Titel: Gollner, Klarstellung des Wirkungsgrades des Locomotivkessels.
Autor: Gollner, H.
Fundstelle: 1888, Band 268 (S. 391–403)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj268/ar268076

Ueber Versuche zur Klarstellung des Wirkungsgrades des Locomotivkessels; von Prof. H. Gollner in Prag.

(Fortsetzung des Berichtes S. 108 d. Bd.)

Mit Abbildungen auf Tafel 1 und 2.

Auf Grund der anläſslich der Instructionsfahrten gesammelten Erfahrungen, betreffend diese Wasserverluste, unterlag es bei den entscheidenden Versuchsfahrten keiner wesentlichen Schwierigkeit mehr, wenigstens einige der bezeichneten Wasserverluste vollständig zu eliminiren und die übrigen sehr bedeutend herabzumindern. So war es gelungen, bei den entscheidenden Fahrten die unter 1 und 5 hervorgehobenen Verluste vollständig und mit voller Sicherheit zu vermeiden und die übrigen Verluste auf Grund der schon an früherer Stelle besprochenen Vorversuche so weit zu vermindern, daſs ihre Messung erfolgen konnte. Es wurde vor der Ausfahrt des Versuchszuges bei normalem (markirtem) Wasserstande im Kessel (red. auf 20 Proc. Steigung), sowie bei der Rückkunft desselben bei gleichem Wasserstande eine genaue Wiegung bezieh. Rückwiegung der im Tender angesammelten Speisewassermenge vorgenommen; ferner wurden an den durch Sonderversuche controlirten Einrichtungen (wie Injector, Einspritzhahn u.s.w.) die Gröſse der durch |392| dieselben verursachten Wasserverluste festgestellt und derart die effective Speisewassermenge Mnk für jede entscheidende Versuchsfahrt mit genügender Genauigkeit gefunden. Eine Controle für einzelne Bestimmungen war in der Beobachtung der Speisezeit für den benutzten Injector gegeben, nachdem die Leistungsfähigkeit desselben wieder durch schon früher erwähnte Sonderversuche festgestellt war. Mit der Bestimmung der Temperatur des Speisewassers im Tender waren endlich alle jene Messungen und Beobachtungen abgeschlossen, welche speciell zum Zwecke der Ermittelung der effectiven Speisewassermenge Mnk für jede entscheidende Versuchsfahrt durchgeführt werden muſsten.

ad b) Die Bestimmung der effectiven Brennstoffmenge Bk für jede Versuchsfahrt konnte in verhältniſsmäſsig einfacher und befriedigend genauer Weise durchgeführt werden, nachdem es sich zunächst darum handelte, durch die genaue Abwäge des auf das Tenderplateau gelegten Brennmaterialquantums vor der Abfahrt, ferner durch die Rückwage des restlichen Materiales nach Rückkunft des Probezuges den Brutto-Brennstoffverbrauch zu ermitteln, und weiter durch Berechnung der zum Dampfhalten während der Thalfahrt benöthigten Brennstoff menge aus der Anzahl der beobachteten und aufgegebenen Normalschaufeln, und Berücksichtigung des für die Analyse bestimmten Quantums von 5k, die Brennstoffverluste sicherzustellen.

In der folgenden Tabelle V sind nunmehr eine Reihe von Beobachtungsgröſsen eingetragen, welche zunächst auf die Belastungs- und Verkehrsverhältnisse der 4 Probefahrten A bis D Bezug haben, ferner die ermittelten Werthe von Mnk (Gewichtsmenge Speisewasser oder producirter nasser Kesseldampf) und Bk; aus diesem letzteren Werthe konnte sofort der Brennstoffverbrauch für 1kmt und für 1kmt'' abgeleitet werden. Die analogen Werthe für die verbrauchte Dampfmenge können erst nach Sicherstellung der specifischen Nässe des Kesseldampfes selbst ermittelt werden und werden an späterer Stelle folgen.

Die Werthe der Tabelle V sind als absolute Resultate für jede Einzelversuchsfahrt aufzufassen und zu einer relativen Beurtheilung derselben nicht geeignet, nachdem die bezeichneten 4 Fahrten a) mit nicht gleichwerthigem Brennmaterial, b) mit 2 verschiedenen Feuerungsanlagen, c) unter nicht völlig übereinstimmenden äuſseren Verhältnissen zurückgelegt wurden. Die einzig übereinstimmenden Daten beziehen sich auf den Werth der Zugbelastung und auf die Versuchsstrecke. Sieht man jedoch bei den Fahrten A und C davon ab, daſs zwischen den Heizwerthen der bei denselben verwendeten Brennstoffe (demselben Waggon entnommen) der gleichen Kategorien (Nuſskohle II, Herbertzeche) nur eine Differenz von 2,5 Proc. besteht, welche in der That vernachlässigt werden kann, so ergeben sich, abgesehen von den allerdings verschiedenen Betriebszuständen der Versuchsstrecke in Folge der eingetretenen Witterungsänderungen doch 4 Hauptgröſsen, nämlich Z |393| in Tonnen, (Km × Z) die Art des Brennstoffes und H in Calorien, welche vollständig übereinstimmen und derart einen annähernden Vergleich derjenigen Versuchsergebnisse gestatten, welche sich auf den

Tabelle V.


Art der Feuerung

Nepilly-Feuerung
Gewöhnliche Plan-
feuerung
Zeichen der Versuchsfahrt A B C D
Zugbelastung in t Z 214,4 214,4 214,4 214,4
Brutto-Fahrzeit in Minuten Tb 77,0 84,0 93,5 82,0
Netto-Fahrzeit in Minuten Tn 69,5 70,0 77,5 64,0
Differ. gegen norm. 68,0 Min. ΔT – 1,5 – 2,0 – 9,5 + 4,0
Anzahl der Beobachtungen i 9 9 8 9
Brennstoff Zugewogen in k 2267,0 1938,0 2488,0 2132,0
Rückgewogen in 1000,0 830,0 895,0 797,0
Für die Rückfahrt ver-
wendet


167,0

80,0

70,0

70,0
Für chemische Analyse 5,0 5,0 5,0 5,0
Effective Brennstoffmenge Bk 1095,0 1023,0 1518,0 1260,0
Effective Brennstoffmenge
für 1km und 1t in

k

0,333

0,312

0,462

0,384
Effective Brennstoffmenge Brutto 0,000072 0,000062 0,000082 0,000078
für 1km u. 1t u. 1'' in k Netto 0,000079 0,000074 0,000099 0,000100
Speisewasser Zugewogen in k 9880,0 8700,0 8580,0 9530,0
Rückgewogen in 4650,0 3420,0 2530,0 4130,0
Rauchkammer einge-
spritzt in


0,0

16,0

34,7

103,0
Injector, Undichtheiten 52,3 52,6 60,5 55,0
Effect, Speisewassermenge Mnk 5177,7 5211,4 5954,8 5244,0
Temperatur desselben t0° Cel. 14,0 17,7 14,2 20,1

specifischen Werth (B : 1kmt) beziehen. Hiernach erscheint die Fahrt A ökonomisch wesentlich günstiger (unter dem Einflüsse der Nepilly-Feuerung) als die Fahrt C (für gewöhnliche Planfeuerung), nachdem obiger Verhältniſswerth (B : 1kmt) im Falle A nur 72,0 Proc. von jenem für den Fall C gefundenen beträgt, woraus auf einen höheren Wirkungsgrad der Nepilly-Feuerung gegenüber der gewöhnlichen Planfeuerung und ebenso auf einen höheren Werth von ηt im Falle A gegenüber dem Falle C geschlossen werden könnte, welche Folgerungen übrigens auch durch die erhaltenen Schluſsresultate voll bestätigt werden. Ein analoges Resultat könnte bei Vernachlässigung der 6,5 Proc. Differenz in den Heizwerthen für dieselbe (aus einem Waggon genommene) Kohle für die Fahrten B und D gewonnen werden, da dann gleichfalls 4 übereinstimmende Hauptgröſsen vorliegen. Auch die Fahrt B erscheint (in Folge Anordnung der Nepilly-Feuerung) ökonomisch vortheilhafter als die Fahrt D, nachdem für den Fall B der Werth (B : 1kmt) nur 81,2 Proc. jenes für die Fahrt D resultirenden ist; dieser günstige Verhältniſswerth wird übrigens gleichfalls durch die bezüglichen Schluſswerthe von ηt bestätigt. Strenge genommen, lassen sich aber die Werthe in Tabelle V nur für folgende Erkenntnisse und Schlüsse ausnutzen:

|394|

Fahrt A; bei normalem Bahnwiderstande und sehr nahe erreichter mittlerer, normaler Fahrgeschwindigkeit unter Anwendung von Nepilly-Feuerung für Nuſskohle II (Herbertzeche): 0k,333 Brennstoff für 1kmt und 0k,000072 für 1kmt und 1''.

Fahrt B; bei normalem Bahn widerstände und nahezu erreichter mittlerer Fahrgeschwindigkeit, Nepilly-Feuerung für Mittelkohle I (Johannaschacht): 0k,312 Brennstoff für 1kmt und 0k,000062 für 1kmt und 1''.

Fahrt C; bei ungünstigem Bahnwiderstande (Räderschleifen) und nahe 14 Proc. verminderter mittlerer Fahrgeschwindigkeit, bei Feuerung von Nuſskohle II (Herbertzeche) auf gewöhnlichem Planroste: 0k,462 Brennstoff für 1kmt und 0k,000082 für 1kmt und 1''.

Fahrt D; bei günstigem Bahnwiderstande um nahe 6 Proc. vermehrter mittlerer Fahrgeschwindigkeit, Planfeuerung wie bei C, Brennstoff annähernd wie bei B: 0k,384 Kohle für 1kmt oder 0k,000078 für 1kmt und 1''.

Die Berechnung der Wärmeverluste W1 .... W10 erforderte, wie erwähnt, eine Reihe von Beobachtungen und Messungen, deren Ergebnisse in der Tabelle VI zusammengestellt sind; einige dieser Beobachtungen machten wieder gewisse Vorbereitungen und Adjustirungen an einzelnen Details des Dampfkessels selbst nothwendig, von welchen im Zusammenhange mit den benutzten Instrumenten im Folgenden berichtet wird.

Behufs Ermittelung der relativen Luftfeuchtigkeit wurde der Luftdruck mittels eines Controlbarometers gemessen, während das Augustin sehe Hygrometer für die Temperaturbestimmungen Verwendung fand.

Die effective Kesselspannung wurde mittels eines Doppelcontrolmanometers beobachtet; die jeweilige Eröffnung des Dampfregulators, und des Blaserohres, ferner die jeweilige Dauer der Speiseperiode für den Dampfkessel mittels der schon bekannten Injecteurs Nr. 7 eventuell Nr. 9 insbesondere beobachtet und registrirt. Für die beiden ersteren Beobachtungen waren vorbereitete Marken maſsgebend, welche an den bezüglichen Details, wie Regulatorsegment und Blaserohradjustirvorrichtung, entsprechend dem genau ermittelten freien Ausfluſsquerschnitte am Regulatorschieber und der Blaserohrmündung angebracht waren. Von den Vorbereitungen zur sicheren Bestimmung des jeweiligen Füllungsgrades in den Dampfcylindern und der minutlichen Umdrehungzahl der Triebachse wird später die Rede sein.

Die Ausnutzung dieser Hilfseinrichtungen während der Versuchsfahrten, bezieh. die Beobachtungen an den bezüglichen Instrumenten, welche sämmtlich gleichzeitig in einem mittleren Zeitintervalle von 5 Minuten auf ein Signal mit der Dampfpfeife der Locomotive gemacht wurden, ergab die in der Tabelle VI zusammengestellten Resultate, zu welchen noch zu bemerken ist, daſs die angegebenen Beobachtungen nur während des Beharrungszustandes des Probezuges auf freier Fahrt, also nach Beendigung der längeren Anlaufperioden desselben, sowie nur auf der normalen Steigung von 20 Proc. gemacht wurden. Es genügt, |395| von einigen Beobachtungsgröſsen nur die aus 8 und 9 Einzelwerthen berechneten mittleren Werthe anzugeben, während es für eine Reihe von Beobachtungsgröſsen sachgemäſs schien, auſser diesen noch die gefundenen Maximal- und Minimalwerthe zu verzeichnen.

Tabelle VI.


Art der Feuerung

Nepilly-Feuerung
Gewöhnliche Plan-
feuerung
Zeichen der Versuchsfahrt A B C D
Mittl. Barometerstand in mm
Mittl. Lufttemperatur in ° C.
Mittlere, relative Luftfeuch-
tigkeit in

Effective Kesselspannung in at


Eröffnung des Dampfregu-
lators im qcm

Eröffnung des Ausgangsregu-
lators (Kegels) in qcm
b
t

Proc.
Max.
Mittel
Min.
Max.
Mittel
Min.
Max.
Mittel
Min.
747,8
16,6

79,3
10,0
9,7
9,5
35,0
31,6
30,0
115,0
101,6
100,0
747,5
16,5

70,6
10,0
9,7
9,0

30,0

120,0
97,7
90,0
746,5
12,4

76,5
10,0
9,3
8,25
40,0
37,1
30,0
90,0
82,8
70,0
744,4
23,9

52,0
10,0
9,2
8,5
45,0
37,2
20,0
95,0
86,6
80,0

Die in diese Tabelle für die Versuchsfahrten C und D eingestellten Werthe lassen erkennen, daſs für diese Versuchsfahrten 1) die gröſsten Schwankungen in der effectiven Kesselspannung, 2) die gröſsten Eröffnungen des Dampfregulators und 3) die kleinsten Eröffnungen des Ausgangsregulators nothwendig wurden. Hieraus ist der Schluſs zu ziehen, daſs bei den in Rede stehenden Fahrten die gröſsten Forcirungen der Feuerungsanlagen nothwendig wurden, um die nöthigen (maximalen) Dampfmengen zu erzeugen.

Führt man unter Beachtung der schon früher hervorgehobenen Verhältnisse einen Vergleich zwischen den Fahrten A und C bezieh. B und D hinsichtlich der mittleren Werthe der effectiven Kesselspannungen, ferner in Bezug auf die nothwendig gewordenen mittleren Eröffnungen des Regulators und des Blaserohres durch, so ergeben sich bei Gleichsetzung der bezüglichen Mittelwerthe für die Fahrten A und B mit 1 = 100 Proc. folgende in die Tabelle VII eingeführten Werthe:

Tabelle VII.


Art der Feuerung

Nepilly-Feuerung
Gewöhnliche Plan-
feuerung
Zeichen der Versuchsfahrt A B C D
Mittlere effective Kesselspannung
in at

1,0

1,0

0,95

0,95
Mittlere Eröffnung des Regulators
in qcm

1,0

1,0

1,17

1,24 †
Mittlere Eröffnung des Blaserohres
in qcm

1,0

1,0

0,81

0,88

† Mit dem Werthe 1,24 hängt auch die aus früherer Tabelle ersichtliche Unterschreitung der normalen Fahrzeit von 68,0 Min. um 4 Min. zusammen.

|396|

Auſser den in den Tabellen VI und VII übersichtlich zusammengestellten Beobachtungs- und Messungsresultaten war endlich noch eine Reihe von Sonderuntersuchungen nothwendig, deren Ergebnisse weiter zur unmittelbaren Berechnung der Wärmeverluste W1 bis W6 zu dienen hatten.

Diese speciellen Untersuchungen bezogen sich a) auf die Feststellung der Gewichtsmengen und der chemischen Zusammensetzung, sowie des Heizwerthes der in der Aschenkammer, auf dem Roste (hinter dem Feuerschirme), in den Siederöhren und in der Rauchkammer angesammelten Rückstände aus der effectiven Verbrennung von Bk Brennstoff für eine Versuchsfahrt. Die Ermittelung dieser Gröſsen verursachte keine wesentlichen Schwierigkeiten, nachdem die Sammlung jeder Art dieser Rückstände, die Vorbereitungen der Proben für die chemische Analyse u.s.w. in den Zwischenpausen während der einzelnen Versuchsfahrten in rascher Folge und unter sicherer Controle ausgeführt werden konnten. An dieser Stelle sei noch bemerkt, daſs in den Siederöhren wegen der geringen Fahrtdauer und in Folge der auſserordentlich groſsen Geschwindigkeit der Rauchgase überhaupt nur geringe Niederschlagmengen vorgefunden und zum Theile auf den Rost, zum Theile in die Rauchkammer gestoſsen wurden, daſs ferner hinter dem Feuerschirm der Nepilly-Feuerung anläſslich des Abbruches des ersteren gleichfalls nur geringe Mengen von Auswurfmaterialien angesammelt vorgefunden wurden, deren Berücksichtigung in der folgenden Rechnung allerdings nicht möglich schien, b) Auf die Ermittelung der volumprocentischen Zusammensetzung der gesättigten Rauchgase, welche sich während der effectiven Fahrt und während des Beharrungszustandes des Probezuges unter der Einwirkung des Blaserohres entwickelten und die abgedichtete Rauchkammer durchströmten. Diese Rauchgase wurden mittels eines 25l fassenden, vollkommen eingerichteten Gasaspirators von passender Stelle aus der Rauchkammer gleichmäſsig abgesaugt, in demselben über einer Oelschichte gesammelt, welche das mit den Rauchgasen gesättigte Wasser des Aspirators bedeckte und sodann mittels des Orsat-Apparates analysirt.

Ueber die Zusammensetzung der Rauchgase von Locomotivfeuerungen liegen bisher verhältniſsmäſsig wenig Resultate vor. F. Fischer liefert (vgl. D.p.J. 1881 241 449) einen instructiven Bericht über diesbezügliche eigene und fremde Untersuchungen, aus welchen zunächst hervorgeht, daſs die volumprocentische Zusammensetzung solcher Rauchgase überhaupt wesentlich vom Betriebszustande des Kessels und speciell für Locomotivkessel von dem Umstände abhängig ist, ob sich die Versuchslocomotive auf „freier Fahrt“ oder im Stillstande befindet, ob der Regulator und die Luftklappe der Aschenkammer geöffnet oder geschlossen ist, ob ferner eine hohe oder niedere Brennstoffschichte eingehalten ist, ob endlich eine Halbgasfeuerung oder gewöhnliche Locomotivfeuerung mit reichlicher oder beschränkter freier Rostfläche ausgenutzt werden kann u.s.w. In dem bezeichneten Berichte wird nach Untersuchungen |397| von Ebelmen und Sauvage bestätigt, daſs in den Feuerzügen von Personenzugsmaschinen bei Koksfeuerung 12,42 bis 18,45 Proc. Kohlensäure und bis 2 Proc. Kohlenoxyd nachgewiesen wurden; bei Erhöhung der Koksschichte für Güterzugsmaschinen stieg der Kohlenoxydgehalt auf 7,58 Proc.

Nach den Untersuchungen von Marsilly ergab sich ein durchschnittlicher Luftüberschuſs von 7,7 Proc.; Kohlenoxydgas trat bei schwächerem Zuge auf. In der folgenden Tabelle VIII sind die Ergebnisse zahlreicher einschlägiger Untersuchungen von F. Fischer, Orsat und seitens des Verfassers, unter gleichzeitiger Charakteristik der Locomotive, des Brennstoffes, der Rost- und Feuerungsanlage, zusammgestellt.

Tabelle VIII.


Autor
CO2
Proc.
CO
Proc.
Lu *
Proc.
Lü *
Proc.
Charakteristik der Locomotive, Brennstoff.
Rost, Feuerung u.s.w.
Ebelmen und
Sauvage
12,4
bis
18,5

bis 2,0


Personenzug, Koksfeuerung, mitt-
lere Brennstoffschichte.
Marsilly 7,7 Keine bestimmt. Angaben vorliegend.
Orsat 13,63
11,61
0,46
0,32
23,0
35,0
41
52
Schnellzug, Stückkohle, weiter Rost.
Güterzug, fette Förderkohle.

F. Fischer
9,36

12,95
0,0

0,0
48,0

36,2
88

55
Bahnlinie: Hannover–Bremen–Per-
sonenzug.
Freie Fahrt. Kohle des Hörder-
Vereines.
Verfasser 7,0
8,5

9,3
6,8
6,7
8,0

8,1
8,5
4,9
5,1


8,8



8,5
0,2
0,3

0,1
0,1
0,1
0,1

0,5
0,5
1,0
0,6


0,0



0,5
20,95
26,19

25,24
25,41
25,41
26,50

14,76
12,85
12,38
18,75


13,80



12,86
23
32

30
30
30
39

15
13
12
12


14



13
Lastenzug; Bodenbach–Dux; Braun-
kohle(Nuſskohle II) Herbertzeche.
Nepilly's-Patent-Feuerung.
Lastenzug; Bodenbach–Dux; Braun-
kohle (Nuſskohle II) Herbertzeche;
Nepilly's-Patent-Feuerung; Fahrt A
und drei Controlfahrten; durch-
aus freie Fahrt.
Lastenzug; Bodenbach–Dux; Braun-
kohle (Nuſskohle II) Herbertzeche.
Gewöhnliche Planfeuerung; Gru-
son-Roststäbe. Fahrt C und drei
Controlfahrten; durchaus freie
Fahrt.
Lastenzug; Bodenbach–Dux; Braun-
kohle. Mittelkohle I. Johanna-
schacht. Nepilly's Feuerung.
Fahrt B; freie Fahrt.
Lastenzug; Bodenbach–Dux; Braun-
kohle. Mittelkohle I. Johanna-
schacht. Gewöhnliche Planfeue-
rung. Fahrt D; freie Fahrt.

* Lu Proc.= Volumprocente unverbrannter Luft; Lü Proc. = Luftüberschuſs in Proc.

Nach den in der Tabelle VIII eingetragenen mittleren Versuchs-Ergebnissen schwankt je nach dem Einflüsse der angegebenen Umstände die in den Rauchgasen enthaltene unverbrannte Luft zwischen 12,38 und 48,0 Vol.-Proc. und erreicht der Luftüberschuſs nach den gefundenen |398| Grenzwerthen 7,7 und 88,0 Vol.-Proc. Der Gehalt der Rauchgase an CO2 ist je nach Qualität des Brennstoffes und der Führung der Feuerung zwischen 4,9 und 13,63 Proc. unter Voraussetzung freier Fahrt festgestellt, der Gehalt derselben Rauchgase an CO unter denselben Voraussetzungen zwischen 0,0 und 1,0 Proc. schwankend nachgewiesen. Bei hohen Brennstoffschichten, die bei Koks- und Braunkohlenfeuerungen (Nuſskohle II) nothwendig wurden, sinkt der Luftüberschuſs bedeutend, für Stückmaterialien (Steinkohle u. dgl.) erreicht die bezügliche Gröſse einen mittleren Werth. Für den Stillstand der Locomotive tritt insofern eine wesentliche Aenderung in der Zusammensetzung der Rauchgase ein, als der Kohlensäuregehalt derselben steigt, der Sauerstoff fast verschwindet und gleichzeitig der Gehalt an Kohlenoxydgas gröſser wird.

Die für die 12 Versuchsfahrten gefundenen mittleren Werthe der Elemente der Rauchgase liegen sonach hinsichtlich ihrer Gröſse zwischen den aus der Tabelle ersichtlichen Grenzwerthen und lassen insbesondere erkennen, daſs bei verhältniſsmäſsig sehr beschränktem Luftüberschusse durch Nepilly-Feuerung sowohl für Mittelkohle I und Nuſskohle II noch eine fast vollkommene Verbrennung erzielt werden kann, während die gewöhnliche Planfeuerung bei denselben Verhältnissen betreffend den Luftüberschuſs einen geringeren Effect ergab. Es sei noch bemerkt, daſs die wiederholt eingetretenen Störungen der normalen volumprocentischen Zusammensetzung der Rauchgase, und zwar in Folge des Einspritzens von heiſsem Wasser in die Rauchkammer (um die daselbst angehäuften glühenden Verbrennungsrückstände zu löschen), insofern auf das mittlere Schluſsergebniſs der gasometrischen Untersuchung keinen Einfluſs haben konnten, als die bezeichneten Rauchgase im gesättigten Zustande analysirt wurden.

c) Auf die Bestimmung der mittleren Temperatur in der Rauchkammer in Folge des Wirkungsgrades der indirekten Verdampffläche (T2). Die Bestimmung der bezüglichen sehr zahlreichen Einzelwerthe erfolgte entweder unter Anwendung des Elektropyrometers von Siemens oder mit Hilfe eines controlirten Thalpotasimeters oder endlich mittels eines Stickstoff-Quecksilber-Thermometers nach Schwackhöfer.

Die augenblickliche Temperatur T2 der Rauchgase in der Rauchkammer des Locomotivkessels hängt von einer Reihe von Umständen ab, welche eine eingehende Erörterung erfordern. In erster Linie ist der Bewegungs- bezieh. Ruhezustand der Locomotive maſsgebend; für den ersteren ist eine gewisse effective Gröſse der Blaserohrmündung wirksam, durch welche der Abdampf beider Dampfcylinder mit einer bestimmten mittleren Pressung und Geschwindigkeit strömt; gleichzeitig ist auch eine bestimmte freie Eröffnung der sogen. Luftklappe gegeben, welche für die specifische Menge der der Feuerung zuzuführenden Verbrennungsluftmenge maſsgebend ist. Für den Ruhezustand ändern sich diese Verhältnisse wesentlich, indem die Blaserohrwirkung aufhört und |399| ebenso die Luftklappe im Aschenfalle geschlossen wird. Für den Ruhezustand der Locomotive sind also kleine Werthe von T2 zu erwarten, was auch durch die direkten Beobachtungen bestätigt wird; nach eben diesen erhöht sich die „Ruhe“-Temperatur bei der beginnenden Fahrt in sehr kurzer Zeit auf die „Fahrt“-Temperatur, welche im Beharrungszustande der Locomotive von der mittleren Temperatur derselben Rauchgase eben nicht mehr sehr abweicht. Und nun beginnen die lebhaften Störungen der eingetretenen Temperaturen, und zwar a) durch das häufige Aufgeben des Brennmaterials (Oeffnen und Offenhalten der Heizthüre vgl. Tabelle IV), b) durch das Anhäufen von hellglühenden Abfallmaterialien aus der Feuerung in der Rauchkammer, c) durch das „Löschen“ dieser Materialien mittels heiſsem (180° C.) Kesselwasser, d) durch die veränderliche Wirkung des Blaserohres, e) durch eine etwaige Aenderung der Fahrgeschwindigkeit, welche eine Aenderung der Zahl und Intensität der Exhaustionen zur Folge hat. Die unter a bis d angeführten störenden Ursachen sind im Betriebe der Locomotivfeuerung bezieh. des ganzen Kessels und der Locomotivmaschine begründet und bis zu einer gewissen Grenze unvermeidlich, aber jedenfalls für den Werth des resultirenden Wirkungsgrades der Feuerungsanlage f) nachtheilig. Behufs Klarstellung der Veränderungen der Abgangstemperaturen T2 während der Versuchsfahrten, z.B. A und C, wurden flach Maſsgabe der während des Beharrungszustandes des Kessels gedachten direkten Messungen die Diagramme der Abgangstemperaturen T2 in Fig. 1 und 2 Taf. 2 verzeichnet, und ebenso die Diagramme über die gleichzeitigen effectiven Ausfluſsöffnungen des Blaserohres dargestellt. Aus den ersteren geht für alle Versuchsfahrten hervor, daſs 1) die „Ruhe“-Temperatur der Rauchgase sich in sehr kurzer Zeit schon in die wesentliche höhere „Fahrt“-Temperatur – welche wieder von dem augenblicklichen Betriebszustande der Feuerung abhängig ist – umsetzt 2) daſs bei den Versuchsfahrten B und C Temperaturänderungen eingetreten sind, welche hauptsächlich durch Einführung des – sofort verdampfenden – Kesselwassers in die Rauchkammer herbeigeführt wurden; eben diese Aenderungen der Temperatur T2 sind als künstliche aufzufassen und wären übrigens bei entsprechender Ausbildung und Einrichtung der Rauchkammer zu vermeiden gewesen. 3) Die Nachwirkung der Einführung des Wassers in die Rauchkammer ist wahrnehmbar in dem Temperaturdiagramme für die Fahrten A und C, und läſst betreffend die Gröſse der Veränderungen der Temperatur T2 günstigere, hinsichtlich der absoluten Gröſse dieses Werthes ungünstigere Verhältnisse erkennen. Das zwar nicht aufgenommene Diagramm für T2 und Fahrt D lieſs eine auffällige Schwankung der Endtemperatur erkennen, welche einer besonderen Begründung bedarf. Aus dem Diagramme war zunächst zu erkennen, daſs nach reichlicher Aufgabe des Brennmateriales bezieh. Beschränkung der Verbrennungsluftmenge das |400| absolute Maximum der Temperatur T2 = 323° C. erreicht wurde. In der hierauf folgenden längeren Periode der Verbrennung, während welcher kein frisches Brennmaterial aufgegeben wurde, sank die Endtemperatur auf T2 = 232° zurück, welche wieder durch neuerliche lebhafte Beschickung des Rostes in kurzer Zeit auf T2 = 314° C. gebracht wurde. Diese eben angedeutete auſserordentliche Temperaturschwankung ist lediglich auf eine unregelmäſsige Führung der Feuerung zurückzuführen, welche bei der Verbrennung von Mittelkohle I (H = 4536 Cal.) und bei Ausnutzung einer gewöhnlichen Planfeuerung und der hierdurch nothwendig gewordenen heftigen Forcirung der Feuerungsanlage unvermeidlich wurde. 4) Die Dauer der Zeitperioden, für welche sich die Temperatur T2 genau oder nur annähernd constant erhält, ist sehr beschränkt. Die in Betracht gezogene mittlere Abgangstemperatur T2 der Rauchgase ist jene Temperatur, welche dieselben beim Verlassen der gesammten Heizfläche (Ft) besitzen und welche nur in der Rauchkammer bestimmt werden kann. Diese Temperatur T2 als effective Endtemperatur der Rauchgase wird durch den Wirkungsgrad der gesammten Heizfläche bestimmt, indem dieser einen gewissen Temperaturabfall der Rauchgase Δ = T0 – T2 bewirkt. Ein unmittelbarer Strahlungsverlust der Gesammtheizfläche besteht mit Rücksicht auf die Art und Disposition derselben nicht; für denselben tritt der Strahlungsverlust durch die Kesseloberfläche in Wirksamkeit, welcher auch im Folgenden berücksichtigt wird.

Bei Bestimmung dieser Temperatur T2 (dem Mittelwerthe nach), welche einerseits für die Berechnung des Wärmeverlustes W6 wesentlich ist, und von welcher andererseits, wie erwähnt, auch der Wirkungsgrad der gesammten Heizfläche abhängig ist, sind die An- und Endlaufperioden für den Betrieb des Locomotivkessels auſser Betracht zu lassen, ferner auch der Einfluſs aller künstlichen Veränderungen dieser Endtemperaturen der Rauchgase zu eliminiren. Für die Gröſse des Mittelwerthes T2 werden daher nur die Ergebnisse jener einschlägigen Beobachtungen maſsgebend sein, welche für die veränderlichen Phasen des Kesselbetriebes während der freien Fahrt erreicht wurden. Die erzielten Mittelwerthe von T2 für die Versuchsfahrten A bis D sind bezieh. 297, 284, 310 und 298° C, also Mittelwerthe, welche keine wesentliche Differenz aufweisen, woraus hervorgeht, daſs selbst bei auſserordentlich wechselnder Führung der Feuerung in verhältniſsmäſsig kurzer Zeit ein befriedigender Ausgleich der Temperaturen T2 unter dem Einflüsse der hohen Capacität der Heizfläche und der Einwirkung des Blaserohres zu erzielen ist. Aus dem zweiten Diagramme (Blaserohröffnung) geht hervor, daſs für die Fahrt A die geringsten, für jene mit C bezeichnete Fahrt die gröſsten Aenderungen, d.h. Verkleinerungen des effectiven Ausfluſsquerschnittes des Blaserohres stattfinden muſsten. Die Diagramme für die Fahrten B und D weisen diesbezüglich mittlere Verhältnisse nach.

|401|

Die folgenden Tabellen IX und XI enthalten alle jene Mittelwerthe, welche sowohl auf die volumprocentische Zusammensetzung der Rauchgase, als auch auf die Gewichtsmengen, chemische Beschaffenheit und auf den Heizwerth jener Verbrennungsrückstände Bezug haben, die in den bezeichneten Räumen nach jeder Versuchsfahrt vorgefunden wurden. An diese schlieſsen sich endlich jene Daten an, welche zur Charakteristik des erzeugten Kesseldampfes gehören. Die in die Tabelle IX eingetragenen mittleren Ergebnisse der früher bezeichneten Specialuntersuchungen sind insofern von Wichtigkeit und Interesse als sie geeignet sind, über gewisse Vorgänge und über die ökonomischen Verhältnisse bei der Verbrennung von Nuſs- und Mittelbraunkohle auf der Nepilly'schen Patentfeuerung sowie auf der gewöhnlichen Planfeuerung für Locomotiven Aufklärung zu geben; diese wird am besten durch Feststellung einer Reihe von Verhältniſswerthen mit Benutzung der Tabellenwerthe (IX) erlangt. Solche Verhältniſswerthe sind in der folgenden Tabelle X zusammengestellt und gestatten dieselben, wenn die Ergebnisse der Versuchsfahrten A und C, sowie B und D auf Grund der schon früher entwickelten Grundlage in Vergleich gezogen werden, folgende Schlüsse:

Tabelle IX.


Art der Feuerung

Nepilly-Feuerung
Gewöhnliche Plan-
feuerung
Zeichen der Versuchsfahrt A B C D
Asche aus der
Rauchkammer
Gewichtsmenge in k 15,0 14,0 37,0 36,0
Elementar-
Analyse
Kohlenstoff
Wasserstoff
Sauerstoff
Asche
Feuchtigkeit
K Proc.
H
O
A
Lf
67,20
0,47
5,00
20,68
6,64
68,05
0,60
4,73
18,86
7,75
68,91
0,65
4,58
18,44
7,41
73,19
0,68
4,80
13,50
7,82
Theoretisch. Heizwerth Cal. 5390,0 5516,0 5609,0 5959,0
Asche aus der
Rauchkammer
Gewichtsmengen in k 13,5 22,0 22,0 27,0
Elementar-
Analyse
Kohlenstoff
Wasserstoff
Sauerstoff
Asche
Feuchtigkeit
K Proc.
H
O „
A
Lf
24,29
0,57
3,45
68,87
2,80
24,03
0,24
1,89
62,42
11,41
48,16
1,11
7,23
37,27
6,21
38,77
0,78
4,27
52,82
3,34
Theoretisch. Heizwerth Cal. 2018,0 1948,0 3975,0 3225,0
Summe der Gewichts-
mengen

k

28,5

36,0

59,0

63,0
Schlacke aus der
Feuerbox
Gewichtsmenge in k 9,5 19,0 8,0 17,0
Ele-
mentar-
Analyse
Kohlenstoff
Asche
Feuchtigkeit
K Proc.
A
Lf
10,0
89,38
0,61
4,60
95,09
0,30
14,69
84,52
0,78
2,90
97,1
Theoretisch. Heizwerth Cal. 753,0 373,0 1229,0 235,0
Gesammtsumme d. Ge-
wichtsmengen

k

38,0

55,0

81,0

80,0
|402|

Tabelle X.


Art der Feuerung

Nepilly-Feuerung
Gewöhnliche Plan-
feuerung
Zeichen der Versuchsfahrt Nr. A B C D
Verbrennungs-Rückstände nach
Analyse in Proc.

1

5,57

3,30

3,79

2,42
Vorgefundene Verbrennungs-
Rückstände n.Versuchen Proc.

2

3,47

5,37

4,90

6,69
Veränderung in Proc. 3 – 2,1 + 2,07 + 1,11 + 4,27
Rauchkammer-Rückstände: tota-
len Verbrennungs-Rückstän-
den in Proc.


4


39,4


25,4


45,68


45,0
Kohlenstoff in Rauchkammer-
Rückständen: Kohlenstoff im
Brennmaterial


5


1,41


1,33


1,41


1,47
Wasserstoff in Rauchkammer-
Rückständen: Wasserstoff im
Brennmaterial


6


0,13


0,14


0,16


0,17
Heizwerth der Rauchkammer-
Rückstände: Heizwerth des
Brennmateriales


7


1,23


1,13


1,25


1,31
Verhältniſs der
Heizwerthe der
Rückstände in
Rauchkammer
Aschenkasten
Feuerbox

8
100
37
14
100
35
7
100
71
22
100
54
4

Tabelle XI.


Art der Feuerung

Nepilly-Feuerung
Gewöhnliche Plan-
feuerung
Zeichen der Versuchsfahrt A B C D
Mittlere volum-
procentische
Zusammensetzg.
der Rauchgase
Kohlensäure
Kohlenoxyd
Unverbrannte
Luft
Vol. %


9,30
0,10

25,24
8,80
0,00

13,80
8,10
0,50

14,76
8,50
0,50

12,86
Maximal-, mittlere und Mi-
nimal-Temperatur der
Rauchgase während der
freien Fahrt.

Max.
Mittel
Min.

340
297
210
315
284
245

340
310
224

323
298
232


Bemerkungen über die Füh-
rung des Feuers, Rauch-
bildung, Funkenwerfen,
Brennmaterialien u.dgl.
Rauch: licht bis dunkel-
braun. Kein erhebliches
Funkenwerfen. Schlacke
mehrmals gegen die
Heizthür gezogen.
Rauch: licht. Geringer
Funkenwurf.
Rauch: nach jeder Be-
schickung dunkelbraun
bis schwarz. Bedeuten-
der Funkenwurf. In der
Rauchkammer Glut.
Rauch: dunkel.
Mäſsiger Funkenwurf.
In der Rauchkammer
liegen glühende Massen.

1) Nach den Werthen in Horizontalcolonne (3) ist die Nepilly-Feuerung in ihrer Wirkungsweise für Locomotivbetrieb wesentlich vollkommener, also ökonomisch günstiger als die gewöhnliche Planfeuerung, nachdem für erstere die Zunahme der Menge der Verbrennungsrückstände, welche nach den Versuchsfahrten vorgefunden wurden, geringer als für letztere ist.

2) Die Mengen der Rauchkammerrückstände sind bei Anwendung |403| der Nepilly-Feuerung für beide Formen von Braunkohle (Nuſs- und Mittelkohle) im Verhältnisse zur Gewichtsmenge der totalen Verbrennungsrückstände geringer als bei Ausnutzung der gewöhnlichen Planfeuerung, d.h. die Nepilly-Feuerung ist besser geeignet, den sogen. „Auswurf“ an Verbrennungsrückständen zu vermindern, als die gewöhnliche Planfeuerung (Colonne 4).

3) Der Gehalt der Rauchkammerrückstände an Kohlenstoff ist in allen Fällen sehr bedeutend und nach Colonne 5 wesentlich höher als jener, welcher für die ursprünglichen Brennmaterialien durch die Analyse sichergestellt wurde. Diese Verbrennungsrückstände sind im Wesentlichen unvollkommen verkokte Braunkohlen von hohem Heizwerth. Für Verfeuerung von Nuſskohle ergab sich betreffend die Wirksamkeit der Nepilly- und Planfeuerung in dieser Hinsicht kein Unterschied, für Anwendung von Mittelkohle sprechen die bezüglichen Daten gleichfalls zu Gunsten der Nepilly-Feuerung.

4) Bei gleichen Brennmaterialien, wie für die Versuchsfahrten A und C, sowie annähernd auch für B und D angenommen wurde, entstehen an allen Lagerstellen für die Verbrennungsrückstände bei Ausnutzung der Nepilly-Feuerung verhältniſsmäſsig geringere Mengen solcher restlicher Materialien, als bei Verwendung der gewöhnlichen Planfeuerung (Colonne 8).

Hiernach sprechen alle wichtigeren Verhältnisse, die zur Kennzeichnung einer Locomotivfeuerung mit Braunkohlenverfeuerung geeignet sind, zu Gunsten der Nepilly-Patentfeuerung, welche Wahrnehmung endlich auch durch den resultirenden Werth für den Wirkungsgrad der Feuerungsanlagen bestätigt werden wird.

Diese eben nachgewiesenen Vorgänge bei Verbrennung von Braunkohlen in den mehrgenannten beiden Arten der Locomotivfeuerungen haben sachgemäſs sowohl in der Anordnung der Feuerung an sich, sowie in der Führung des Feuers unter der Wirkung des Blaserohres und gewiſs auch in der Eigenart des verfeuerten Brennmateriales ihre volle Begründung. Die Verbrennungsverhältnisse in ihrer Gesammtwirkung genommen, müssen endlich auch auf die chemische und volumprocentische Zusammensetzung und auf die Abgangstemperatur der Rauchgase Einfluſs nehmen, dessen Nachweis in Art und Intensität im folgenden zu erläutern sein wird. Die für die Klarstellung dieser Verhältnisse gesammelten Beobachtungsresultate sind hinsichtlich ihrer mittleren Werthe in der Tabelle XI zusammengestellt.

(Fortsetzung folgt.)

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