Titel: Ueberhitzer für Kesseldampf.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1896, Band 300 (S. 224–227)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj300/ar300053

Ueberhitzer für Kesseldampf.

Eine übersichtliche Darstellung der Anwendung des überhitzten Wasserdampfes findet sich in Nr. 9 Jahrg. 16 der Zeitschrift des internationalen Verbandes der Kesselüberwachungsvereine, aus der wir Nachstehendes mittheilen:

„Die Ueberhitzung des Dampfes für Maschinenzwecke, um ohne grosse Aenderung der Kessel und Maschinen höhere Wirkung des Dampfes in Betriebsmaschinen zu erzielen, macht in der Neuzeit wieder viel von sich reden und ist namentlich durch die bekannten Hirn'schen Versuche im Elsass wieder in den Vordergrund bei den Maschinenbauern und Benutzern von Dampfmaschinen getreten.

Es dürfte daher unsere Leser interessiren, auch die Ansichten aus den englischen Kreisen der Maschineningenieure zu hören, und wollen wir hier einige Mittheilungen wiedergeben, welche durch den Ingenieur Bryan Donkin jun. im Engineering veröffentlicht worden sind. Derselbe schreibt:

Es ist wahrscheinlich nur eine Frage von wenigen Jahren, bis die Ingenieure allgemein wieder überhitzten oder getrockneten Dampf benutzen werden; nicht bloss bei Schiffsmaschinen, sondern auch bei feststehenden Dampfmaschinen und Locomotiven. Neuere Ideen befürworten die Anwendung desselben und betonen die Ersparniss, welche dadurch erreicht wird, dass die heute überaus starke Condensation in den Dampfcylindern vermieden wird; das dadurch angesammelte Wasser ist nicht allein kostspielig, sondern auch schädlich.

Ein Dampfmantel dient bei diesem Uebelstande nur dazu, die Temperatur der Cylinderwandung zu erhöhen, welche vom Dampf berührt wird; dagegen ist es für wirkliche Oekonomie wesentlich, die Temperatur in den Cylindern zu erhöhen, und dies erreicht man eben durch die Wirkung des überhitzten Dampfes, welche die lästige Condensation des gesättigten Dampfes vermeidet. Wir erwähnen hierbei besonders, dass die Wärme der Cylinderwandungen stets geringer ist als diejenige des einströmenden Dampfes; ebenso ist es bei den Condensatoren selbst, in denen wir Dampf zu Wasser condensiren wollen und deren Wandungen wir zu diesem Zwecke erheblich kühler halten müssen als den zu verdichtenden Dampf.

Vor 30 bis 40 Jahren wurde überhitzter Dampf vielfach auf Dampfschiffen, bei einer Admissionsspannung von 10 bis 20 Pfund auf 1 Quadratzoll (= 0,7 bis 1,4 at) angewendet. John Penn und Wethered machten Versuche damit, und verschiedene Ingenieure bezeugten die auf |225| diesem Wege erzielte Ersparniss; aber nach einigen Jahren wurde diese Benutzung von überhitztem Dampf wieder verlassen. Der dabei aufgetretene Misserfolg lag vorzugsweise an der zu geringen Oberfläche der Ueberhitzer, an den geringen zum Bau derselben verwendeten Materialien und an den ungeeigneten Schmiermaterialien, welche die Cylinderflächen bei den höheren Temperaturen ruinirten. Bei besser geeigneten Metallen und Schmierölen (statt des früher benutzten Talgs) scheint sich jetzt keine Schwierigkeit mehr bei den Cylindern und Schiebern einzustellen; auch gehen die Ueberhitzer selbst nicht mehr in kurzer Zeit zu Grunde, wie früher. – Thatsächlich laufen heute Tausende von Pferdekräften zur Zufriedenheit ihrer Besitzer mit überhitztem Dampf, ohne dass die Cylinder, Schieber und Stopfbüchsen der Maschinen mit 1, 2 bis 3 Cylindern Schaden nehmen.

Bei Gasmaschinen findet bekanntlich Flammenentwickelung innerhalb der Cylinder statt. Tausende solcher Gasmotoren arbeiten mit viel höheren Temperaturen, sage von 2000 bis 2700° F. (= über 1000° C.), als die Dampfmaschinen mit überhitztem Dampf. Bei hoch entflammlichen und schwer zersetzbaren Schmiermaterialien leiden die Reibungsflächen gar nicht.

In Deutschland und Frankreich sind viele Versuche mit überhitztem Dampf angestellt worden bei allen Arten verschiedener Dampfmaschinen und Apparate. Schreiber dieses hat die verschiedenartigsten derartigen Ueberhitzer im Betrieb gesehen. Einige derselben sind in den Zügen der Dampfkessel untergebracht, andere haben wieder eine besondere Feuerung. Eine Anzahl der besichtigten Maschinen arbeitete regelmässig mit Dampf, welcher um 100° F. (= 38° C.) über die Temperatur des gesättigten Dampfes überhitzt war.

Es ist beim Gebrauch des überhitzten Dampfes nothwendig, dass man denselben auf dem kürzesten Wege dem Cylinder zuführt; es ist dabei vortheilhaft, überhitzten Dampf sowohl in den Dampfmänteln als auch in den Cylindern zu benutzen. Hauptzweck ist dabei immer, die Bildung von Condenswasser in den Dampfleitungen, den Kanälen und den Cylindern zu verhüten; selbst in den Condensator soll bei Anwendung überhitzten Dampfes nur trockener Dampf und kein heisses Wasser gelangen.

Viele Versuche sind angestellt worden, um die Ersparung festzustellen, welche man mit überhitztem Dampf erzielen kann. Natürlich sind die Ergebnisse wechselnd, je nach der Beschaffenheit der Dampfmaschinen, der Kessel, der Betriebsspannung, sowie nach der Höhe der Ueberhitzung. Der erzielte Vortheil ist um so grösser, je höher die angewandte Expansion ist und je mehr die Kessel im Betriebe angestrengt werden, je mehr sie also nassen Dampf liefern. – Die durch Versuche festgestellten Zahlen belaufen sich auf 10 bis 33 Proc. Ersparniss an Dampf und Kohlen, wenn man den bisherigen Betrieb mit dem durch Ueberhitzung des Dampfes verbesserten Betrieb vergleicht. Namentlich bedeutend ist der erzielte Gewinn, wenn die Dampfkessel zum Ueberreissen von Wasser oder zum Erzeugen von erheblich nassem Dampf neigen.

In einzelnen Fabriken, in denen bezügliche Versuche mit Genauigkeit durchgeführt wurden (wie beispielsweise vom Mülhausener Verein), hat man aus Veranlassung dieser Versuche die Zahl der Dampfkessel verringert; so konnte man von fünf Kesseln einen kalt legen oder bei überhitztem Dampf mehr Arbeit mit den vorhandenen, unveränderten Dampfmaschinen erzeugen.1)

Von englischen Versuchen in dieser Richtung erwähnen wir die von J. Howard in Bermondsey, welcher mit seinem Ueberhitzer im J. 1832 schon 30 Proc. Dampf ersparte; ferner Dr. Haycroft in Green wich, welcher bei Anwendung von überhitztem Dampf ebenfalls 30 Proc. Ersparniss erzielte. 1859 berichtete John Penn selbst über Einrichtungen bei Schiffsmaschinen, mit denen man bei einer Dampfspannung von 20 Pfund auf 1 Quadratzoll (1,5 at) Vortheile von 20 bis 30 Proc. erreicht hatte, indem man den Dampf um 38° überhitzte. Die damals benutzten Apparate bestanden aus einem Bündel enger Röhren, welche am Fusse des Schornsteines hinter dem Kessel eingelegt wurden. Eine ähnliche Vorrichtung wurde bei dem Dampfschiffe Valetta von der Peninsular and Oriental Company eingebaut und ergab eine Ersparniss von 20 Proc. Kohlen; der Ueberhitzer verursachte keine Umstände durch Lecken o. dgl. Die Oberfläche des angewendeten Apparates maass 2¾ Quadratfuss für 1 nominelle der Maschine.

Hier seien noch ähnliche Systeme von Wethered, Partridge und Pilgrim erwähnt, welche in den Jahren 1850 bis 1860 in Anwendung kamen und die 30 bis 33 Proc. Gewinn bei Versuchen im Woolwich-Arsenal ergeben haben sollen.

Da man bei den auf der Themse laufenden Passagierbooten Ueberhitzer anbrachte, welche 33 Proc. Dampf ersparen sollten, so beantragte das Handelskammeramt (Board of Trade) den Gelehrten Faraday mit der Untersuchung, ob die Anwendung solch überhitzten Dampfes irgend welche Gefahr in sich berge; Faraday berichtete, es sei damit keinerlei Gefahr für das Publicum verbunden.

Die von Partridge gebauten Ueberhitzer sparten zur selben Periode 20 bis 25 Proc., und wurde zu der Zeit mitgetheilt, dass Maschinen von zusammen 5000 damit ausgerüstet worden seien. Die von ihm angewendete Oberfläche der Ueberhitzer betrug 2½Quadratfuss für 1 indicirte , und die Apparate erzielten eine Temperatur von 200 bis 233°. Im J. 1859 befürwortete auch Siemens die Anwendung von überhitztem Dampf mit einer Erhöhung der Temperatur um 100° F. (= 38°).

Während dieser Epoche führte Wethered in den Vereinigten Staaten sein System ein, gesättigten Dampf mit überhitztem Dampf zu mischen, und bei Anwendung desselben auf amerikanischen Dampfern constatirte man 30 Proc. Gewinn. Trotzdem ist es sonderbar, dass man von Bestrebungen in dieser Richtung jenseits des Oceans seitdem nichts mehr gehört hat; auch die Fachpresse der Neuzeit bringt nichts darauf Bezügliches.

Unter den neuesten Verbesserungen der feststehenden, wie der beweglichen Maschinen in England scheint eine massige Ueberhitzung des Dampfes die meisten Vortheile zu versprechen; jedoch sollte man in allen Fällen die Anlage so einrichten, dass man je nach Bedarf auch den Ueberhitzer ausschalten kann.

Hirn machte vor 40 Jahren seine ausführlichen Versuche in Colmar, und seine Apparate waren in den nächsten 20 bis 30 Jahren in Anwendung bei Maschinen mit einem einzigen Dampfcylinder. Seine Ersparnisse mit denselben bezifferte er auf 23 Proc. – Der Ueberhitzer selbst bestand aus einer Reihe von wagerecht gelegten, gusseisernen |226| Röhren, um welche die Heizgase spielten, nachdem sie die Züge eines grossen Gegenstromkessels mit Zwischenfeuerung verlassen hatten.

Prof. Unwin sagte vor kurzem in seiner Ansprache an den Präsidenten der mechanischen Section der britischen Gesellschaft:

,Es gibt bloss eine Methode, die heute wenig in Anwendung ist, nach welcher man Cylindercondensation wirksam bekämpfen kann; das ist die Ueberhitzung des Dampfes, welche vor 30 Jahren mit erheblichem Erfolge angewendet wurde. Eigentlich glaubte der erste Erfinder des Ueberhitzers, dass er durch eine bedeutende Steigerung der Temperatur des Dampfes einen noch grösseren Vortheil erringen könnte; diese Ansicht ist aber wahrscheinlich irrthümlich, denn die abkühlende Wirkung des Arbeitscylinders ist so gross, dass der Dampf schon wieder in gesättigten Zustand versetzt wird, ehe er anfängt zu arbeiten. Indessen ist die durch Ueberhitzung erreichte Ersparniss eine unbestreitbare, namentlich da es bemerkenswerth ist, wie wenig Feuerung man zum Ueberhitzen nöthig hat. Die Hitze scheint die ungünstige Einwirkung der Cylinderwandung so zu verringern, dass Dampfmäntel fast überflüssig werden. – Man hat seiner Zeit die Ueberhitzung des Dampfes nur aus rein mechanischen Gründen wieder verlassen, da die ehemals construirten Ueberhitzungsapparate gefährlich waren. – Die neuerdings wieder aufgenommenen Versuche sind von besonderem Interesse deshalb, weil sie jetzt bei viel höheren Dampfspannungen ausgeführt werden. – Von denselben erwähne ich besonders, dass selbst bei Ueberhitzern mit besonderer Feuerung ein Vortheil in der Ersparniss von Dampf bis zu 30 Proc. erzielt wurde, an Kohlen wurden 20 bis 25 Proc. erspart.

,Als von Wichtigkeit erwähne ich hier, dass, wenn man eine ganz zuverlässige Art der Ueberhitzung erfände, so würde zwischen Verbundmaschine mit zwei und mit drei Cylindern kein merkbarer Unterschied mehr bestehen und würden nur noch erstere gebaut werden. Für Marinezwecke ist zwar die Dreicylindermaschine bestens geeignet, aber für andere Betriebe ist sie zu theuer und für einen Betrieb mit wechselnder Belastung ganz unzweckmässig.' Soweit Unwin.

Die vom Prof. Ewing im Engineering neulich veröffentlichten Daten über Parson's letzte Construction einer rotirenden Maschine mit Condensation zeigen ebenfalls den erheblichen Vortheil von massig überhitztem Dampf. Bei denselben arbeitet Dampf von 7½ at, der um 38° in der Temperatur erhöht wird; die Maschinen machen 4500 Umdrehungen in der Minute.

Kennedy's Versuch mit einem Serpollet-Kessel, im J. 1891 ausgeführt, muss hier noch besonders genannt werden. Obgleich bei demselben nur mit einer kleinen Maschine, von 130 mm Kolben bei 130 mm Hub, experimentirt wurde, so bleibt bei derselben die Frage der genügenden Schmierung ebenso bestehen, wie bei grösseren Maschinen. Diese Maschine lief mit 285 Umdrehungen und hatte einen einzelnen Cylinder ohne Condensation; der Dampf wurde im Schieberkasten mit 95° überhitzt eingelassen, und fand man noch den ausblasenden Dampf überhitzt. Hier war ein ökonomisches Resultat zu erwarten, da die Temperatur des gusseisernen Cylinders erheblich gesteigert wurde. Prof. Kennedy constatirte 12,75 k Dampf für 1 und Stunde und dies bei ½ Füllung und 4 at Spannung im Kessel. Er schliesst mit den Worten: ,Mit einer Maschine dieser Grösse und Construction ist der Dampf verbrauch ungefähr die Hälfte von der sonst zu erwartenden Menge und die Ersparung ist unzweifelhaft nur der Ueberhitzung zu Gute zu rechnen. Ich habe keinerlei Schwierigkeiten mit dem überhitzten Dampf bei diesen Versuchen gehabt und der Verbrauch an Schmiermaterial war sehr mässig.'

Die von Bryan Donkin in Bermondsey ausgeführten Versuche mit überhitztem Dampf wurden an einer Maschine mit einem einzelnen Cylinder vorgenommen, welche mit Condensation arbeitete und dem Kessel Dampf von 3,5 at entnahm; Umdrehungszahl 220. Beim Ueberhitzen des Dampfes um etwa 10° erhielt er eine Ersparniss von 15 bis 27 Proc. gegen gesättigten Dampf von derselben Spannung; je grösser die Expansion, desto mehr wuchs der erreichte Vortheil. Namentlich wurde dabei festgestellt, dass die Wärme der Cylinderwandung ganz erheblich höher stieg, als beim Arbeiten mit gesättigtem Dampf, und sieht er diese Erscheinung als den Hauptgrund für die Ersparniss an.

Zum Schlusse seiner Mittheilungen fordert Donkin seine englischen Collegen zur Fortsetzung solcher Versuche mit verschiedenen Formen von Ueberhitzern auf.

Walther-Meunier, Oberingenieur des elsässischen Vereins von Dampfkesselbesitzern, hat mit Ueberhitzern verschiedenen Ursprunges die Erfahrung gemacht, dass bei niederen Kesselspannungen die Ersparnisse an Kohlen viel bedeutender sind als bei hohen Dampfspannungen, wenn man in beiden Fällen überhitzten Dampf verwendet. – Die neuesten im Elsass arbeitenden Ueberhitzer sind als gusseiserne Röhren ausgeführt, welche in den Zügen liegen. Ein Schüler von Hirn, Namens Schwoerer, führt diese Röhren als Rippenheizkörper aus, welche den sie bestreichenden Heizgasen in den Kesselzügen eine grosse Oberfläche bieten.“

In D. p. J. 1895 293 267 haben wir Versuchsergebnisse mit Schwoerer'schen Ueberhitzern mitgetheilt und eine Anordnung der Anlage abgebildet, wie sie in der Baumwollspinnerei Augsburg ausgeführt worden ist.

Eine grosse Zahl von Versuchen mit dem Schwoerer'schen Ueberhitzer hat Walther Meunier angestellt, wir führen nur einige Versuche an, um die Art und Weise der Untersuchung klar zu stellen.

Einer dieser Versuche fand statt an der Anlage, welche Schwoerer selbst zur Vornahme von Versuchen mit Ueberhitzern versehen hatte. Der Betrieb kann mit oder ohne Ueberhitzung bewerkstelligt werden. Im letzten Falle war das Anfeuern eines weiteren Kessels nöthig, da sonst die Maschine nicht mit ihrer Normalumdrehungszahl arbeiten konnte.

Der untersuchte Kessel war ein Sieder mit Unterfeuerung und gemeinsamem Green'schen Economiser.

Betrieb
mit Ueberhitzung ohne Ueberhitzung
Angefeuert Kessel 2 3
Erzeugende Heizfläche S 91,4 qm 138,10 qm
Heizfläche des Economisers 168 qm 168 qm
Gesammtheizfläche S1 259,4 qm 306,10 qm
Rostfläche s 4,34 qm 6,51 qm
Verhältnis
Verhältnis

Die Maschine war eine Woolf'sche Balancirmaschine mit patentirter Specialsteuerung von Schwoerer, 2 Flachschieber am Hochdruck-, 4 Flachschieber am Tiefdruckcylinder, feste Expansion, Regulator wirkt auf eine ringförmige durchlochte Klappe.

|227|
Cylinder:
Hochdruck Tiefdruck
Kolbenhub C 1250 mm 1800 mm
Kolbendurchmesser 475 mm 1050 mm
Stangendurchmesser, oben 100 mm 135 mm
Nützliche Kolbenfläche S:
oben 1693,62 qc 8515,88 qc
unten 1772,05 qc 8659,01 qc
Multiplicator oben 0,9408 6,8127
unten 0,9844 6,9272
Scala der Federn:
mm pro k und qc, oben 11,20 21,96
unten 11,44 22,00
Textabbildung Bd. 300, S. 227

Ersparniss durch Schwoerer's Ueberhitzer:

Dampf 13,3 Proc.
Kohle brutto 24,9
„ netto 23,6
pro Stunde und .

Ein zweiter Versuch, angestellt mit einer Kesselanlage mit Siederkesseln ergab als Ersparniss durch den Ueberhitzer an

Dampf 11,11 Proc.
Kohle brutto 23,51
„ reine 22,75
pro Stunde und .

Weitere Versuche an verschiedenen Kesseln ergaben an Ersparniss:

I II III IV
Proc. Proc. Proc. Proc.
Dampf 17,41 20,24 10,02 18,17
Rohe Kohle 20,17 20,22 19,76 21,57
Reine „ 20,69 19,46

Hierbei sei bemerkt, dass Colonne I zu verstehen ist für 4 Siederkessel mit Unterfeuerung und gemeinsamem Green'schen Economiser von 192 Röhren und für die 3 kleineren Kessel, 2 gewöhnliche Vorwärmer, vor dem Economiser angelegt, zur Dampferzeugung für eine eincylindrige liegende Maschine mit Hahnsteuerung und Condensation, von Berger André in Thann. Die 32 m lange Dampfleitung befindet sich auf einer Strecke von 20 m im Hofraum, versehen mit Pasquay'scher Wärmeschutzumhüllung.

Die 3 kleineren Kessel haben Schwoerer'sche Ueberhitzer. Die Versuche fanden bei 8° unter Null äusserer Temperatur beim Beginn statt; dieselbe erreichte kaum Null bei der wärmsten Tageszeit.

Colonne II bezieht sich auf einen Versuch an 4 Siederkesseln mit Unterfeuerung und Schwoerer's Ueberhitzer, mit gemeinsamem Economiser – ferner einem engröhrigen Siederohrkessel de Naeyer, während der Versuche abgeschlossen. Bei Betrieb mit Ueberhitzung genügten 3 Kessel; der vierte musste beim gewöhnlichen Betrieb zur Erhaltung der Normalumdrehungszahl der Maschine angefeuert werden.

Für Colonne III gilt: 2 Siederkessel mit unterbrochenen Siedern, Economiser und Schwoerer'schem Ueberhitzer, zu einer liegenden Zwillingsmaschine mit Corliss-Steuerung älterer Bauart. Dieselbe Anzahl Kessel war während beider Versuchsperioden in Betrieb. Da die Dampfpumpe ihren Bedarf aus derselben Anlage entnahm, wurde deren Auspuff vollständig in einer Kühlschlange condensirt und der Betrag von der Verbrauchsziffer abgezogen.

Erzeugende Heizfläche S 90 qm
Economiser 144 qm
Gesammtheizfläche S1 234 qm
Rostfläche s 4,16 qm
Verhältniss
Verhältniss

Für Colonne IV kommen 4 bezieh. 5 gewöhnliche Siederkessel mit Economiser und Schwoerer'schem Ueberhitzer unter den Zügen der Sieder, zu 2 gekuppelten Woolf'schen Balancirmaschinen mit selbsthätiger Expansion im Hochdruckcylinder in Betracht.

(Schluss folgt.)

|225|

Belege folgen im vorliegenden Berichte.

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