Titel: Ueber Wärmebewegungen in den Cylinderwandungen der Dampfmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1890, Band 282 (S. 197–203)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj282/ar282073

Ueber Wärmebewegungen in den Cylinderwandungen der Dampfmaschinen.

(Fortsetzung des Berichtes S. 149 d. Bd.)

Wir haben schliesslich noch von einer letzten Umgestaltung des Revelators zu berichten, die vorgenommen wurde, um denselben auch zur Bestimmung der Wirkungen des Dampfmantels benutzen zu können.

Wie Fig. 9 erkennen lässt, setzt sich derselbe wieder aus zwei senkrechten, concentrisch zu einander und zwischen Metallplatten liegenden Rohren zusammen, von denen das innere D eine Wandstärke von 25 mm, gleich derjenigen des Cylinders, das äussere Rohr E eine Dicke von 16 mm, gleich derjenigen des zum Cylinder gehörigen Dampfmantels, besitzt. In den zwischen den Rohren D und E liegenden Raum G tritt durch das Rohr O der vom Kessel kommende Dampf, während der Innencylinder D durch das Rohr H mit dem Cylinder der Dampfmaschine in Verbindung gebracht werden kann. Um den Innenraum des Rohres D ebenso sauber und glatt halten zu können, wie denjenigen des Dampfcylinders, ist ein durch Stange C von Hand beweglicher Kolben D angeordnet, dessen Durchbrechungen eine Berührung mit dem Stahlröhrchen A, welches behufs Ermittelung der Innentemperatur des Revelators mit Quecksilber angefüllt ist, nicht zulassen. Das Dampfhemd ist mit zwei Ablaufrohren K und I versehen, von denen das erstere den auf dem äusseren Rohre E, das letztere den auf dem Innenrohre D condensirten Dampf aufnimmt; zur Trennung dieser Condensationswässer dient ein Ring M, der in seinem oberen Theile eine bis zum Rohre K nach unten schräg zulaufende Rinne bildet, wodurch es möglich wird, den Einfluss einer jeden einzelnen Wandfläche bezieh. die in das Metall ihrer Wandungen übergetretene Wärmemenge zu ermitteln. Das ganze Instrument ist ausser mit einer Asbestschicht noch mit einer Filzumhüllung umgeben und um die Temperaturen in verschiedenen Tiefen der Metallwandungen messen zu können, sind dieselben wieder an den auf der Abbildung ersichtlichen Stellen mit durch Quecksilber ausgefüllten Bohrungen versehen. Ein Stahlröhrchen L dient noch zur Bestimmung der Temperatur des Dampfes im Mantel und um schliesslich auch die Temperatur der äussersten Oberflächenschicht des Rohres E kennen zu lernen, sind hier in derselben Weise wie früher kleine mit Quecksilber gefüllte Behälter angebracht.

Der Revelator wurde in dieser Gestalt vor kurzem mit dem grossen Cylinder der bereits mehrfach erwähnten Woolf'schen Maschine verbunden und die bezüglichen Wärmegrade für die absoluten Spannungen des Dampfes im Mittel von

3,83 3,13 2,43 1,38 1,21 und 1,03 k

gemessen.

Die Ergebnisse sind durch die in Fig. 10 ersichtlichen Schaulinien dargestellt.

Weitere interessante Versuche mit diesem Revelator stellte Donkin nach Bulletin de la Société d'encouragement, 1890 S. 672, an einer von ihm construirten kleinen Dampfmaschine an, welche nichts anderes als nur den unveränderlichen Widerstand eines Bremszaumes zu überwinden hatte.

Diese mit stehendem Cylinder von 152 mm Durchmesser und 203 mm Kolbenhub nach dem Hammersystem erbaute Maschine ist für eine Umdrehungszahl von mindestens 300 in der Minute construirt, und alle ihre Einzeltheile sind derartig gewählt, dass eine nahezu vollkommene Regelmässigkeit der Bewegung gesichert erscheint. Die |198| Indicatordiagramme, welche in kurz auf einander folgenden gleichen Zeiten abgenommen wurden, zeigten denn auch eine grosse gegenseitige Uebereinstimmung und dienten Dwelshauvers-Déry neben den durch den Revelator ermittelten Diagrammen bei seinen rechnerischen Untersuchungen als Grundlage.

Textabbildung Bd. 282, S. 198
Textabbildung Bd. 282, S. 198
Solange die Maschine einfach wirkend arbeitete, strömte der vom Kessel kommende Dampf nur auf die obere Kolbenfläche und bei abwärts gerichtetem Kolbenhube gab diese sowohl, wie auch der obere Cylinderdeckel und die Wandung des schädlichen Raumes nach den rechnerischen Ermittelungen stets Wärme ab, während die übrigen erst nach und nach durch den Kolben frei werdenden Theile der Wandung im Gegensatze hierzu Wärme aufnahmen; beim aufwärts gerichteten Kolbenhube setzten sich diese Erscheinungen eine gewisse Zeit lang fort, bis sie sich gegen Ende des Hubes umkehrten. Unterhalb des Kolbens erfolgte der Wärmeaustausch nach einem ziemlich verwickelten Gesetz, welches indess leicht aus Schaulinien abgeleitet werden kann.

Was die mittlere Temperatur, welche ein ganz besonderes Interesse in Bezug auf die Wirkung der Dampfmäntel darbietet, anbelangt, so ging dieselbe vom höchsten Punkte bis zum Ende des Cylinders beständig herunter, bis sie kurz vor dem unteren Cylinderdeckel wieder um ein Geringes höher wurde.

Um die Temperaturen, welche die einzelnen Punkte der Innenwandung eines Cylinders in jedem Augenblicke annehmen, mit Hilfe der Indicatordiagramme ermitteln zu können, stützte sich Dwelshauvers-Déry auf die folgenden, durch die Versuche von Donkin bestätigten Annahmen:

1) Die Oberfläche der Wandung nimmt in jedem Augenblicke die Temperatur des Dampfes an, mit welchem sie in Berührung ist; man setzt nämlich, nach Dwelshauvers-Déry, voraus, dass der in den Cylinder tretende Dampf stets etwas Feuchtigkeit mit sich führt, die sich auf der metallischen Oberflächenschicht niederschlägt und dieser dieselbe Temperatur ertheilt, welche auch der Dampf besitzt.

2) Diejenigen Theile der Wandung, welche nicht mit dem Dampfe, sondern mit dem Kolbenumfange in Berührung kommen, behalten während der ganzen Dauer des Kolbendurchganges diejenige Temperatur bei, welche sie beim Beginne desselben hatten; oder mit anderen Worten, die cylindrische Oberfläche des Kolbens wird als vollkommen undurchdringlich für die Wärme angesehen.

Auch Donkin erklärte sich, namentlich in Anbetracht der nur kurzen Zeitdauer der Berührung der metallischen Oberflächen mit dem Obigen bezieh. dem Widerstände, welchen die bezüglichen Oberflächen der Wärmefortpflanzung entgegensetzen, einverstanden, und Dwelshauvers-Déry ist der Meinung, dass, wenn diese Annahmen auch möglicher Weise nicht vollständig der Wirklichkeit entsprechen sollten, die auf Grund derselben angestellten Rechnungen doch mindestens angenäherte Werthe ergeben müssten und deshalb insofern von ganz besonderem Interesse sind, als sie uns zum ersten Male einen klaren Begriff über Richtung und Intensität des so schnell auf einander folgenden Wärmeaustausches im Dampfcylinder während einer Umdrehung der Maschine geben; diese Annahmen einmal vorausgesetzt, lassen sich mit Hilfe der Tabellen für gesättigte Dämpfe die Ergebnisse durch an und für sich zwar leichte, aber immerhin umständliche Rechnungen feststellen.

|199|

Dwelshauvers-Déry hat nun versucht, die bezüglichen Ergebnisse auf einem weniger weitläufigen Wege unter Benutzung graphischer Aufzeichnungen zu erlangen, mit Hilfe derer man leicht dem Gange der Rechnung zu folgen vermag, und das von ihm zu diesem Zwecke erfundene Verfahren hat Donkin schliesslich zur Bestimmung der Temperaturen der Cylinderwandungen seiner kleinen Dampfmaschine benutzt. Derselbe dachte sich die vom Dampfe bestrichene Innenfläche des Cylinders in eine Anzahl cylindrischer senkrechter Zonen zerlegt. Um nun die Zeit zu erhalten, innerhalb welcher eine derartige Zone auf eine bestimmte Temperatur gebracht wird, theilte er den Kolbenhub in 10 ungleiche Theile, die, gleichförmige Rotationsbewegung vorausgesetzt, vom Kolben in gleichen Zeiten durchlaufen werden.

Textabbildung Bd. 282, S. 199
Der Doppelhub findet innerhalb 20 gleicher Zeiten statt, und zwar überstreicht hierbei der Kolben in jeder Zeiteinheit nach und nach die 1., 2..... 10., hierauf die 9., 8..... 2., 1. Zone. Um indess in jedem Augenblicke den mit dem Dampfe in Berührung stehenden Theil auf der einen oder anderen Kolbenfläche bestimmen zu können, erschien es zweckmässig, dem Cylinder eine Eintheilung zu geben, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist. Es ist klar, dass innerhalb der zehn Zeiten des abwärts gerichteten Kolbenhubes die obere Fläche s des Kolbens nach und nach die Zonen A, B, C.... I in dem einen und beim Emporgehen des Kolbens dieselben Zonen nach und nach im entgegengesetzten Sinne überstreicht; es gibt demnach keine Zone von A bis I, welche mit dem auf der oberen Kolbenfläche befindlichen Dampfe nicht in Berührung gekommen wäre, wohl aber ist dieses der Fall bei demjenigen Theile des Cylinders, welcher unterhalb I vom Kolben in seiner Endstellung s1s1i1i1 bedeckt wird, da dieser erst beim Kolbenaufgange mit dem auf die untere Kolbenfläche wirkenden Dampfe in Berührung kommt. Aus diesem Grunde ist auf der rechten Seite der Fig. 11 eine zweite Eintheilung in Zonen K, L, M.... S, T angegeben, von denen die Theile K, L, M, N ungefähr die Verlängerung der Eintheilungen A, B.... bis I bilden; in Wirklichkeit überschreitet indess die Abtheilung N diejenige I und es vereinigt sich ein oberer Theil derselben mit der letzteren Abtheilung. Es wird indess schwer halten, diesen Umstand zu berücksichtigen und es ist der hieraus entstehende kleine Irrthum wohl auch kaum beachtenswerth.

Wie Fig. 12 veranschaulicht, wurde nun der Cylinder in auf einander folgende, vom Kolben in gleichen Zeiten durchlaufene Zonen eingetheilt, welche mit A, B, C... I, N, M, L, K, bezeichnet sind und von denen die Zone N als etwas zu klein aufgetragen anzunehmen ist. Zu diesen Zonen kommt noch eine weitere Zone Z hinzu, welche vom Kolben niemals berührt wird und deren Oberfläche, ebenso wie diejenige ff des Cylinderdeckels, sowie die obere Kolbenfläche ss die Temperatur des oberhalb vom Kolben befindlichen Dampfes besitzt, und die mittlere Temperatur dieser Flächen ist gleich derjenigen des Dampfes selbst. Eine ähnliche Rolle spielt auch die am unteren Cylinderende zugefügte Zone Y, so dass sich nun insgesammt 16 Zonen vorfinden.

Beim Arbeiten der Maschine als „einfachwirkende“ drückt der Dampf beim Abwärtshube des Kolbens auf dessen obere Fläche, während der untere Theil des Cylinders mit dem Condensator in Verbindung steht, und beim Aufhube ist der obere Cylindertheil mit dem Condensator verbunden, der untere Theil desselben jedoch vollständig von allem abgeschlossen.

Textabbildung Bd. 282, S. 199
Der seit dem Beginne der Compression im unteren Theile des Cylinders zurückgebliebene Dampf dehnt sich beim Emporgehen des Kolbens aus, seine Temperatur, welche durch die Compression auf über 100° steigt, geht immer mehr und mehr herunter und beträgt in dem Augenblicke, wo der untere Cylindertheil von neuem mit dem Condensator in Verbindung tritt, nur noch 67°; von jetzt an wachsen Temperatur und Spannung wieder, woraus geschlossen werden kann, dass Dampf durch den Condensator in den Cylinder tritt. Eine beachtenswerte Erscheinung, welche sich aus der Wirkung der Wandungen erklärt, verdient noch besonders hervorgehoben zu werden; während der Verbindung mit dem Condensator waren nämlich, wie auch Fig. 13 erkennen lässt, Temperatur und Spannung im Cylinder stets grösser als im Condensator und auch im oberen Cylindertheil grösser als im unteren. Der von Watt aufgestellte Grundsatz, dass die Spannungen, welche in zwei mit einander verbundenen Gefässen herrschen, sich gegenseitig ausgleichen, scheint demnach auf die Praxis keinen Bezug zu haben.

Die Grundlinie des in Fig. 13 ersichtlichen Diagrammes ist in 20 gleiche Theile eingetheilt, von denen jeder den 20. Theil der Dauer einer Umdrehung der Maschine vorstellt, und die grössten Ordinaten ZZ desselben sind den aus dem Indicatordiagramm (Fig. 14) berechneten Temperaturen, welche der Dampf oberhalb des Kolbens besitzt, proportional; die kleineren Ordinaten YY beziehen sich auf die Temperatur des Dampfes unterhalb des Kolbens. Es ergibt sich nun aus dem Diagramme das Folgende:

1. die mittlere Temperatur der Zone Z, sowie der |200| Oberflächen ff und ss ist gleich der mittleren Ordinate des Diagrammes ZZ;

2. die mittlere Temperatur der Zone Y, sowie diejenige der Oberfläche f1f1 und s1s1 ist gleich der mittleren Ordinate des Diagrammes YY, und

3. die mittlere Temperatur der anderen Zonen hängt von der relativen Lage derselben im Cylinder ab.

Textabbildung Bd. 282, S. 200
Auch die oben erwähnten Erscheinungen lassen sich aus dem Diagramm (Fig. 13) mit Leichtigkeit erkennen. Von 1 bis 10 steht der unterhalb des Kolbens, von 10 bis 20 der oberhalb desselben gelegene Cylinderraum mit dem Condensator in Verbindung und erhebt sich, solange diese Verbindung andauert, stets über die zwischen 1 und 10 gelegene Curve YY.

Der Verlauf der Curven ZZ und YY ist aus dem in Fig. 15 ersichtlichen Diagramm abgeleitet. In diesem findet sich der Kolben für alle diejenigen Stellungen aufgezeichnet, welche er am Ende einer jeden Zeit einnimmt, und es sind ferner die bezüglichen Temperaturen des Dampfes sowohl oberhalb als unterhalb des Kolbens eingeschrieben.

Diese Temperaturen sind die mittleren, welche sich aus den während des Durchlaufens einer jeden Zone ermittelten Temperaturen ergeben, und es sind dieselben als Ordinaten in den Mitten der bezüglichen Zonen von der Grundlinie des Diagrammes (Fig. 13) aus aufgetragen.

Textabbildung Bd. 282, S. 200
Um die mittlere Temperatur irgend einer Zone, z.B. diejenige der Zone Z bestimmen zu können, trägt man die auf einander folgenden Temperaturen dieser Zone in jeder der 20 Zeiten, innerhalb welcher die Maschine eine Umdrehung vollführt in einer Tabelle, wie sie nachstehend angegeben ist, zusammen und nimmt aus den 20 eingetragenen Zahlen jeder Senkrechtreihe das arithmetische Mittel. Diese Werthe werden dann in der Mitte einer jeden Zone Z, A, B... K, Y als Ordinaten aufgetragen und deren Endpunkte, wie Fig. 12 ersichtlich; durch eine fortlaufende Linie mit einander verbunden, welche dann die Temperatur Veränderungen übersichtlich erkennen lässt.

Indess muss die Bestimmung der Temperatur einer Zone nach jedem Zeittheilchen mit einer gewissen Vorsicht erfolgen.

Solange eine Zone vollständig unbedeckt ist, sei es oberhalb oder unterhalb des Kolbens, ist ihre Temperatur diejenige des sie berührenden Dampfes. So beträgt nach Fig. 15 für die Zone E, wenn der Kolben das 1. Zeittheilchen überschritten hat, die Temperatur des Dampfes unter dem Kolben 80,6°; vom 2. Zeittheilchen an kommt der Kolben indess schon über die Zone E zu liegen und nach dem 5. Zeittheilchen wird sie, bis zum 15. Zeittheilchen vom Dampfe der oberen Kolbenseite berührt. Am Ende des 16. Zeittheilchens ist die Zone vom aufwärtsgehenden Kolben vollständig bedeckt, wird am Ende des 19. Zeittheilchens wieder frei und tritt von neuem mit dem Dampfe unterhalb des Kolbens in Berührung; während des 20. Zeittheilchens endlich nimmt sie die Temperatur von 70,0° an.

Es besteht hiernach auch für die Zeiten 2, 3, 4, 5 des abwärts und diejenigen 16, 17, 18, 19 des aufwärts gerichteten Kolbenhubes kein Zweifel; für diese sind die Zahlen in der vorstehenden Tabelle innerhalb wagerecht liegender Doppelstriche eingerahmt und die Linien des Diagramms (Fig. 13) punktirt angegeben. Obwohl nun dieses Diagramm die von Dwelshauvers-Déry angegebene Methode klar erkennen lässt, soll dennoch für eine der Zonen, z.B. E, der Linienzug nochmals besonders herausgezeichnet werden (Fig. 16).

Wie aus Fig. 15 ersichtlich, braucht der Kolben die Zeit 2 und einen grossen Theil der Zeit 3, um die vorgenannte Zone zu bedecken, und es kann wohl angenommen werden, dass während der Zeit 2 die Temperatur derselben gleich derjenigen des Dampfes unter dem Kolben (82,2°) gewesen und ferner ihre Temperatur auf 83° gestiegen ist,

|201|
Zeiten Z A B C D E F G H I J N M L K Y
Grade Grade Grade Grade Grade Grade Grade Grade Grade Grade Grade Grade Grade Grade Grade Grade
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20
143,3

142,8

142,2

137,8

129,4

122,8

120,0

117,8

116,1

115,0

103,9

98,9

94,4

93,3

92,2

91,1

90,6

90,0

97,8

108,9
126,0
–––––
142,8

142,2

137,8

129,4

122,8

120,0

117,8

116,1

115,0

103,9

98,9

94,4

93,3

92,2

91,1

90,6

90,0

97,8
–––––
106,1
97,8

120,0
–––––
142,2

137,8

129,4

122,8

120,0

117,8

116,1

115,0

103,9

98,9

94,4

93,3

92,2

91,1

90,6

90,0
–––––
96,8

97,8
90,0

90,0

115,0
–––––
137,8

129,4

122,8

120,0

117,8

116,1

115,0

103,9

98,9

94,4

93,3

92,2

91,1

90,6
–––––
90,0

90,0

90,0
88,0

88,0

88,0

108,7
–––––
129,4

122,8

120,0

117,8

116,1

115,0

103,9

98,9

94,4

93,3

92,2

91,1
–––––
90,6

90,6

90,6

89,0
80,6
–––––
82,2

83,0

83,0

104,5
–––––
122,8

120,0

117,8

116,1

115,0

103,9

98,9

94,4

93,3

92,2
–––––
91,6

91,6

79,4

79,4
–––––
70,0
80,6

82,2
–––––
83,3

83,9

83,9

102,7
–––––
120,0

117,8

116,1

115,0

103,9

98,9

94,4

93,3
–––––
92,2

92,2

81,7
–––––
71,1

67,2

70,0
80,6

82,2

83,3

83,9
–––––
84,4

84,4

107,7
–––––
117,8

116,1

115,0

103,9

98,9

94,4
–––––
93,3

93,3

83,3
–––––
73,3

71,1

67,2

70,0
80,6

82,2

83,3

83,9

84,4
–––––
85,0

85,0

101,0
–––––
116,1

115,0

103,9

98,9
–––––
94,4

94,4

85,0
–––––
75,6

73,3

71,1

67,2

70,0
80,6

82,2

83,3

83,9

84,4
–––––
85,0

85,3

85,3

100,5
–––––
115,0

103,9
–––––
99,5

99,5

99,5

87,6
–––––
75,6

73,3

71,1

67,2

70,0
80,6

82,2

83,3

83,9

84,4

85,0
–––––
85,4

85,4

85,4

99,2

106,2

106,2

106,2

92,3
–––––
78,3

75,6

73,3

71,1

67,2

70,0
80,6

82,2

83,3

83,9

84,4

85,0
–––––
85,6

85,6

85,6

85,6

85,6

85,6

86,6

82,0
–––––
78,3

75,6

73,3

71,1

67,2

70,0
80,6

82,2

83,3

83,9

84,4

85,0

85,6
–––––
85,6

85,6

85,6

85,6

85,6

84,4
–––––
83,3

78,3

75,6

73,3

71,1

67,2

70,0
80,6

82,2

83,3

83,9

84,4

85,0

85,6

85,6
–––––
86,1

86,1

86,1

88,8
–––––
88,3

83,3

78,3

75,6

73,3

71,1

67,2

70,0
80,6

82,2

83,3

83,9

84,4

85,0

85,6

85,6

86,1
–––––
94,5

96,5
–––––
94,4

88,3

83,3

78,3

75,6

73,3

71,1

67,2

70,0
80,6

82,2

83,3

83,9

84,4

85,0

85,6

85,6

86,1

97,2

100,6

94,4

88,3

83,3

78,3

75,6

73,3

71,1

67,2

70,0
Summen
Mittelwerthe
2248,3
112,4
2228,2
111,4
2167,9
108,4
2088,3
104,4
2041,2
102,1
1919,7
96,0
1850,4
92,5
1798,1
89,9
1750,3
87,5
1732,7
86,6
1701,2
85,1
1616,1
80,8
1616,2
80,8
1624,8
81,2
1649,2
82,5
1656,0
82,8

seitdem der Kolben die Zone vollständig bedeckte, d.h. etwas unter 83,3° liegt; diese Temperatur behält die Zone E auch innerhalb der Zeit 4 bei. Während der Zeit 5 ist die Temperatur von 83° bis auf die Temperatur des Dampfes oberhalb des Kolbens am Ende dieser Zeit, also auf 126,0° gestiegen und wir nehmen nun an, dass die mittlere Temperatur der Zeit 5 zwischen 83° und 126° liegt, also 106,2° betrage.

Textabbildung Bd. 282, S. 201
Während der Zeit 16 wird die Zone E, je nachdem der Kolben emporgeht, wieder von diesem bedeckt und ihre Temperatur kann bis an das Ende der Zeit 17 gleich der mittleren Temperatur des Dampfes, also zu 91,6° angenommen werden; innerhalb der beiden nächsten Zeiten fällt dann ihre Temperatur wieder und sie nimmt diejenige des Dampfes unter dem Kolben, welche 67,2° beträgt, an, so dass sich innerhalb der Zeiten 18 und 19 eine mittlere Temperatur von 79,4° vermuthen lässt.

In derselben Weise ist auch bei Aufzeichnung der Temperaturen der übrigen Zonen zu verfahren.

Das Diagramm (Fig. 12) zeigt, dass die Zone Z am wärmsten, diejenige N am kältesten ist, und zwar beträgt die Differenz der Temperaturen ungefähr 33°; dies ist wohl zu beachten.

Der untere Theil des Cylinders ist kälter als der obere, so dass dadurch ein senkrechter von oben nach unten und möglicher Weise auch ein wagerechter nach aussen gerichteter Wärmestrom entsteht.

Bei einem doppeltwirkenden Cylinder dagegen liegt die Curve nach der Mitte zu niedriger und steigt an den äussersten Enden, auch ist der Unterschied zwischen Maximal- und Minimaltemperatur weit geringer. Der senkrechte Wärmestrom pflanzt sich hier nach zwei Richtungen, von oben und von unten nach der Mitte zu, fort, wodurch die Erscheinungen der Fortpflanzung weniger verwickelt ausfallen, als bei einem einfach wirken den Cylinder.

Wenngleich die vorstehend beschriebenen, von Dorthin vorgenommenen Messungen der Temperaturschwankungen im Inneren der Cylinderwand (vgl. auch Proceedings of the Institution of Civil Engineers 1889/90 Nr. 2457) zu äusserst lehrreichen und interessanten Ergebnissen führten, deren Richtigkeit, wie die Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure vom 22. August 1891 S. 962 berichtet, soweit erkennbar, auch von dem bereits oben erwähnten Prof. Kirsch anerkannt wurde, so werden dieselben doch nach dem Letztgenannten erst dann eine genügende Unterlage zur Ableitung der charakteristischen Constanten der Wärmebewegung bieten, wenn zunächst über folgende zwei Fragen noch vollständige Aufklärung geschaffen ist:

1. Wie verhält es sich mit dem Herabrinnen des Condensationswassers an der Cylinderwand unter den verschiedenen Verhältnissen?

2. In wie weit kann man sich bezüglich der Dampf Spannungen – also auch Temperaturen – im Inneren des Cylinders auf die Angaben des Indicators verlassen?

|202|

Prof. Kirsch hatte durch verhältnissmässig einfache Rechnungen gefunden, dass sich die Frage der Wärmebewegung im Inneren der Wand auf die einfachere Frage nach der jeweiligen Temperatur in der Oberflächenschicht zurückführen lässt, so dass, wenn diese Temperaturen für jede Kurbelstellung und für jeden Theil der vom Dampf berührten Fläche bekannt wären, die ganze Unsicherheit nur noch in der mangelnden Kenntniss der genauen Werthe λ und χ für den Wärmeleitungscoefficienten des Materials und die sogenannte Temperaturleitungsfähigkeit bestände, welche schliesslich durch angestellte Versuche behoben werden könnte.

Der kritische Punkt liegt indess in der zur Zeit noch bestehenden Unkenntniss der Beziehung, welche zwischen der jeweiligen Temperatur der Wandoberfläche und des sie berührenden Dampfes besteht. Die von Donkin und Dwelshauvers-Déry ermittelten Ergebnisse stützten sich auf die Annahme, dass die Oberfläche der Wandung in jedem Augenblicke die Temperatur des Dampfes, mit welchem sie in Berührung ist, annimmt; dies ist in Wirklichkeit wohl nicht immer der Fall. Im grossen Ganzen wird man unter Berücksichtigung aller Umstände kaum mit der Annahme fehlgehen, dass die Oberflächenschicht der Wand allerdings nirgends auch nur zeitweise nennenswerth kälter, wohl aber, sobald sie trocken geworden, vorübergehend oder dauernd erheblich wärmer als der sie berührende Dampf sein kann.

Hierüber müssten directe Ermittelungen angestellt werden, und Prof. Kirsch schlägt deshalb, um damit gleichzeitig die Beantwortung der ersten Frage anzubahnen, nach der letztgenannten Zeitschrift die Vornahme folgender Versuche vor.

Eine zum Zwecke möglichst genauer Messung der Dampfmengen mit Oberflächencondensator ausgerüstete Dampfmaschine wird am Kolben und den beiden Deckeln mit geeigneten Vorrichtungen versehen, um an ihnen nach und nach eine Reihe auswechselbarer Einsatzstücke befestigen zu können. Diese Stücke sind so ausgewählt und bearbeitet, dass sie nach Material- und Oberflächenbeschaffenheit alle etwa vorkommenden oder sonstiges Interesse bietenden Fälle umfassen. Sämmtliche Stücke sind so bemessen und gestaltet, dass sie bei genau bekannter, innerhalb weitester Grenzen schwankender Oberflächengrösse dennoch durchaus gleiches Volumen besitzen, damit der schädliche Raum der Maschine in allen Fällen gleich gross sei, also nur die Oberfläche nach Grössenentwickelung, Material oder sonstiger Beschaffenheit sich ändern. Die eine Reihe von vier Einsatzstücken für die Deckel und die beiden Kolbenseiten, letztere natürlich zweitheilig, sind mit möglichst tiefen Rinnen von rechteckigem Querschnitt (Fig. 17) ausgerüstet, um eine recht grosse Oberfläche zu erzielen. Diese Stücke werden nun zuerst so eingesetzt, dass die Rinnen senkrecht stehen, so dass alles Condensationswasser gerade so ablaufen kann wie an der glatten Wand, ein zweites Mal werden sie unter 90° gedreht eingesetzt, so dass so gut wie gar kein Wasser niederrinnen kann, sondern sich in den wagerecht laufenden Rinnen fängt, bezieh. in der Hauptsache gleich dort haften bleibt, wo es entstanden ist.

Die Nebeneinanderstellung der beiden so unter sonst unveränderten Verhältnissen verbrauchten Dampfmengen muss den Einfluss des Herabrinnens deutlich erkennen lassen.

Eine Reihe genau übereinstimmender Versuche mit ebensolchen Einsätzen aus Wismut einerseits oder Kupfer andererseits wird zeigen, ob unter den im Innern des Dampfcylinders herrschenden Umständen dieselben Werthe für λ und χ Gültigkeit behalten, welche unter den bei ihrer Bestimmung im physikalischen Laboratorium obwaltenden abweichenden Verhältnissen gewonnen wurden. Um die Wirkung dieser Einsatzstücke auf den Dampfverbrauch möglichst scharf ausgeprägt zu erhalten, muss ihre Oberfläche natürlich so gross gemacht werden, dass die übrige dem Dampfe zugängliche innere Oberfläche der Maschine möglichst in den Hintergrund tritt. Derartige Versuche dürften nebenbei einen sehr beachtenswerthen Fingerzeig gewähren, durch entsprechende Einsatzstücke und angemessene Bekleidung von Kolben und Deckel den inneren Abkühlungsverlust dieser Haupttheile in denkbar einfachster Weise auf einen möglichst geringen Werth herabzudrücken.

Textabbildung Bd. 282, S. 202
Um weiter festzustellen, ob die auf Grund des Indicatordiagramms berechnete mittlere Dampfspannung an einer gegebenen Stelle des Cylinders auch wirklich genau zutrifft, wird man die Wand an jener Stelle durchbohren und den so erhaltenen, möglichst engen Kanal ausserhalb der Maschine in ein ebenso dünnes, sehr langes Kupferröhrchen übergehen lassen, an dessen anderem Ende sich ein Manometer befindet. Dieses Röhrchen ist mit Oel gefüllt, um einerseits das tiefere Eindringen von Dampf zu verhindern, sowie anderseits einen grösseren Widerstand gegen das Hin- und Herströmen zu bieten. Um ferner das am freien Ende durch den ein- und austretenden Dampf allmählich fortgerissene Oel zu ersetzen, trifft man durch einen niederzuschraubenden Schmierkolben Vorsorge, dass der Oelinhalt des Röhrchens langsam nach dem Cylinder hin vorrückt. Der vor der Mündung dieses Röhrchens befindliche Dampf drückt nun die Flüssigkeit nach dem Manometer hin, ohne dass indess wegen der bedeutenden Länge des Röhrchens eine nennenswerthe Bewegung entsteht, indem inzwischen die Dampfspannung schon wieder bis unter ihren Mittelwerth herabgesunken ist, also eine Rückströmung im Rohre entsteht.

Augenscheinlich gelten für die Fortpflanzung der Druckschwankungen in der Flüssigkeit ganz analoge Gesetze wie für die Wärmefortpflanzung innerhalb der Metallwand; je weiter rückwärts in der Rohrleitung das Manometer angeschlossen ist, um so abgeschwächter und verspäteter werden die Spannungsschwankungen dort anlangen; am Ende eines unendlich langen Rohres aber muss sich die mittlere Spannung einstellen, weil sonst die algebraische Summe der in irgend einem Querschnitte des Rohres auftretenden Bewegungsimpulse nicht gleich Null sein könnte, also noch nicht der Beharrungszustand eingetreten wäre. Ein einfacher Vorversuch wird Aufschluss gewähren, wie lang und dünn das Röhrchen zu wählen ist, bezieh. ob man es zur Erhöhung der hydraulischen Widerstände |203| zweckmässiger über eine Spule wickeln oder ob man in sonstiger Weise die Beweglichkeit des Oelinhaltes zu erschweren genöthigt sein wird.

Es braucht wohl kaum besonders darauf aufmerksam gemacht zu werden, dass der eben besprochene Mittelwerth der Dampfspannungen durchaus nicht mit der mittleren indicirten Spannung des Dampfes verwechselt werden darf; während letzterer das Mittel aus den mit den zurückgelegten Kolbenwegen multiplicirten Drucken darstellt, ist der erstere der Mittelwerth aller mit der zugehörigen Wirkungsdauer multiplicirten Dampfspannungen; beide können gewissermassen als räumliches und zeitliches Mittel der Spannungen einander gegenüber gestellt werden.

Man wird in Zukunft aus der blossen Kenntniss der Mitteltemperaturen von Wand und Dampf alle in Betracht kommenden Einzelheiten ableiten können.

Freytag.

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

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