Titel: Gollner, Klarstellung des Wirkungsgrades des Locomotivkessels.
Autor: Gollner, H.
Fundstelle: 1888, Band 268 (S. 494–505)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj268/ar268094

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

(Fortsetzung des Berichtes S. 448 d. Bd.)

Mit Abbildungen auf Tafel 1 und 2.

Die zweite in Betracht kommende Temperaturgröſse Tp ist als jene mittlere Temperatur aufzufassen, welche zu Beginn der indirekten Verdampffläche Fi herrscht, ist also jene kleinste Temperatur, welche im Feuerraume in Folge des Effectes der direkten Heizfläche Fd, indem diese die dargebotene Wärme (G . c T0 ) sowohl durch Strahlung als durch Leitung aufnimmt, entstehen kann. Tp hängt sowohl von der Initialtemperatur T0 als auch von der Gröſse und Form, wie Lage der direkten Heizfläche ab und kann derzeit auf rechnungsmäſsigem Wege nicht ermittelt werden, nachdem die an den verschiedenen Stellen des Feuerraumes eintretenden effectiven Temperaturen unbekannt sind, weil ferner auch die Gesetze betreffend die Leitungsverhältnisse von speciell geformten und gelegten Heizflächen durch die einschlägigen Erfahrungen noch nicht erprobt sind. Es wurde daher die mittlere Temperatur Tp im Versuchswege ermittelt. Die Durchführung dieses Versuches hatte mit Rücksicht auf den vorliegenden speciellen Fall der Construction des Dampfkessels und seiner Feuerung bedeutende Schwierigkeiten, welche nicht vollends überwunden werden konnten, obschon das empfindlichste und derzeit verläſslichste Pyrometer von Siemens in Anwendung kam. Die erste Schwierigkeit ergab sich schon bei der Einführung des bezeichneten Instrumentes in die Feuerbox; dieselbe erschien durch die entsprechend vorbereitete Heizthür möglich, und muſste diese Methode schlieſslich als die relativ beste angenommen werden, obschon nicht geleugnet werden kann, daſs dieselbe nicht frei von Nachtheilen ist, deren wesentlichster in dem Umstände begründet ist, daſs das Instrument während der Aufgabsperiode für das Brennmaterial aus dem Feuerraum gezogen werden muſste. Die hierdurch unvermeidlich gewordene Störung wurde durch folgende Maſsnahmen und Umstände auf das äuſserste Minimum zu reduciren gesucht. Zunächst ergaben mehrfache Vorversuche, |495| daſs eine merkliche Abkühlung des im pyrometrischen Beharrungszustande befindlichen Glühstabes des bezeichneten Pyrometers in Folge seiner Construction sehr geraume Zeit erfordert, daſs derart ein Sinken der augenblicklich bestehenden Temperatur von 770° C. auf 690° entschieden mehr Zeit erforderte, als die Aufgabsperioden für das Brennmaterial durchschnittlich dauerten, daſs ferner ein Temperaturfall von 150° in freier Luft längere Zeit als die Durchführung von zwei Temperaturbestimmungen erforderte. Auf Grund der an Ort und Stelle gemachten Specialerfahrungen konnte sogar von der vorsichtshalber vorbereiteten Methode, den Glühstab während der Periode des Heizens in einen mit lebhaft glühenden Kohlen gefüllten Topf zu versenken, Umgang genommen werden, und zwar um so mehr, als die Temperaturbestimmungen (9 solche für eine Versuchsfahrt in etwa 60 bis 70 Minuten) erst einige Zeit nach Schluſs der Heizthüre und Einführung des Instrumentes gemacht wurden. Trotz dieser Vorsichten sind Störungen in der Benutzung des bezeichneten Instrumentes anzunehmen, obschon der Einfluſs derselben bei der hochentwickelten Empfindlichkeit des Instrumentes, welche in sehr kurzer Zeit die Winderherstellung des Beharrungszustandes sichert, auf die erlangten Schluſsresultate durchaus kein wesentlicher sein wird. Die weitere Schwierigkeit ergab sich durch die Nothwendigkeit, das Instrument auch an die richtige Stelle des Feuerraumes zu bringen, um den wahrscheinlichsten Werth von Tp zu erhalten. Auch diese Theilaufgabe konnte nicht vollständig und durchaus befriedigend, und zwar trotz der Vorbereitungen an der Heizthüre und am Conus des Glühstabes, der mit Asbestfäden gut isolirt wurde, gelöst werden, zumal bei Verwendung der Nepilly-Feuerung auch der Feuerschirm hinderlich wurde. Hiernach muſs constatirt werden, daſs der eigentliche Glühstab nicht zunächst der Rohrwand der Feuerbox disponirt werden konnte, daſs also möglicher Weise die gefundene Temperatur wenig höher ist als jene, welche der gesuchten Anfangstemperatur (Tp) in Wahrheit entspricht. Es ergab sich aber im Zuge der mehrfachen Vorversuche die Unmöglichkeit, bei den gegebenen Umständen eine vermeintlich günstigere Disposition des angedeuteten Instrumentes zu erreichen.

Werden die Hauptdimensionen der Feuerbox, ferner ihr Rauminhalt der Gröſse nach beurtheilt, wird ferner in Erwägung gezogen, daſs die Initialtemperatur T0 in und zunächst der brennenden Brennstoffschichte herrscht, daſs weiter für die Wärmeabgabe durch Strahlung und Leitung an die Wandungen der Feuerbox in Folge ihrer Form und Gröſse sehr günstige Verhältnisse bestehen, daſs endlich Sorge getragen war, die Verbrennungsumstände für die einzelnen Flächentheile des Rostes möglichst gleich zu stellen und durch gleichmäſsige Auflage des frischen Brennstoffes, Erhaltung der Brennstoffschichte und Klarmachung der Kostfläche zu erhalten, so erscheint die Voraussetzung bezieh. die Annähme |496| nicht unbegründet, daſs zunächst die Temperaturen, welche jene Verbrennungsproducte nachweisen, die sich in einem Horizontalschnitte durch die Feuerbox augenblicklich befinden, nicht wesentlich verschieden sein werden, daſs hingegen eine Abnahme der Temperaturen mit der Entfernung der beweglichen Gaselemente von der eigentlichen Feuerstelle stattfinden wird.

Hiernach wird mit Rücksicht auf die getroffenen Einrichtungen und die gewählte Disposition des Pyrometers die Voraussetzung, daſs die thatsächlich gefundenen Temperaturen den mittleren Temperaturen Tp der Verbrennungsgase zunächst dem Beginne der indirekten Heizfläche nahe kommen, um so mehr den thatsächlichen Verhältnissen entsprechen, als die in die folgende Rechnung eingeführten Temperaturgröſse Tp wieder der Mittelwerth aus 9 Einzelbestimmungen ist.

Ueber die Ergebnisse dieser Eizelbestimmungen geben nunmehr die Fig. 1 und 2 Taf. 2 näheren Aufschluſs, welche auch geeignet sind, die während der Versuchsfahrten A und C eingetretenen Schwankungen bezieh. Störungen der Temperaturen Tp zu veranschaulichen, welche zum allergröſsten Theile in den unvermeidlichen, schwankenden Betriebsverhältnissen des Locomotivkessels, bei derselben Bruttolast und Strecke, aber für verschiedene Feuerungen und Brennstoffe, begründet sind.

Nach den bezüglichen Figuren wurden wieder für die Versuchsfahrt A die günstigsten Verhältnisse, d.i. die geringsten Schwankungen der Temperaturen in der Feuerbox bei dem vortheilhaftesten mittleren Werthe derselben (Tp = 731,3°) erzielt. Bei Verfeuerung der Mittelkohle I und Anwendung der Nepilly-Feuerung, Fahrt B, treten entschieden gröſsere Schwankungen in den Temperaturen unter übrigens gleichen äuſseren Verhältnissen, bei etwas ungünstigerem mittlerem Werthe (Tp = 700,2°) derselben auf. Bei der Versuchsfahrt C (Nuſs-kohle II, Planfeuerung) entwickelten sich betreffend die Differenzgröſsen zwischen den einzelnen Beobachtungsgröſsen wieder bessere Verhältnisse, während die absolute Höhe der mittleren Temperatur (Tp = 646,8°) tief unter jener liegt, welche für die Versuchsfahrt A ermittelt werden konnte. Die bezüglichen Versuchsergebnisse für die Fahrten A und C sind so wie für B und D nach der schon bezeichneten Grundlage vergleichbar. Die relativ ungünstigsten Ergebnisse wurden – wie vorauszusehen – für die Versuchsfahrt D (Mittelkohle I, Planfeuerung) erzielt (Tp = 650,0°) die bezügliche Figur weist die gröſsten Temperaturschwankungen nach. Die Feuerung muſste wiederholt heftigst forcirt, das Brennmaterial sehr ungleichmäſsig aufgegeben werden, nachdem sich die Schwankungen in der Höhe der Dampfspannung (10at bis 8at,5) nicht mehr vermeiden lieſsen. Die folgende Tabelle XV enthält nunmehr die Zusammenstellung der mutieren Versuchsergebnisse betreffend Tp für eine Reihe von Versuchsfahrten, aus welchen hervorgeht, daſs a) eine wesentliche Differenz in den für die wichtigsten Fälle der Feuerungsanordnungen |497| ermittelten Werthen von Tp nicht besteht, daſs b) die praktische Anfangstemperatur Tp für die indirekte Verdampffläche Fi bei Ausnutzung der Braunkohle (Nuſs- und Mittelkohle) zwischen den Grenzen 625° und 731° (ΔTp = 106°) liegt.

Tabelle XV.


Fahrt

Verwendeter Brennstoff

Art der Feuerung
Mittelwerthe Tp
in Graden Cels.
I Nuſskohle II von Nepilly 670,7
I1 Herbertzeche 716,7
VIII Nuſskohle II von 731,3
VIII1 Herbertzeche 728,4
X Mittelkohle I von 700,2
XIII Johannaschacht Gew. Planfeuerung 650,0
XI Nuſskohle II von „ „ 646,8
XI1 Herbertzeche „ „ 625,3

Nach Gleichung VIII) ist u.A. zur Bestimmung der Initialtemperatur T0 der Werth C = W3 + W4 + W5 erforderlich; die Glieder W3 und W4, welche eine Function von Tp, und von T0 unabhängig sind, können nach Ermittelung des Werthes Tp für die Versuchsfahrten A bis D ausgedrückt werden.

Der Wärmeverlust W5 in Folge Erzeugung und unbenutzter Abgabe von CO in den Rauchgasen, berechnet sich, wenn COk die durch Verbrennung von 1k Brennstoff erzeugte Gewichtsmenge Kohlenoxydgas und c1 dessen specifische Wärme mit Rücksicht auf die Temperatur T2 bezeichnet, nach

VIII) W5 = (CO . c1).

Tabelle XVI.


Art der Feuerung

Nepilly-Feuerung
Gewöhnliche Plan-
feuerung
Zeichen der Versuchsfahrt A B C D


Hilfs-Gröſsen


0,01233

0,0088

0,0137
0,0215

0,0186

0,0137
0,0144

0,0052

0,0243
0,0214

0,0135

0,0286

Hilfs-Gröſsen
φ
μ
ν
0,6720
0,1024
249,6661
0,6805
0,1093
248,1443
0,6891
0,1121
247,1787
0,7319
0,1132
247,6351
Gewichtsmenge Rauchgas für
1k Brennstoff

G

9,5072

9,0462

8,7410

8,2205
Specifische Wärme c 0,255 0,257 0,257 0,255

Hilfs-Groſsen
C
C1
C2
1077,9
1107,8
0,003
1635,5
1684,4
0,007
1655,8
1719,43
0,0036
1881,8
1954,0
0,007
Initialtemperatur T0 1360,3 1377,1 1239,4 1251,6
Initialtemperatur nach Ver-
such

Tp

731,3

700,2

646,8

650,0
|498|

Auf Grund der nunmehr berechneten und in der vorstehenden Tabelle XVI eingetragenen zahlreichen Hilfsgröſsen konnte endlich auch der Werth T0 für die Versuchsfahrten A bis D rechnungsmäſsig bestimmt werden.

Nachdem für die 4 Versuchsfahrten A bis D die Temperaturen T0 und Tp nach den vorangegebenen Methoden festgestellt waren, konnte weiter die sogen. Charakteristik (s) des Feuerraumes ermittelt werden, um zu einem Controlwerthe für den auf dem Wege des Versuches gefundenen Werth Tp zu gelangen.

Wird der Werth T0 und Tp als gegeben vorausgesetzt, ferner mit s ein Verhältniſswerth bezeichnet, welcher von der Einrichtung, dem Strahlungs- und Leitungsvermögen des ganzen Feuerraumes abhängig ist, so ergibt sich zunächst:

IX) .

Mit Rücksicht auf die Bedeutung von s bestimmt sich ferner rechnungsmäſsig die Anfangstemperatur Tp aus:

X) ,

wobei ηf den Wirkungsgrad der Feuerungsanlage bedeutet und nach früherem aus [H – (W1 + W2 + W3 + W4 + W5)] : H zu bestimmen ist. Hiernach kann nach Gleichung X) eine Controle des Rechnungswertes Tp, welcher von ηf abhängig ist, mit dem Versuchswerthe Tp, welcher unmittelbar mittels des Elektropyrometers aus 8, auch 9 Einzelbestimmungen gefunden wurde, durchgeführt werden. Der beobachtete Werth von Tp liefert nach obiger Gleichung IX) einen bestimmten Werth von s, welcher der Gleichung X) zu genügen hat, d.h. der aus dieser Gleichung ermittelte Werth von Tp muſs mit dem Versuchswerthe Tp übereinstimmen, wenn dieser richtig bestimmt wurde. Die Resultate dieser wichtigen Einzelberechnungen sind in der Tabelle XVII übersichtlich zusammengestellt und lauten:

Tabelle XVII.


Art der Feuerung

Nepilly-Feuerung
Gewöhnliche Plan-
feuerung
Zeichen der Versuchsfahrt A B C D
Charakteristik des Feuer-
raumes (Gl. IX)

s

0,462

0,492

0,478

0,480
Wirkungsgrad desselben ηf 0,745 0,651 0,615 0,567
Gerechnete Temperaturen
(Gl. X)

Tp°

722,3

691,4

640,2

638,9
Beobachtete Temperaturen Tp° 731,3 700,2 646,8 650,0
Mittlere Differenz derselben ΔTp° 9,0 8,8 6,6 11,1

Die mittleren Initialtemperaturen T0 der Verbrennungsproducte für die Versuchsfahrten A bis D liegen nach den Angaben der Tabelle XV zwischen 1377,1 und 1239,4° C. und sind für die aus Kupfer hergestellte Feuerbox zulässig; diese günstigen Temperaturen sind auf den nachgewiesenen |499| geringen Luftüberschuſs für die Verbrennung zurückzuführen und mit Rücksicht auf die auſserordentliche Leistungsfähigkeit der Feuerbox, deren Wandungen eine direkte Verdampffläche von 9qm,0 repräsentiren, von besonderem Werthe für die bezüglichen Wirkungsgrade der indirekten Verdampffläche (Fi). Es ist noch zu bemerken, daſs die Initialtemperaturen T0 bei Verwendung der Nepilly-Feuerung um rund 10 Proc. höher liegen, als jene, die bei der Verwendung der gewöhnlichen Planfeuerung erzielt wurden, daſs sie endlich für die Fahrt B den günstigsten, für die Fahrt C den ungünstigsten Werth erreichte. Die Differenz derselben Temperaturen für die Versuchsfahrten A und B bezieh. C und D ist ganz unerheblich.

Die Anfangstemperatur Tp (n. Versuch) schwankt zwischen 731,3 und 646,80 C. und läſst den lebhaften Einfluſs der nothwendiger Weise so reichlich entwickelten direkten Verdampffläche Fa auf Wärmeemission und Transmission, sowie auf die Verdampfung erkennen. Eine Folge der Werthe T0 und Tp ist die Charakteristik des Feuerraumes (s) im Werthe von 0,462 bis 0,492. Dieser Werth ist für die Braunkohlenteuerungen bei Locomotiven von entscheidender Bedeutung und muſs sachgemäſs von dem analogen Werthe bei Koks- und Steinkohlenfeuerungen wesentlich abweichen. Die gefundenen Temperaturen Tp an sich, sind für den Wirkungsgrad der indirekten Verdampffläche (Fi) nicht vortheilhaft, nachdem die Endtemperatur derselben Rauchgase beim Verlassen der Vorwärmfläche T2 etwa 3000 C. beträgt, Der Locomotivkessel erscheint hiernach wegen der Verfeuerung der Braunkohle auch hinsichtlich der direkten Verdampffläche (Fd) nicht vortheilhaft gebaut.

Vergleicht man die durch Versuch und Rechnung gefundenen Werthe von Tp, so ergibt sich eine sehr befriedigende Uebereinstimmung, welche den Nachweis liefert, daſs die vorher beschriebene Methode für die experimentelle Bestimmung von Tp richtig ist und zu unbedingt brauchbaren Versuchswerthen führt. Dieses Ergebniſs ist um so bemerkenswerther, als die Bestimmung der Werthe von Tp (n. Versuch) und ηf völlig unabhängig von einander erfolgte, daher auch die Controle von Tp mittels der Gleichung X) gestattet ist. Der den Wirkungsgrad der Feuerungsanlage messende Werth ηf schwankt für die 4 Versuchsfahrten zwischen 0,745 (im günstigsten Falle: Nepilly-Feuerung, Nuſskohle II) und 0,567 (gewöhnliche Planfeuerung, Mittelkohle I); auch in dieser Richtung wirkt – wie der Vergleich der Ergebnisse für die Fahrten A und C mit jenen der Fahrten B und D ergibt – die Nepilly-Feuerung in jedem Falle, also für Nuſs- und Mittelkohle, vortheilhaft auf die Verbrennungsverhältnisse ein. Die unvortheilhaftesten Werthe von ηf für die gewöhnliche Planfeuerung sind hauptsächlich auf den groſsen Wärmeverlust in Folge „Auswurfes“ zurückzuführen, welcher z.B. für die Fahrten C und D bezieh. 1472,5 Cal. und 1622,7 Cal. für je 1k Brennstoff erreichte.

|500|

Der nachgewiesene Versuchswerth von Tp bildet die Grundlage für die pyro- und calorimetrische Untersuchung der indirekten Verdampffläche Fi und Vorwärmfläche Fv der Locomotivkessel, daher ihre zuverlässige Bestimmung von besonderem Werthe erscheint.

Nach dem bisher dargestellten Versuchs- und Rechnungsmateriale können die speciellen Werthe der Wärmeverluste W1 bis einschlieſslich W5 für die 4 Versuchsfahrten A bis D berechnet werden. Die Ergebnisse dieser Rechnungen werden in der am Schlusse der Abhandlung gelieferten Haupttabelle XXII zusammengestellt und einer eingehenden Kritik unterzogen.

Die Berechnung des nun folgenden Wärmeverlustes W6 setzt voraus:

1) Die Kenntniſs des Werthes

XI) G = ceμ . v + H2 O = αL0 + 1 – (R + A) + H2 O =

(CO2 + CO + N + L) + H2 O,

wobei H2 O die Gewichtsmenge Wasserdampf bezeichnet, welche die Rauchgase in Folge Verbrennung des in der Gewichtseinheit Brennstoff enthaltenen Wasserstoffes, ferner wegen des hygroskopischen Zustandes des Brennmateriales und der Verbrennungsluft, aufnehmen.

2) Die Ermittelung der specifischen Wärme der erzeugten Rauchgase (c Cal. für 1k Rauchgas), wobei die Temperatur T2 derselben zu berücksichtigen ist.

3) Die (bekannte) Temperatur T2 der Rauchgase in Folge des Wirkungsgrades der Heizfläche beim Verlassen derselben.

Der Wärmeverlust W6, Essenverlust genannt, erfährt eine sehr bescheidene Verminderung bei Berücksichtigung jener Wärmemenge, welche der mittleren Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft (t) entspricht. Für 1k Brennstoff wird dieser Wärmegewinn erreichen: αL0 ce . t Cal., wenn ce = 0,2375 die specifische Wärme (für 1k) der atmosphärischen Luft bedeutet. Es berechnet sich daher:

XII) W6 = (G . cT2 – αL1 cet) Cal.

Die Tabelle XVIII auf S. 501 bringt jene maſsgebenden Specialwerthe, soweit sie bisher noch nicht bekannt gegeben wurden.

Der Wärmeverlust W7 in Folge Wärmestrahlung seitens der gesammten Kesseloberfläche nach auſsen, hängt von einer Reihe von Umständen ab, welche im Folgenden hervorgehoben sind.

Bezeichnet Oqm die strahlende Kesseloberfläche (mit 30qm91 ermittelt), Tb in Stunden die Bruttofahrzeit des Probezuges,

Δ = w – t die Temperaturdifferenz zwischen Kesseldampf (Wasser) und äuſserer Luft,

Ks Cal. den für den vorliegenden Fall der Ausführung der Kesselumhüllung resultirenden Wärmedurchgangscoefficienten für Tb = 1, O = 1, Δ = 1, so berechnet sich:

|501|

XIII) und

der Correctionsfactor ξs für den resultirenden Wirkungsgrad der Kesselanlage in Folge der schädlichen Wärmestrahlung der Kesseloberfläche

XIV) .

Tabelle XVIII.

Textabbildung Bd. 268, S. 501
Nachdem die Gröſsen O, Tb und A durch Rechnung und Beobachtung ermittelt sind, so handelt es sich noch um den Werth der rölse Ks, welche als ein Wärmedurchgangscoefficient aufzufassen ist, der denselben Gesammtwärmeverlust für Tb = 1, Δ = 1 und für O = 1 hervorzurufen im Stande ist, als die mehrfach wirksamen specifischen Strahlungs- und Leitungscoefficienten unter Rücksichtnahme auf die thatsächliche Ausführung der Kesselumhüllung. Diese besteht in dem vorliegenden Falle aus einer 2mm starken Blechhülle (auſsen gestrichen und lakirt), welche in der Entfernung von 22mm von der äuſseren Oberfläche der Kesselwandung angeordnet ist. zwischen welchen sich eine stagnirende Luftschicht befindet.

Der Werth von Ks konnte im Versuchswege nicht ermittelt werden, obschon die maſsgebenden Temperaturen zur Ermittelung des Strahlungs- und Leitungsverlustes für die Kesselwand, stagnirende Luftschicht und Verschalung durch direkte Beobachtungen gefunden wurden.

Für die thatsächlich angeordnete Umhüllung des Dampfkessels ergibt sich ein dreifacher Leitungs- und ein vierfacher Strahlungsverlust; die ersteren Verluste ergaben sich durch die Kesselwand = 15mm,0), |502| die stagnirende Luftschicht und durch die Verschalung selbst (δ = 2mm,0); die letzteren Verluste sind eigentliche Emissionsverluste in Folge Strahlung und Berührung mit stagnirender und freier Luft. Bei Berechnung dieser Einzelverluste wurden mit Rücksicht auf das gegebene Material und die Stärke der Wandungen, sowie auf die Lage der Emissionsflächen die speciellen Leitungs- und Emissionscoefficienten nach Peclet verwerthet und aus den resultirenden Wärmeverlusten nach obiger Gleichung der Durchgangscoefficient Ks berechnet, auf Grund dessen wieder der Correctionsfactor ξs bestimmt werden konnte. Es braucht wohl nicht näher begründet zu werden, daſs es sich lediglich um eine näherungsweise richtige analytische Ermittelung von W7 handeln konnte, nachdem der Versuch, den in Rede stehenden Wärmeverlust im Versuchswege zu bestimmen, völlig versagte.

Von den gefundenen Leitungsverlusten ist jener für die Kesselwandung am gröſsten und schwankt für die 4 Versuchsfahrten zwischen 65 und 95 Cal. für 1k Brennmaterial; desgleichen erreicht der Leitungsverlust durch die äuſsere Blechverschalung 52 bis 62 Cal. für denselben Durchgangscoefficienten K = 28 Cal.; der Leitungsverlust durch die stagnirende Luftschicht, für welche ein Durchgangscoefficient von K = 0,04 (nach Peclet) angenommen wurde, schwankt zwischen 5,2 und 7,5 Cal. für 1k Brennstoff und erscheint daher der Einfluſs der angeordneten Luftschicht auf die schlieſsliche Wärmereservation des Kessels als ein bedeutender; die ermittelten 4 Strahlungsverluste ergeben durchaus geringe Werthe, reducirt auf die Gewichtseinheit Brennstoff und Bruttofahrzeit. Der totale Wärmeverlust durch Strahlung nach auſsen (W7), beträgt für die unter sehr günstigen äuſseren Umständen durchgeführten Versuchsfahrten mit Rücksicht auf die durchaus inneren Feuerzüge, ferner wegen der vorzüglich erhaltenen äuſseren Kesselumhüllung unter Ausnutzung der stagnirenden Luftschicht zwischen Kesselwand und Verschalung, ferner wegen der geringen Fahrgeschwindigkeit nur 3 bis 3,5 Proc., also weniger als bei gut eingemauerten mit äuſseren Feuerzügen versehenen stationären Einzelkesseln.

Der Wärmeverlust W7 ist derjenige, welcher mit der relativ geringsten Zuverlässigkeit bestimmt werden konnte, nachdem die thermo-metrischen Untersuchungen mit sehr groſsen Schwierigkeiten verbunden waren und eine Supercontrole der Resultate nicht mehr möglich wurde.

Wärmeverlust W8 in Folge Dampfnässe. Die specifische Nässe des Kesseldampfes ist eine Function der Wärmestrahlung nach auſsen seitens der Kesseloberfläche und der Verdampfungsziffer (Mn : B) welche durch den Betrieb der Kesselanlage erreicht wird und derart auch eine mittelbare Function des Wirkungsgrades der letzteren. Die specifische Dampfnässe ist daher auch von der Dampfmenge abhängig, welche in der Zeiteinheit für 1qm Heizfläche und für 1qrn Wasserspiegel entsteigt. Die specifische Dampfnässe muſs also bei forcirtem Betriebe von Kesseln |503| mit gering entwickelter Wasseroberfläche, und hierher gehören auch die Locomotivkessel, besonders wahrnehmbar werden. Der durch die specifische Dampfnässe, d.i. durch den Wasserdunst xk für 1k Kesseldampf verursachte Wärmeverlust rührt von der Entführung einer Wärmemenge x . qw für 1k Dampf her und kann nur durch gute Wärmereservation, durch constante Dampfspannung (pkat) bei mäſsiger Anstrengung der Heizfläche und des Wasserspiegels im Allgemeinen erniedrigt, allein bei Locomotivkesseln niemals beseitigt werden.

Die Bestimmung des Werthes W8 auf experimentellem Wege ist derzeit wegen der Unvollkommenheit der bezüglichen Versuchsmethoden nicht möglich. So verschieden auch die Grundlagen für die in Rede stehenden Versuchsmethoden sind, welche sich als calorimetrische, Condensations- und Expansions-Methoden, ferner als sogen. chemische Methoden, endlich als calorische Methode einzuführen versuchten, so unvollkommen und unverläſslich sind jene Ergebnisse, welche bisher erzielt wurden. Am meisten scheint unter gewissen Bedingungen betreffend die Construction und Benutzung des bezüglichen Apparates die Condensationsmethode sowie die Methode nach Prof. Brauer Aussicht auf Vervollkommnung und Sicherung der Resultate zu bieten. Nachdem die Versuchsmethoden derzeit noch versagen, so soll versucht werden, eine analytische Methode zu entwerfen, nach welcher es möglich ist, einen Näherungswerth für x zu erhalten, der wenigstens zur Orientirung über die Nässe Verhältnisse des Dampfes aus Locomotivkesseln dienen soll Es handelt sich hierbei um die Ermittelung des Werthes Mtk , d.h. der Gewichtsmenge trockenen Kesseldampfes, welche in den Mnk Speisewasser, das dem Kessel für 1 Bruttofahrzeit behufs effectiver Verdampfung zugeführt wurde, enthalten ist; nach Kenntniſs der Werthe Mt und Mn würde sich sofort ergeben:

und .

Bei der Feststellung der Rechnungsgrundlage für W7 wurde nämlich der Werth gefunden:

XIV)

Die Gröſse ξs hat die Bedeutung des Wirkungsgrades der gesammten Heizfläche Ft in Hinsicht ihrer mittelbaren Strahlwirkung nach auſsen. In der Wärmeemission und Transmission der angeordneten Gesammtheizfläche Ft durch das Kesselwasser hindurch bis zur Kesseloberfläche (O) einerseits, in der unvollkommenen Wärmereservation derselben Oberfläche und ihrer Umhüllungen andererseits sind eben die Erscheinungen der schädlichen Wärmeabführung seitens der Heizfläche mittelbar nach auſsen, begründet. Nur jene Heizfläche (Ft), welche die ihr dargebotene Wärmemenge (B . G . c . T0) vollständig zum Zwecke der Dampfbildung abgibt und für welche selbst ein mittelbarer Wärmeverlust durch Strahlung nicht eintreten kann, würde die Charakteristik ξs = 1 erhalten können.

Nachdem der obige Werth ξs das Verhältniſs der effectiv zurückgebliebenen, d.h. für die Verdampfung des Kesselwassers verwertheten Wärmemenge, |504| nämlich (H . B. ηfO . Tb . Ks . Δ) zur dargebotenen Wärmemenge BH ηf ausdrückt, und weiter die Wärmeverluste in Folge der unvollkommenen Verbrennung u.s.w. schon früher ihre Berücksichtigung gefunden haben, so kann der Werth ξs noch in folgende Form gebracht werden:

Bezeichnet nämlich Mn in Kilogramm die für jede Versuchsfahrt erzeugte Gesammtdampfmenge von der specifischen Nässe x bezieh. die dem Kessel zugeführte Speisewassermenge, ferner Mt' die mit Mn hinsichtlich des Wärmeaufwandes äquivalente Gewichtsmenge trockenen Dampfes, so besteht folgende Beziehung zwischen Mn und Mt':

Mn[(1 – x) (λq0) + x (qwq0)] = Mt' . (λ – q0);

daher

Wenn weiter mit T0 und T2 die Initial- und Endtemperatur der Rauchgase für die gesammte Heizfläche (Ft) bezeichnet werden, so wird, wenn nach (B . G . c. T0 ) die von Bk Brennstoff für jede Versuchsfahrt producirten Rauchgasen ursprünglich innewohnende Wärmemenge ausdrückt, der effective Wirkungsgrad der Gesammtheizfläche ηF betragen:

XV) .

In diesem Ausdrucke bedeutet der Werth Mt' (λq0) : B . G . c . (T0T2) = ξF gleichfalls den Werth des Verhältnisses der Wärmemenge, welche zur Erzeugung von Mt'k trockenen Kesseldampfes verwerthet wurde, zu jener für die Dauer der Einwirkung der Rauchgase auf die Heizfläche verschwundenen Wärmemenge: B . G . c .(T0T2); sind diese beiden Wärmemengen gleich, so hat kein Wärmeverlust durch Strahlung nach auſsen stattgefunden und der durch das Verhältniſs derselben aasgedrückte Correctionsfactor ξF wird gleich der Einheit sein müssen. Nun ist klar, daſs:

XV a)

sein muſs, wenn es sich, wie im vorliegenden Falle, am jenen Strahlungsverlust handelt, der in Folge der Anordnung der Gesammtheizfläche und ihrer Wirkung, sowie in Folge der mangelhaften Wärmedichtheit, d.h. in Folge des Wärmeemissions- und Transmissionsvermögens des Kesselwassers und der Kesselwandungen sowie deren Umhüllungen unvermeidlich entstehen muſs.

Obwohl schon an früherer Stelle die Definition für die Gröſsen Mt und Mt' gegeben wurde, so erscheint es doch nothwendig, die Bedeutung derselben besonders hervorzuheben.

Wegen Mt = Mn (1 – x) ist diese Gröſse maſsgebend 1) für die Berechnung des absoluten Wirkungsgrades der Kesselanlage t) und 2) für die Bestimmung derjenigen Verdampfungsziffer (Vp – Mt : B), welche die Leistungsfähigkeit der Gewichtseinheit des Brennstoffes für den effectiven Betrieb der Locomotive ausdrückt.

Die Gröſse Mt' kann einerseits zur Bestimmung des Correctionscoefficienten ξs wegen schädlicher Strahlung des Kessels nacli auſsen dienen, aber auch andererseits zur Berechnung einer Verdampfungsziffer (Mt' : B) verwerthet werden, welcher Verhältniſswerth das Mais der Leistungsfähigkeit der Gewichtseinheit des Brennstoffes ohne Rücksicht auf den effectiven Betrieb der Locomotive ausdrückt, daher nicht als Grundlage zur Berechnung der Betriebskosten derselben genommen werden darf. Die Werthe ξs und ξF müssen der vorigen Gleichung (XV a) genügen und wird deren vollständige Uebereinstimmung erzielt werden können, sobald eine genauere Methode zur Bestimmung von Ks und x gefunden ist. Die für die 4 Versuchsfahrten berechneten Werthe ξs und ξF stimmen aber als Näherungswerthe nicht überein und wurde der kleinere der beiden gefundenen Werthe, und zwar ξs als der wahrscheinlichere Werth bei den folgenden Berechnungen berücksichtigt.

Aus der Gleichung:

bestimmt sich weiter:

|505|

und wegen

endlich

XVI)

eine Beziehung, durch welche auch das Verhältniſs der Leistungsfähigkeit der Gewichtseinheit des Brennstoffes ohne und mit Berücksichtigung des effectiven Betriebes der Locomotive ausgedrückt ist (vgl. Tabelle XIX).

(Schluſs folgt.)

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