich im vergangenen Winter an der Cornell University, woselbst ebenfalls eine „Geradlinien“-Maschine im Gange stand, die mit einer Bremse versehen und nach Belieben geprüft werden konnte.

Bei diesen Versuchen wurden nachstehende Bemerkungen gemacht:

Die erste der beiden Maschinen war nach Zeichnungen vom J. 1880 gebaut, welche im Electrician vom December 1883 veröffentlicht wurden, ihren Namen hat diese Maschine bekanntlich davon, daſs bei ihrer Anordnung der Versuch gemacht wurde, alle Züge und Schübe durch gerade Theile zu übertragen; so besteht z.B. das Bett aus zwei geraden Balken, welche die vordere Cylinderflansche direkt mit den Schwungradlagern verbinden, wodurch die ganze Maschine ein höchst charakteristisches Aussehen erhält. Die Steuerung ist eine positiv wirkende, und der Regulator wirkt auf die Stellung des Excenters ein. Sowohl |76| bei dem Regulator, wie bei der ganzen Maschine ist besondere Rücksicht darauf genommen, die störende Wirkung der Reibung möglichst zu vermeiden; die Maschine sollte so nahe wie möglich reibungslos sein. Die ganze Maschine (d.h. ihr Bett) ruht auf 3 Punkten auf, sie kann also durch Ungleichheiten der Fundirung oder verschieden starkes Anschrauben nicht gestört werden. Bei den Versuchen lag die Maschine einfach auf einem Balkenunterbau, ohne irgend ein Fundament; aber sie war so gut ausbalancirt und behielt ihre Lage so genau, daſs sie absolut ruhigen Gang hatte, so ruhig, als ob sie mit dem schwersten Fundamente verbunden wäre.

Zu den Versuchen wurde die Maschine mit 2 sorgfältig ausprobirten Indicatoren versehen, und ebenso mit einem Bremsdynamometer. Es wurden jedesmal gleichzeitig Diagramme von beiden Cylinderenden genommen und die Belastung der Bremse abgelesen. Ein Vergleich der durch die Diagramme indicirten Kraftleistung mit der vom Bremsdynamometer bestimmten gab eine Differenz, welche als Maſs für die Reibung anzusehen war. Bei diesen Versuchen verbrauchte die Maschine, mit normaler Kraft arbeitend, 12k,79 Dampf in der Stunde für die Pferdekraft, oder mit Berücksichtigung der im Cylinder eintretenden Verdichtung, welche durch den Indicator nicht angegeben werden konnte, wahrscheinlich zwischen 15k,9 und 17k,2, eine treffliche Leistung für eine Maschine von nur 35 Pferdekräften. Die Wirkung des Regulators war besonders vollkommen. Die Maschine sollte bei 6at,5 Druck mit 230 Umdrehungen in der Minute laufen; die Beobachter gaben an, daſs dieselbe stets die gleiche Umdrehungszahl machte, ob sie nun belastet war oder nicht, was freilich nicht ganz richtig war, denn Prof. Thurston stellte selbst fest, daſs bei voller Belastung 230 Umdrehungen, bei vollständigem Leerlauf aber 231 Umdrehungen gemacht wurden. Dieses Resultat wurde durch mehrmalige Wiederholung des Versuches vollständig auſser Zweifel gestellt. Bei Veränderung der Dampfspannung war der Unterschied der Tourenzahlen etwas gröſser.

Die Maschine selbst hatte 203mm Bohrung, 354mm Hub, eine Pleuelstange von 1117mm Länge, einen entlasteten Schieber mit 51 bis 102mm Hub, je nach der Stellung des Regulators zum Excenter, ein Schwungrad von 1270mm Durchmesser und 1043k Gewicht; die Dampf- und Auspuffröhren besaſsen 63 und 102mm Weite, und die ganze Maschine wog 2540k. Dieselbe beanspruchte einen Raum von 2846mm Länge, 1422mm Breite und 1168mm Höhe.

Nachstehende Tabelle gibt die Ablesungen der Indicatoren und der Bremse wieder.

|77|

Nr. des
Versuches
Umdrehun-
gen in der
Minute

Dampfdruck
k

Gebremste
Leistung

Indicirte
Pferdestärke

Differenz

Reibung
in Procenten
1 232 3,51 4,06 7,41 3,35 45,00
2 229 4,90 4,98 7,58 2,60 34,00
3 230 4,45 6,90 10,00 4,00 40,00
4 230 4,85 7,00 10,27 3,29 32,00
5 230 5,13 8,10 11,75 3,65 32,00
6 230 5,41 9,00 12,70 3,70 29,00
7 230 5,27 10,00 14,02 4,02 28,00
8 230 5,62 11,00 14,78 5,78 25,5
9 230 5,62 12,00 15,17 3,17 21,00
10 230 5,97 13,00 15,96 2,96 18,5
11 230 5,27 14,00 16,86 2,86 17,00
12 230 4,92 15,00 17,80 2,80 15,75
13 231 5,06 21,10 22,07 2,06 9,00
14 230 5,27 25,00 28,31 3,36 11,75
15 229 4,22 29,55 33,04 3,16 9,5
16 229 4,07 34,86 37,20 2,34 6,3
17 229 4,92 39,85 43,04 3,19 7,4
18 230 5,97 45,00 47,79 2,75 5,8
19 230 6,33 50,00 52,60 2,60 4,9
20 230 5,97 55,00 57,54 2,54 4,4

Betrachtet man die obige Tabelle näher, so ergibt sich, daſs die Differenz zwischen der indicirten und gebremsten Leistung, d.h. die Reibung der Maschine, mit der Dampfpressung und Gesammtleistung der Maschine sich etwas ändert; aber dies geschieht in solcher Art, daſs man daraus auf eine unregelmäſsige Wirkung der verursachenden Kräfte zu schlieſsen hat, beziehentlich bis zu einem gewissen Grade auf Beobachtungsfehler und sonstige Zufälle. Das Maximum beträgt 4, das Minimum 2 Pferdekräfte. Im Durchschnitt ist die Differenz ungefähr 3, und die Abweichungen sind unregelmäſsig über die ganze Beobachtungsreihe vertheilt. Auf den ersten Blick ist klar, daſs Pambour's Formel den Versuchen nicht entspricht, und daſs man mit viel mehr Recht behaupten könnte, die Reibung der Dampfmaschine sei constant. Die letzte Spalte der Tabelle, worin die Reibungsarbeit in Procenten der Gesammtarbeit ausgedrückt ist, läſst die gleiche Thatsache ebenfalls erkennen. An derselben findet, wenn auch etwas unregelmäſsig, eine fortwährende Abnahme der Reibung im Verhältnisse zur Gesammtleistung statt, nahezu im umgekehrten Maſsstabe des Steigens der Leistung.

Textabbildung Bd. 266, S. 77

Die Curve in dem beistehenden Diagramme, in welchem die Abscissen die Pferdestärken der Maschine, die Ordinaten den Procentsatz der Reibung darstellen, gibt so genau wie möglich das Mittel aus allen Beobachtungen |78| wieder. Die Leistung, für welche die Maschine berechnet ist, beträgt etwa 35 bis 40 Pferd. Bei dieser Leistung beläuft sich die Reibung auf etwa 6 Procent, oder weniger als die Hälfte dessen, was de Pambour angenommen hatte, und was auch Rankine als richtig für Maschinen im Allgemeinen, und speciell für Locomotiven anerkannt hatte. Das erzielte Resultat ist also ein höchst zufriedenstellendes, und Thurston hält die Reibung für eine so kleine Maschine als sehr niedrig.

Die Wiederholung der Versuche geschah mit einer Maschine von anderer Bauart, mit 227mm Cylinderweite und 305mm Hub und ergab etwas höhere Procente in Folge des verhältniſsmäſsig kleineren Hubes, wohl auch der gröſseren Geschwindigkeit, die beim Leergange, wie bei 20, 30, 50 und 65 Pferden Leistung 300 Umgänge in der Minute betrug; der Widerstand, dessen Vergröſserung wohl auch auf erhöhtem Gegendrucke beruht, war wie folgt:

Leistung der Maschine Leergang 20–30 50 65 Pferdekraft
Reibungsarbeit 2,66 4 4,8 5,3

Die Reibungsarbeit wuchs also im Ganzen mit der Leistung der Maschine sehr merklich, nahm aber im Procentsatze doch ab, und zwar von 16 Proc. zu 7,5 Proc. zwischen 20 und 65 Pferdestärken. Dieselbe wird nahezu constant sein zwischen den Leistungsgrenzen, in welchen sich die Maschine beim Betriebe zu bewegen hat, und kann ohne wesentlichen Fehler so angenommen werden. Die Anwendung der Pambour'schen Formel würde auf einen Coefficienten f von solcher Kleinheit führen, daſs seine Benutzung für gewöhnlich nicht so viel gröſsere Genauigkeit geben würde, um die Extraarbeit bei seiner Anwendung zu rechtfertigen. Bei ihrer vorschriftsmäſsigen Leistung repräsentiren somit die beiden Maschinen Nutzleistungen von 94 bezieh. 90 Procent.

Die zweite Versuchsreihe, welche durch die Herren W. A. Day und W. H. Riley auf der Cornell Universität angestellt wurde, bestätigte die vorerwähnten Resultate; gleichzeitig wurden in den Einzelheiten der Versuchsanordnung mehrere recht interessante und eigentümliche Abänderungen getroffen. Die Versuchsmaschine war neu erbaut, und für die Vornahme elektrischer Versuche u. dgl. bestimmt. Sie besaſs 165mm Bohrung und 305mm Hub, und glich in ihrer ganzen Anordnung der zuerst beschriebenen; auf möglichste Verminderung der Reibungen war ebenfalls sorgfältig Bedacht genommen. Die Bremse glich vollständig derjenigen, welche auch im ersten Falle benutzt worden war. Der Apparat zur Reducirung des Hubes für die Indicatoren war speciell nach Angaben der Beobachter gebaut, und mit einer sehr festen Verbindung und einer sinnreichen Auslösung versehen. Derselbe bestand aus einem Sector von ziemlich groſsem Radius, an dessen äuſserem Umfange das Querhaupt mit Hilfe zweier Stahlbänder angriff, deren je eines an einem Ende des Sektors befestigt war. Da die Bänder gut befestigt und mit Spannschrauben straff gezogen waren, so war jeder todte Gang |79| völlig unmöglich gemacht, und die Bewegung von Indicatorschnur und Querhaupt muſste absolut gleichzeitig vor sich gehen. In der Nähe der Achse (der Sector hing vertikal herab) war ein zweiter concentrischer Bogen befestigt, um die Indicatorschnur aufzunehmen, die den Papiercylinder bewegte. Diese Schnur bestand aus Stahldraht (Klaviersaite), ein Material, welches weit weniger als irgend ein anderes zu Dehnungen geneigt ist, und wurde durch eine starke Spiralfeder straff gehalten. Bei den ersten Versuchen benutzte man Thompson-Indicatoren, bei den zuletzt erwähnten aber solche von Crosby. Die verwendeten Instrumente arbeiteten alle vorzüglich. Die Hubzähler waren von verschiedener Art; man verwendete Handinstrumente von 2 oder 3 verschiedenen Constructionen zur Controle der selbstthätig registrirenden Apparate. Mit der Schwungradwelle war ein „Tachometer“ verbunden, vermittels dessen die augenblicklichen Veränderungen des Ganges in Folge verschiedener Belastung, Dampfdruck oder anderer zufälliger Ursachen sehr schön beobachtet werden konnten. Auſserdem hatte man auch noch einen Chronographen angebracht, der mit der Normaluhr im physikalischen Laboratorium in Verbindung stand und Secunden schlug. Ein Commutator an der Schwungradwelle schloſs die Leitung bei jeder Umdrehung einmal, und ein Taster in der Nähe der Maschine erlaubte den Strom zu unterbrechen. Ein Quecksilber-Geschwindigkeitsmesser nach Brown zeigte augenblicklich jede Abweichung der Geschwindigkeit von der normalen an. Der Chronograph wurde jedesmal dann eingerückt, wenn Diagramme genommen wurden; mit groſser Sorgfalt hielt man alle Instrumente, wie die Dampfmaschine selbst, in bester Ordnung. Eine gewisse Trägheit des Regulators, deren Ursache leider vor Beendigung der Versuche nicht ermittelt werden konnte, veranlaſste eine weniger gute Wirkung der Maschine als bei den ersten Versuchen, und die Geschwindigkeit zeigte deshalb gröſsere Schwankungen. Als der Regulator in vollständiger Ordnung war, vermochte die Maschine innerhalb weiter Aenderungen der Leistung ihre normale Geschwindigkeit bis zu Bruchtheilen einer Umdrehung zu behaupten, und selbst herunter bis zu der geringsten Kraft, welche solch einer Maschine überhaupt praktisch zugemuthet werden mag.

Prof. Thurston hat eine Fortsetzung seiner interessanten Versuche in Aussicht gestellt.

Suche im Journal   → Hilfe
Alternative Artikelansichten
  • XML
  • Textversion
    Dieser XML-Auszug (TEI P5) stellt die Grundlage für diesen Artikel.
  • BibTeX
Feedback

Art des Feedbacks:
Ihre E-Mail-Adresse:
Anmerkungen: