Titel: Gegenstromcondensation für Dampfmaschinenanlagen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1889, Band 273 (S. 497–511)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj273/ar273094

Gegenstromcondensation für Dampfmaschinenanlagen nach Weiss.

Mit Abbildungen.

In einer Versammlung des Eisenhüttenvereins hielt Herr Civilingenieur F. J. Weiss-Basel nach Stahl und Eisen, 1889 Nr. 8, einen Vortrag über eine neuere Art von Mischcondensation, nämlich über Gegenstromcondensation (im Gegensatze zur gewöhnlichen, der Parallelstromcondensation), welch erstere sich besonders zum Condensiren groſser Dampfmassen eignet, also für groſse Dampfmaschinen und für Centralcondensation für mehrere Dampfmaschinen.

Eine jede Condensation besteht aus zwei zusammenarbeitenden Theilen:

  • a) dem eigentlichen Condensator, welcher durch eingeführtes Kühlwasser die Dämpfe möglichst vollständig zu tropfbarer Flüssigkeit verdichten soll;
  • b) einer Luftpumpe, welche die Luftverdünnung im Condensator herstellt und unterhält, indem sie die dort verhandene, im Kühlwasser absorbirt gewesene oder durch undichte Stellen eingeführte Luft absaugt.

Wenn die Luftpumpe zugleich mit der Luft auch das warme Wasser aus dem Condensator zu schaffen hat, so nennt man sie eine „nasse Luftpumpe“. Findet aber die Warmwasserabfuhr aus dem Condensator getrennt von der Luftausfuhr statt (entweder durch eine Warmwasserpumpe, oder durch ein mindestens 10m hohes Wasserbarometerrohr oder „Abfallrohr“), hat also die Luftpumpe nur die Luft aus dem Condensator zu schaffen, so nennt man sie eine „trockene Luftpumpe“.

Der in einem jeden Condensator herrschende Gesammtdruck p0 setzt sich zusammen aus zwei Theilen:

1) dem Druck d des im Condensator anwesenden Dampfes,

2) dem Druck l der im Condensator anwesenden Luft, und zwar so, daſs

p0 = d + l . . . . . . (1).

Diesen Gesammtdruck p0 mit möglichst kleinen Mitteln (kleiner Kühlwassermenge, kleiner Luftpumpe, geringer Betriebskraft) möglichst niedrig zu halten, ist die Aufgabe der Condensationsanlage.

Der eine Theil dieses Gesammtdruckes p0, nämlich der Dampfdruck d, hängt – zweckentsprechend gute Vertheilung des Kühlwassers vorausgesetzt – nur von der Temperatur t' des ablaufenden Warmwassers ab, und diese wiederum nur von der Menge (und Temperatur) des zur Verfügung stehenden oder in Verwendung genommenen Kühlwassers. Dieser Theil des Gesammtdruckes hat also unter gegebenen Verhältnissen ein für allemal eine bestimmte Gröſse, von der nichts abzumarkten ist.

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Den anderen Theil jenes Gesammtdruckes p0, den Druck l der anwesenden Luft, können wir aber beliebig weit herabmindern; er hängt wesentlich ab von der Art und Weise, wie diese Luft aus dem Condensator geschafft wird, d.h. wie und wo die Luftpumpe am Condensator angreift, und hier kommen wir auf den Kernpunkt der Sache. Während bei richtiger Anlage die Luftpumpe ein Gasgemenge aus dem Condensator saugt, das nur aus Luft bestehen soll, ist sie bei der gewöhnlichen Condensation so angelegt, daſs jenes Gasgemenge zum weitaus gröſsten Theile aus Dampf und nur zum geringsten Theile aus Luft besteht. Dampfabsaugen aus dem Condensator hat aber durchaus keinen Zweck; das Vacuum wird dadurch nicht erhöht, weil Dampf im Condensator in einer für die Luftpumpe unerschöpflichen Menge vorhanden ist bezieh. aus dem vorhandenen Wasser sich sofort wieder erzeugt. Der Dampf soll eben im Condensator möglichst vollkommen condensirt werden, und zwar vor Eintritt in die Luftpumpe.

Dies kann nun dadurch bewirkt werden, daſs man den Dampf unten, das kalte Wasser aber oben in den Condensator treten läſst, und daſs man die Luftpumpe ebenfalls oben am Condensator die Luft absaugen läſst. Der zu condensirende Dampf strömt somit dem niedergehenden Kühlwasser entgegen und die Luftpumpe saugt ihre Luft an der Stelle aus dem Condensator, wo er am kältesten ist, weil eben dort auch das frische Kühlwasser eintritt, und wo in Folge der Kälte kein bezieh. nur wenig condensirter Dampf vorhanden ist.

Im Gegensatze zu dieser Gegenstromcondensation darf man die gewöhnliche Condensation mit nasser Luft- bezieh. Warmwasserpumpe, wo Wasser und Luft zusammen abgeführt werden, als Parallelstromcondensation bezeichnen.

Ein Beispiel mag nun die grundverschiedene Wirkungsweise der beiden Condensationsarten darthun:

Man habe Kühlwasser von t0 = 15° und gebe so viel davon bei, daſs die Temperatur des ablaufenden warmen Wassers t' = 40° werde; dabei zeige das Vacuummeter einen Gesammtdruck von p0 = 0at,10 abs.

Hat man es nun mit gewöhnlicher Condensation zu thun, so herrscht hinter dem Kolben der Luftpumpe während ihres Saugens natürlich auch der Condensatordruck p0 = 0at,10 abs. (abgesehen von kleinen Differenzen, herrührend von Widerständen der Ventile u.s.w.). Da aber auſser der Luft auch noch Wasser in der Luftpumpe ist, und zwar warmes Wasser von t' = 40°, so beträgt der Druck des Dampfes aus diesem warmen Wasser nach Regnault's Dampftabellen allein schon d40 = 0at,072 abs.

Für den Luftdruck in der Pumpe bleibt sonach nur ein Druck übrig von

lpar. = p0 – dt ' = 0,100 – 0,072 = 0at,028.

Wir saugen also die Luft in sehr verdünntem Zustande ab; damit |499| wir also genügend Luft absaugen, nämlich in der Zeiteinheit gerade so viel, als in den Condensator eintritt, muſs die Luftpumpe sehr groſs sein, oder mit anderen Worten: Weil an dem Orte, wo die nasse Luftpumpe die Luft aus dem Condensator absaugen muſs, warmes Wasser vorhanden ist, so muſs dort nutzlos eine Masse Dampf abgesaugt werden, mit welchem die zu entfernende Luft, auf welche es einzig und allein abgesehen sein sollte, vermischt ist.

Haben wir nun aber einen Gegenstromcondensator mit trockener Luftpumpe (siehe Fig. 1), so wird oben, wo das Kühlwasser eintritt und wo die Luftpumpe ihr Gasgemenge absaugt, der kühlste Ort im Condensator sein; es wird sich also dort oben der Dampf – bis auf einen ganz geringen Rest – kräftig niederschlagen; dadurch will aber dort der Druck abnehmen; es entsteht daher, um diesen Druck wieder herzustellen, eine lebhafte Strömung des unteren Gasgemenges dorthin, aus dem sich immer wieder der Dampf condensirt, so daſs schlieſslich die Luft dort oben so dicht ist, daſs sie nahezu allein schon den Gesammtdruck p0 ausübt.

Fig. 1., Bd. 273, S. 499
In einem Gegenstromcondensator concentrirt sich also die schädliche Luft nach oben, wo sie in concentrirtem Zustande von der (trockenen) Luftpumpe weggeholt wird, während der Dampf nach unten gedrängt wird; wir haben unten in dem Gegenstromcondensator, beim Dampfeintritt, wo es heiſs ist, dichten Dampf und dünne Luft = Gesammtdruck p0; und oben, beim Eintritt des Kühlwassers, wo es kalt ist, und von wo die Luftpumpe die schädliche Luft absaugt, dünnen Dampf und dichte Luft = demselben Gesammtdruck p0, wie das in dem Diagramm neben Fig. 1 versinnbildlicht ist.

Es kann nun der oben abzusaugenden Luft genügend Oberfläche zur Abkühlung am kalt eintretenden Kühlwasser gegeben werden, daſs die Temperatur t'' oben im Condensator gleich oder nur wenige Grade höher ist als die Temperatur t0 des eintretenden Kühlwassers. Angekommen, diese Temperatur t'' sei in unserem Fall t'' = 20°; dem entspricht ein Dampfdruck dt'' = 0at,023 absolut. Da wir sonst nichts geändert haben, so wird der Gesammtdruck p0 im Condensator derselbe |500| geblieben sein wie vorhin, d.h. wieder p0 = 0at,10. Also bleibt jetzt für die Luft im oberen Theile des Condensators, von wo aus die Luftpumpe ihr Gasgemisch absaugt, ein Druck l übrig, der sich wieder aus Gl. (1) ergibt:

l = p0 – dt'' = 0,10 – 0,023 = 0at,077

Die Luft ist also im oberen kühleren Theile des Gegenstromcondensators in einem mal dichteren Zustande vorhanden als bei Parallelstrom; die trockene Luftpumpe bei Gegenstrom saugt also ihre Luft in diesem 2,75mal dichteren Zustande ab; ihr Hubvolumen kann also 2,75 mal kleiner sein als derjenige Theil des Hubvolumens der „nassen“ Luftpumpe, der auf Förderung der Luft verwendet wird; dadurch wird aber bei der trockenen Luftpumpe und bei Gegenstrom auch die Arbeit 2¾mal kleiner.

Das ist der eine Vortheil von Gegenstromcondensation gegenüber Parallelstromcondensation: bedeutend kleinere Luftpumpe, und dementsprechend bedeutend verminderte Betriebsarbeit für dieselbe.

Der andere Vortheil des Gegenstroms über Parallelstrom betrifft die Kühlwasserersparniſs.

Im Fall einer nassen Luftpumpe saugt die Pumpe die Luft und das warme Wasser am selben Orte ab. Die Luft bezieh. das Gasgemenge, bestehend aus Luft + Wasserdampf, hat natürlich den Gesammtdruck p0 der im Condensator herrscht. Dieser Gesammtdruck p0 besteht aus der Summe: Luftdruck l + Dampfdruck d. Der Luftdruck l ist dabei immer vorhanden, weil eben dort die Luftpumpe die Luft absaugt. Also muſs der Druck d des Dampfes des warmen Wassers nothwendigerweise um eben diesen Luftdruck l kleiner sein als der Gesammtdruck p0 (oder das „Vacuum“) im Condensator. Von diesem Dampfdruck d hängt aber unmittelbar die Temperatur t' ab, auf welche sich das ablaufende Wasser erwärmen kann; und da dieser Dampfdruck d kleiner ist als der Gesammtdruck p0, so folgt nothwendig, daſs auch die Temperatur des ablaufenden Wassers kleiner ist, als dem Vacuum im Condensator entsprechen würde.

Nehmen wir beispielsweise an, wir hätten im Condensator einen Gesammtdruck (oder ein Vacuum) von p0 = 0at,10 absolut, so würde diesem Druck eine Dampftemperatur, also auch eine Temperatur des ablaufenden warmen Wassers von 46° C. entsprechen. So warm kann aber hierbei das ablaufende Wasser nicht werden; denn seine Dämpfe würden allein schon den Gesammtdruck p0 = 0at,10 ausüben, für die Luft bliebe nichts mehr übrig. Es darf und kann sich nicht bis auf jene Temperatur erwärmen, damit der Druck seiner Dämpfe kleiner bleibe, also nur einen Theil des Gesammtdruckes ausmache, dem Druck der Luft den anderen Theil überlassend.

Ganz anders bei Gegenstrom: Hier wird aus dem unteren Theile |501| des Condensators die Luft nach oben verdrängt. Und wenn die Luftpumpe eine bestimmte zu berechnende Gröſse hat, so wird die Luft vollständig aus dem unteren Theile des Condensators nach oben verdrängt. Es ist also l = O geworden, und der Gesammtdruck p0 besteht lediglich nur aus Dampfdruck. Alsdann aber kann sich das ablaufende warme Wasser bis vollständig auf die dem Vacuum entsprechende Temperatur erwärmen (was bei Parallelstrom eben nicht möglich ist), und es erwärmt sich dann auch vollständig bis zu jener höchstmöglichen Temperatur, wenn nur für eine gute Kühlwasserzertheilung gesorgt ist; denn jedes Wassertheilchen kommt am Ende seines Weges im Condensator, bevor es denselben verläſst, noch mit den eben anlangenden heiſsesten Dämpfen in innige Berührung, und der Wärmeaustausch von Wasserdampf und Wasser, wenn sich beide unmittelbar berühren, ist ungemein energisch.

Wenn sich aber das Kühlwasser bis völlig auf die dem Vacuum im Condensator entsprechende Temperatur erwärmt, so ist klar, daſs dann die Kälte des Kühlwassers vollständig ausgenützt wird, und daſs man also unter diesen Umständen die geringstmögliche Menge davon braucht. Die Arbeit, die zur Förderung dieses Wassers gebraucht wird, und zwar sowohl in den Condensator hinein, als aus demselben hinaus, wird dann dabei ebenfalls die kleinstmögliche.

Ein richtig angelegter Gegenstromcondensator erfüllt folgende zwei Bedingungen:

1) Sein oberer Theil, und insbesondere das Verbindungsrohr zur Luftpumpe hin, soll sich kalt anfühlen; alsdann ist man sicher, daſs die Luftpumpe nur Luft absaugt, weil eben in einem kalten Gemenge von Luft und Wasserdampf letzterer nur in sehr verdünntem Maſse enthalten sein kann. Die Luftpumpe – und damit auch deren Arbeit – wird also möglichst klein.

2) Das ablaufende Warmwasser erwärmt sich vollständig bis auf die dem Vacuum entsprechende Temperatur, d.h. man braucht nur so viel Wasser zu geben, daſs es sich wirklich bis auf diese Temperatur erwärmt, womit auch der Kühlwasserverbrauch sein Minimum, und der Kraft verbrauch für Förderung des Wassers ebenfalls sein Minimum erreicht.

Miſst man z.B. an einem gewöhnlichen Dampfmaschinencondensator (also mit Parallelstrom und nasser Luftpumpe) nur die Temperatur des Kühlwassers (t0 ) und die des ablaufenden warmen Wassers (t'), so erhält man durch Einsetzen dieser beiden Werthe in die bekannte Formel

das vorliegende Kühlwasserverhältniſs n (d.h. das Verhältniſs des in den Condensator eingeführten Kühlwassers zu dem gleichzeitig eingetretenen Dampfe), ohne daſs man nöthig hätte, Dampfmenge und Kühlwassermenge jede für sich zu messen.

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Liest man dann auch noch den Vacuummeterstand ab, so hat man den Druck p0, der zur Zeit der Beobachtung im Condensator herrscht. Mit diesem Druck findet man nach den Regnault'schen Dampftabellen die diesem Drucke entsprechende Temperatur gesättigten Wasserdampfes; und diese Temperatur (t') ist nach den vorhergehenden Entwickelungen diejenige, auf die sich das Wasser im Condensator erwärmen könnte und würde, wenn man Gegenstromcondensation verwendet hätte. Setzt man dann auch diese Temperatur in die Formel für das Kühlwasserverhältniſs n ein, so findet man nun, wie viel oder vielmehr wie wenig Kühlwasser bei Gegenstrom gebraucht worden wäre anstatt bei Parallelstrom, und zwar unter sonst gleichen Umständen, d.h. bei gleicher Temperatur des Kühlwassers und bei gleicher Höhe des Vacuums.

Bei einem Versuche an einem gewöhnlichen Condensator wurde gefunden: Kühlwassertemperatur t0 = 18° constant und die Temperatur des ablaufenden Warmwassers t' = 29°, 36° und 57°.

Die erste Temperatur von t' = 29° war vorhanden bei der Stellung des Einspritzhahnes (also derjenigen Zugabe von Kühlwassermenge), die der Wärter der betreffenden Maschine als die nach seiner Meinung vortheilhafteste von sich aus ausgewählt hatte, die er immer einhielt und wobei er ein Vacuum von 64cm erhielt. Bei Zufuhr von mehr und von weniger Wasser wurde das Vacuum geringer. Die zweite Temperatur t' = 36° ergab sich, als der Einspritzhahn etwas mehr zugedreht und gewartet wurde, bis wieder Beharrungszustand eingetreten war; die dritte Temperatur t' = 57° wurde erhalten durch Nochmehrzudrehen des Kaltwasserhahnes.

Setzen wir nun diese Werthe der Temperaturen t0 und t' in die Formel für n ein, so erhalten wir:

n = 66 33 14,5.

Im ersten Fall, den der Maschinist für den günstigsten hielt und wo mit „höchstem Vacuum“ gearbeitet wurde, gebrauchte also der Condensator eine enorme Kühlwassermenge, nämlich das 66fache Gewicht von dem in derselben Zeit condensirten Dampf.

Es waren dann auch gleichzeitig die Vacuummeterstände abgelesen worden, und ergaben diese für die 3 Fälle:

64 62,5 51cm,5
also p0 = 0,15 0,18 0at,32 absolut.

Diesen Drucken entsprechen aber nach Regnault's Dampftabellen Temperaturen von

t'gegenstr. = 55° 58° 71°,

auf welche das Kühlwasser bei Gegenstrom sich hätte erwärmen können und sollen.

Setzen wir diese Werthe von t' (und den gleichbleibenden Werth von t0 = 18°) in die Formel für n ein, so ergibt sich:

ngeg. = 15 14 10,5.

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Anstatt, daſs man also bei Parallelstrom das 66-, 33- und 14½ fache vom Dampfgewichte thatsächlich gebraucht hat, hätte man bei Gegenstrom nur das 15-, 14- und 10½ fache gebraucht, man hätte also entsprechend ¼, ½ und etwa ⅔ so viel Wasser in Verwendung nehmen müssen, als wie bei Parallelstrom.

Man könnte nun sagen, daſs dort, wo Wasser in reichlicher Menge vorhanden ist, es auch nichts mache, wenn man mehr davon brauche, da es ja nichts koste! Diese Meinung ist aber nicht richtig. Der Nutzen der Condensation für die Dampfmaschine, an der sie wirkt, besteht in der Arbeitssteigerung der letzteren durch vermehrte Druckdifferenz auf Vorder- und Hinterseite der Dampfkolben, jedoch abzüglich der Arbeit, die der Betrieb der Condensation selber wieder erfordert; oder in der durch die Anbringung der Condensation erzielten Dampf- also Kohlenersparniſs abzüglich der Kosten, die man für den Betrieb der Condensation selber wieder ausgeben muſs, bei welcher der Kraftverbrauch proportional dem Kühlwasserverbrauch ist.

Aber die Arbeit zur Förderung der Luft – nämlich die Compressionsarbeit, um die Luft vom niedrigen Condensatordruck auf den Druck der vollen Atmosphäre zu bringen und selbe in diese hinauszuschieben – ist der absorbirten Luft wegen auch proportional der verwendeten Kühlwassermenge. Da aber Gegenstromcondensation mit der jeweiligen kleinstmöglichen Kühlwassermenge auskommt, so ist schon aus diesem Grunde ihr Kraftbedarf zum eigenen Betriebe der kleinstmögliche.

Zu dieser Verminderung des Kraftverbrauches, welche von vermindertem Kühlwasserverbrauche herrührt, kommt noch deren weitere Verminderung, welche davon herrührt, daſs das Hubvolumen der Luftpumpe kleiner sein kann, weil sie die Luft in concentrirtem Zustande absaugt. Die Arbeit der Luftpumpe ist ihrem Hubvolumen auch immer proportional, gleichgültig, ob das letztere nützlicherweise nur mit Luft, oder unnützerweise auch mit Dampf erfüllt sei.

Der Gesammtaufwand an Arbeit zum Betriebe der Condensation ist bei Gegenstrom der kleinstmögliche; also ist auch der Nutzen dieser Art Condensation für die Dampfmaschine der überhaupt höchsterreichbare.

Nachdem im Vorstehenden die grundsätzlichen Unterschiede zwischen gewöhnlicher Parallelstrom- und Gegenstromcondensation gewonnen, führte der Vortragende eine bestimmte Ausführungsform solcher Gegenstromcondensation vor, wie sie ihm und der Sangerhauser Actienmaschinenfabrik patentirt ist, und welche eine Reihe Eigenthümlichkeiten enthält.

Eine solche Anlage wird zur Zeit für die Condensation des Abdampfes einer 1200 pferdigen Gebläsemaschine der Bochumer Gesellschaft für Stahlindustrie ausgeführt; eine andere als Centralcondensation für den Abdampf von 7 Dampfmaschinen mit zusammen etwa 750 der Zellstofffabrik Waldhof bei Mannheim.

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Bei der schematischen Darstellung (Fig. 2) saugt eine Kaltwasserpumpe M das Kühlwasser an und fördert es in ein Gefäſs F, von welchem aus es vom Condensator C angesogen wird. In diesem fällt es über eine Stufenfolge von Tellern herab, dem durch das Rohr B einströmenden zu condensirenden Dampfe entgegen. Durch das 10m hohe Fallrohr A, welches unter Wasser ausmündet, wird das warme Wasser selbsthätig aus dem Condensator entfernt, indem eine Wassersäule von der Höhe h, welche der jeweilig herrschenden Saugkraft im Condensator entspricht, in diesem Abfallrohre hängen bleibt, und unten an diesem Rohre gerade so viel Wasser ausläuft, als oben zuflieſst.

Fig. 2., Bd. 273, S. 504
Oben im Condensator saugt durch das Rohr E die trockene Luftpumpe L die Luft ab, und zwar, wie vorhin gezeigt, möglichst nur Luft und nicht auch Dampf, weil sie die kühlsten Orte des Condensators angreift, wo das frische Kühlwasser eintritt.

Als besondere Einrichtungen bei dieser Condensationsanlage bespricht der Vortragende folgende:

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Eine Untugend an den erstgebauten Gegenstromcondensatoren war, daſs, obschon die Condensationskörper C weit mehr als die Wasserbarometerhöhe – 10m,3 – über dem Unterwasserspiegel Z – Z lagen, trotzdem die Luftpumpe stromweise Wasser zog. Das darf natürlich die als trockene Luftpumpe eingerichtete Pumpe nicht. Man wollte dies Vorkommniſs damit erklären, daſs im Condensator starke Dampf- und Luftströmungen herrschen, welche das Wasser bis in die Höhe zum Luftrohre reiſsen können. Es ist das eine völlig unrichtige Anschauung. Oben im Condensator über dem Kühlwasser und wo keine Condensation mehr stattfindet, herrscht keine stärkere Strömung und kann keine stärkere Strömung herrschen, als wie sie durch die Luftpumpe erzeugt wird, und diese Geschwindigkeit der Dämpfe oder Luft ist . Sie ist in dem weiten Condensator so gering, daſs durch sie sicherlich kein Wasser in die Höhe gehoben wird. Mag der Dampf unten in den Condensator mit 100 und 200m Geschwindigkeit in der Secunde einströmen, oben findet nur die geringe Strömung statt, welche von der Luftpumpe herrührt, und deren Hubvolumen entspricht.

Die Gründe für die erwähnte Erscheinung sind folgende:

a) Die freihängende Wassersäule im Fallrohre A kann durch irgend welche Einflüsse in senkrechte Schwingungen gerathen, welche in der That so groſs sein können, daſs das Wasser zu oberst in den Condensator hinaufschlägt. Es ist ja auch bekannt, wie die Quecksilbersäule eines gewöhnlichen Quecksilberbarometers in starke Schwankungen geräth, wenn man das Instrument nur wenig bewegt. Dergleichen Einflüsse sind aber vorhanden: so entnimmt die Luftpumpe ihre Luft dem Condensator stoſsweise, und stoſsweise kommt auch der Dampf in den Condensator. Stehen zufälliger Weise die Intervalle zwischen diesen kleinen Dampf- und Luftstöſsen in einem einfachen Zahlenverhältnisse zur Schwingungsdauer der Fallwassersäule, so addiren sich ihre Wirkungen und bringen so die gröſsten Schwankungen hervor.

Die Schwankungen der Fallwassersäule kann man in einfacher und sicherer Weise durch Anbringung einer Klappe K am unteren Ende des Fallrohres verhindern. Bei Schwankungen nach abwärts läſst die Klappe das Wasser wohl austreten; bei der nun beginnenwollenden Schwankung nach aufwärts schlieſst aber die Klappe und verhindert so diese Schwankung und damit auch die naturgemäſs folgende nach abwärts, so daſs der Wasserspiegel x – y ruhig bleibt. Dabei wird dann auch das zu fürchtende Rücklaufen von Fallwasser in das Abdampfrohr B vermieden, und zwar ohne daſs man nöthig hätte, den Condensator mehr als die Wasserbarometerhöhe (10m,3) über den Unterwasserspiegel Z, Z zu legen.

Wir haben aber noch eine freischwebende Wassersäule, die Saugwassersäule |506| im Zulaufrohre D; auch hier könnten wir nicht gewollte Schwankungen durch das gleiche Mittel wie vorhin verhindern, nämlich durch Anbringen eines Rückschlagventiles K1. Diese Klappen und Ventile brauchen nicht dicht zu sein; ihre Wirkung, Schwankungen zu verhindern, äuſsern sie doch.

Wenn hiernach Schwankungen des Wassers im Condensator unmöglich gemacht sind, so gibt es doch noch einen zweiten Grund zum Wasserüberreiſsen in der Luftpumpe.1) Lieſse man nämlich das Kühlwasser direkt in den Condensator treten, so würde es dort heftig aufschäumen, da sich die im Wasser absorbirt gewesene Luft unter dem verminderten Drucke frei macht. Dieses Aufschäumen kann leicht so stark werden, daſs, wenn der Condensatorhut nicht übermäſsig hoch und weit ist, die Luftpumpe schaumiges Wasser ansaugt. Deswegen bringen wir ein Entluftungsgefäſs G an und lassen das Wasser zuerst in dieses eintreten, in welchem es anstandslos aufschäumen und seine Luft abgeben kann, wonach es durch das Verbindungsrohr Q entlüftet und ruhig in den Condensator tritt. Die Luft, die sich im Entlufter G frei macht, tritt durch Rohr P in den Condensator, und weil es nach abwärts gerichtet ist, wird auch etwa mitgerissenes Wasser nach abwärts in das übrige Wasser laufen und von der Luft abgeschieden.

Indem wir so die Entlüftung des Kühlwassers in einem besonderen Gefäſse, dem Entlufter G vornehmen, liegt nun der weitere Gedanke nahe, diese Luft gar nicht in den eigentlichen Condensationsraum eintreten zu lassen, wo sie nur schaden kann, indem sie die am Wasser sich condensirensollenden Dampftheilchen mit einer isolirenden Luftschicht umgibt, sondern sie unmittelbar der Luftpumpe zuzuführen. Das erreichen wir durch einfaches Ueberstülpen einer Glocke J über den |507| obersten Teller, welche dem Wasser wohl den Eintritt in den Condensationsraum gestattet, die Luft aber von diesem abhält.

Die geringen Luftmengen, welche durch Undichtheiten an Stopfbüchsen der Dampfcylinder, Ventilen, Rohrleitungen u.s.w. eingedrungen sein können und welche vermöge des Gegenstromprinzipes im Condensator nach oben gedrängt werden, treten durch das Röhrchen R ebenfalls in den Raum über der Glocke und werden von dort auch von der Luftpumpe fortgeholt. Die Abhaltung der Luft von dem eigentlichen Condensationsraume bewirkt eine kräftigere Condensation.

Der Vortragende erwähnt zum Schlusse die eigenartige Kühlwasserzuführung zum Condensator. Die Kaltwasserpumpe M pumpt ihr Wasser in ein rohrförmiges Zwischengefäſs F, aus welchem der Condensator sein Wasser durch das Rohr D selbsthätig ansaugt. Es ist klar, daſs bei dieser Anordnung die ganze Saugkraft des Condensators voll ausgenützt wird, daſs sich der Wasserspiegel m – n jeweilen von selbst so tief einstellt, als es der jeweiligen Saugkraft des Condensators entspricht. Die Kaltwasserpumpe hat also ihr Wasser nicht auf die volle Höhe bis zum Condensator hinauf zu heben, sondern nur auf die kleinstmögliche Höhe h0. Dabei wird auch die Arbeit der Kaltwasserpumpe ein Minimum und wird bei dieser Anordnung die Arbeit zur Wasserförderung (die letztere, im allgemeinsten Sinne genommen als Summe von Arbeit zur Förderung des kalten und des warmen Wassers) überhaupt die kleinstmögliche und ist insbesondere kleiner als bei gewöhnlicher Condensation mit Parallelstrom.

Bei Condensatoren, die ihr Wasser selber ansaugen sollen, und zwar auf die gröſstmögliche Höhe, treten oft Betriebsstörungen durch Fallenlassen des Wassers ein, wenn durch irgend einen Zufall einmal die Kühlwasserzufuhr unterbrochen wird. Man kann einen gewöhnlichen Condensator alsdann nur wieder in Gang bringen, wenn man ihn auf umständliche Weise wieder abkühlt. Dieser Uebelstand ist bei unserer Einrichtung folgendermaſsen vermieden: Wäre hier einmal der Condensator heiſs geworden und in Folge dessen der Luftdruck in ihm so weit gestiegen, daſs er sein Wasser hätte fallen lassen, so wird, wenn sowohl Luftpumpe L als auch Kaltwasserpumpe M ruhig weiterarbeiten, der Wasserspiegel m – n sowohl in Rohr F, und nachher in Röhrchen F1, als auch in Rohr D steigen, und zwar bis zum Condensator hinauf (deswegen muſs das Röhrchen F1 bis über ihn hinaus geführt werden), worauf von selber sich das Kühlwasser in den Condensator ergieſst; dadurch kühlt er sich sofort von selber wieder ab, die Dämpfe werden wieder condensirt, das Vacuum steigt, der Wasserspiegel m – n senkt sich wieder, und die Kaltwasserpumpe hat ihr Wasser nur wieder auf ihre normale Höhe h0 zu heben, während sie es vorher – vorübergehend – auf eine gröſsere Höhe, selbst bis h0 + h1, zu heben hatte. Betriebsstörungen durch Fallenlassen des Wassers sind also bei unserem |508| Condensator von vornherein ausgeschlossen, und zwar trotzdem die volle Saugkraft desselben ausgenutzt wird.

Aber ebenso wenig darf ein Leersaugen des Behälters, aus dem der Condensator ansaugt, vorkommen, indem solches Leersaugen die gleichen Folgen bewirken würde, wie das Fallenlassen des Wassers. Solches Leersaugen des Kühlwasserbehälters kommt dann leicht vor, wenn man nicht viel Kühlwasser zur Verfügung hat bezieh. in Verwendung nimmt. Es wird bei unserer Einrichtung von vornherein dadurch ausgeschlossen, daſs wir die untere Mündung des Saugrohres D mindestens um die Wasserbarometerhöhe, d.h. mindestens um 10m,3 unterhalb des Oberwasserspiegels verlegen. Alsdann nimmt der Condensator gerade so viel oder so wenig Wasser aus dem Zwischengefäſse F weg, als die Kaltwasserpumpe diesem Gefäſse zubringt.2) Selbst wenn die Kaltwasserpumpe einmal gar kein Wasser mehr zubringen würde, so würde das Gefäſs F doch nicht leergesogen, sondern es würde im Steigrohre D einfach eine Wassersäule bewegungslos hängen bleiben, und zwar vom Zwischengefäſse F aus so hoch, daſs die Höhe dieser hängenden Wassersäule gerade der zur Zeit im Condensator herrschenden Saugkraft entspräche, gerade wie auch im Fallrohre A immer eine solche Wassersäule hängt. Die geschilderten Zwecke unserer besonderen Art der Kaltwasserzufuhr: geringste Betriebsarbeit in Folge Ausnutzung der vollen Saugkraft des Condensators, unter gleichzeitiger Verhinderung von Betriebsstörungen einerseits durch Fallenlassen des Wassers, andererseits durch Leersaugen des Kaltwasserbehälters hätte man auch erreichen können, wenn man das Zwischenrohr F ganz weggelassen, und das Druckrohr N der Kaltwasserpumpe direkt an das Saugrohr D angeschlossen hätte. Alsdann würde aber auch solche Luft, die etwa durch undichte Stellen in der Saugleitung der Kaltwasserpumpe oder durch deren Stopfbüchse eingedrungen wäre, oder welche man vielleicht absichtlich zur Verhinderung von Ventilschlägen – im Falle einer Kolbenpumpe – beigegeben hätte, solche Luft würde dann mit in den Condensator gelangen, was natürlich vom Uebel wäre, indem dadurch das Vacuum vermindert würde und die Luftpumpe nutzlos mehr Arbeit bekäme. Diesen Uebelstand verhindern wir nun mit unserem „Zwischenrohre“ F, indem wir das Druckrohr N etwas über der Mündung des Saugrohres D in dieses Zwischenrohr führen. Dadurch macht sich |509| solche eingedrungene oder absichtlich beigegebene Luft in diesem Zwischengefäſse in aufsteigenden Blasen frei und entweicht durch das Röhrchen F1 ins Freie, gelangt also nicht in den Condensator.

Als Kaltwasserpumpe kann jede Pumpe dienen, nur nicht eine Centrifugalpumpe. Denn wenn sie auch ihr Wasser während des regelmäſsigen Betriebes nur auf die geringe und wenig veränderliche Minimalhöhe h0 zu heben hat, so muſs sie es doch ausnahmsweise auch höher heben können, unter Umständen sogar bis zum Condensator hinauf. Das könnte eine Centrifugalpumpe ohne Aenderung ihrer Umdrehungszahl nicht. Als Kaltwasserpumpe genügt hier eine billige Kapselpumpe, welche auf beliebige Höhe hebt.

Fassen wir die Eigenschaften dieser Condensation zusammen:

Vermöge des Gegenstromprinzipes erhalten wir kleinstmögliche Kühlwassermenge, kleinstmögliche Luft- und Wasserpumpe, und dann auch kleinstmögliche Betriebsarbeit zum Betriebe der Condensation. Diese Betriebsarbeit wird vermöge der eigenartigen Art der Wasserführung bei unserem Condensator nochmals vermindert, weil die schon in Folge des Gegenstromes verminderte Wassermenge auch noch weniger hoch gehoben werden muſs. Die Gesammtarbeit zum Betriebe solcher Patentcondensationen beträgt unter gewöhnlichen Umständen nur 1 bis 1,5 Proc. der gesammten Maschinenleistung.

Vermöge der besonderen Anordnungen sind sämmtliche Betriebsstörungen, die sonst bei solchen Condensatoren vorkommen, unmöglich, als: Falsches Wasserüberreiſsen, sowohl nach dem Luftabsaugerohr als nach dem Abdampfrohre hin, Fallenlassen des Wassers und Leersaugen des Kaltwasserbehälters. Durch Abhaltung des Hauptquantums der Luft vom eigentlichen Condensationsraume wird der Vorgang der Condensation erleichtert und wirksamer.

Das verwendete Kühlwasser endlich braucht nicht rein zu sein, weil es nur eine Kaltwasserpumpe, nicht aber eine empfindliche nasse Luft-Pumpe zu durchstreichen hat. Daher können auch Betriebswässer, die schon anderen Zwecken gedient haben, verwendet werden, und welche durch Verstopfungen und Verlegen von Ventilen die nasse Luftpumpe einer gewöhnlichen Condensation bald auſser Betrieb bringen würden. Unter solchen Umständen wird auch die vorhin erwähnte Centralcondensation der Zellstoffabrik Waldhoff arbeiten, wo schleimige und faserhaltige Betriebswässer für unsere Condensation verwendet werden, welche für gewöhnliche Condensation nicht gebraucht werden könnten. Wenn wir früher dargethan haben, daſs die Gegenstromcondensation weniger Wasser von derselben Temperatur gebraucht, als die Condensation mit nasser Luftpumpe, so können wir natürlich auch sagen, daſs wir mit Gegenstrom auch bei wärmerem Kühlwasser, aber in gleicher Menge, ein ebenso hohes Vacuum erzielen können als mit Parallelstrom, d.h. daſs sich Gegenstrom auch mit wärmerem Kühlwasser begnügt.

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Das ist an solcher Stelle von Bedeutung, wo wegen Wassermangel immer ein und dasselbe Wasser zur Kühlung verwendet wird, indem man es in seinem Kreislaufe auf irgend eine Weise wieder abkühlt.3) Es ist da natürlich sehr angenehm, wenn man es nicht sehr tief abzukühlen braucht, weil dann die Kühlungsanlage viel kleiner, einfacher und sicherer wirkend wird, besonders auch im heiſsen Sommer. Heiſses Wasser auf z.B. + 40° abzukühlen, ist unvergleichlich viel leichter, als wenn es auf 30° oder auf 25° abgekühlt werden müſste. Und wenn man das Wasser nur bis auf + 40° kühlt, so erreicht man bei Gegenstrom, wo eben das Kühlwasser vollständig ausgenützt wird, doch noch schöne Ergebnisse, wie das Beispiel zeigt, das ich Ihnen zum Schlusse noch geben möchte:

Ein Walzwerk, das bis jetzt wegen Wassermangels nicht condensirt hat, möchte für seine verschiedenen Walzenzugdampfmaschinen Centralcondensation nach unserem Systeme einführen und stellte, um sich zu orientiren, die Frage, wenn beispielsweise eine Walzenzugmaschine von 1000mm Cylinderdurchmesser, 1250mm Hub und 100 Umdrehungen in der Minute machend, bei 6at absoluter Spannung, und ohne Condensation mit ⅕ Füllung arbeitend, nun mit Condensation versehen würde, wie es mit der erreichten Dampfersparniſs, dem Wasserverbrauche u.s.w. stände, und zwar unter der Voraussetzung, daſs die Maschine die gleiche Arbeit leiste als wie vorhin ohne Condensation.

Der Vortragende führte die Untersuchung durch unter der Annahme, daſs man gar kein Wasser zuzugeben habe, sondern stets dasselbe Wasserquantum, das man sich ein für allemal verschafft habe, benütze, und kühle es nach Verlassen des Condensators immer wieder ab, und zwar nur bis auf + 40°, was leicht auch im Sommer zu erreichen sein sollte, welche Abkühlung aber bei Parallelstrom nicht genügen würde.

Alsdann ergibt sich folgendes: Wird das 15fache Gewicht Kühlwasser von 40° von dem gleichzeitig zu condensirenden Dampfgewichte verwendet (also n = 15), so gibt sich ein Vacuum von p0 = 0at,41 absolut, und in Folge dessen sich der nöthige Füllungsgrad des Dampfcylinders von ⅕ auf 1/7 erniedrigt, damit die Maschine die gleiche Arbeit leiste, wie vorhin ohne Condensation; diese Reduction des Füllungsgrades von ⅕ auf 1/7 entspricht einer Dampfersparniſs von 28 Proc. Läſst man das 28 fache Gewicht Kühlwasser (also n = 28) vom Dampfgewichte circuliren, so erhält man ein Vacuum von p0 = 0at,19 absolut, wobei sich der Füllungsgrad von ⅕ auf ⅛ verringert und eine Dampfersparniſs von 37 Proc. erzielt wird.

Also selbst von so warmem Kühlwasser (40°) braucht man mit Gegenstrom nur so wenig, nämlich nur das 15- bezieh. 28fache vom |511| Dampfgewichte, und erhält dabei doch schon Dampfersparnisse von 28 bezieh. 37 Proc.

Wenn man aber nur wenig Kühlwasser braucht, so werden auch die Anlagekosten der Condensation geringer, weil diese hauptsächlich von der Kühlwassermenge abhängen, indem alle Querschnitte von Condensator, Rohrleitungen und Pumpen dieser Kühlwassermenge entsprechen müssen.

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Ein weiterer Grund kann allerdings bei unzweckmäſsiger Anlage noch existiren: wenn der Condensator sein Wasser aus einem hochgelegenen Behälter ansaugt – was, wie wir weiter unten sehen werden, immer unzweckmäſsig ist – und wenn das Saugrohr eng ist oder ein Regulirhahn – der bei unserer Anordnung gar nicht vorhanden sein darf – nur wenig geöffnet ist, so stürzt sich ein Wasserstrahl mit gröſster Heftigkeit in den luftverdünnten Raum im Condensator, und es können dann die Flächen (Nietköpfe u.s.w.), auf die der Strahl auftrifft, zufällig derart liegen, daſs der ganze Strahl oder ein Theil desselben gegen die Luftabsaugeöffnung hinaufspritzt und dort von der Luftpumpe angesogen wird. Dem wird abgeholfen, indem man, wie in Fig. 2 angedeutet, das Wasser mittels eines weiten Rohres in den Condensator führt, wodurch es ruhig einläuft, ohne zu spritzen. Man hat bei Gegenstromcondensation sich überhaupt von dem Begriff „Einspritzung“ vollständig frei zu machen: das Wasser soll ruhig einlaufen, auf daſs man sicher sei, daſs es thatsächlich auch den ihm vorgeschriebenen Weg einschlägt. Grundsätzlich soll das Saugrohr D (Fig. 2) genau so weit sein, wie das Abfallrohr A, weil beide dieselbe Wassermenge, abgesehen von dem Condenswasser, zu fördern haben, und beide dies mit einer mäſsigen Geschwindigkeit (0,5 bis 1m,5, wachsend mit der Rohrweite) thun sollen. Wenn man dann in der Praxis das Abfallrohr A noch weiter macht, so hat das seinen berechtigten Grund darin, daſs dieses Rohr in gröſserem Maſse der Bildung von Ansätzen, Kesselstein u.s.w., ausgesetzt ist, als das Saugrohr des Kaltwassers.

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Eine Regelungsvorrichtung (Ventil, Hahn, Drosselklappe u.s.w.) darf in der Kaltwasserzuleitung nicht angebracht werden; es würde dadurch der eine Zweck unserer Anordnung, die Verminderung der Arbeit der Wasserpumpe auf ein möglichst geringes Maſs, geradezu vereitelt. Eine Drosselung im Rohre D hätte sofort eine Hebung des Wasserspiegels m – n, damit eine Vermehrung der Hubhöhe h0 und damit eine nutzlose Vermehrung der Arbeit der Kaltwasserpumpe zur Folge.

Die Regelung der Kühlwassermenge soll durch die Kaltwasserpumpe M selber bewirkt werden, und zwar, indem man deren Umdrehungszahl veränderlich macht.

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1888 267 * 586 Theisen's Oberflächen-Condensator.

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