Titel: Neuere Dampfmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1897, Band 304 (S. 77–80)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj304/ar304020

Neuere Dampfmaschinen.

(Fortsetzung des Berichtes S. 52 d. Bd.)

Mit Abbildungen.

W. Brock in Dumbarton und J. Weir in Holm Foundry, Cathcart (Schottland), schlagen vor, Schiffsdampfmaschinen mit zwei- und mehrstufiger Expansion, bei denen die Anzahl der Cylinder nach dem D. R. P. Nr. 73054 um eins grösser als die Zahl der für Vollbetrieb angewendeten Expansionsstufen ist, mit einer Einrichtung für mehrfache Dampfumschaltung zu versehen, durch die unter Mitbenutzung des Zusatzcylinders für alle Betriebslagen der Dampfweg durch zusätzliche Kanäle und Ventile oder Schieber so geregelt werden kann, dass

1) der Zusatzcylinder mit dem Hochdruckcylinder zugleich wirkend für Vollbetrieb benutzt wird;

2) für verminderte Maschinenleistung der Hochdruckcylinder allein den frischen Dampf empfängt, während der Zusatzcylinder dem letzten (oder vorletzten) Niederdruckcylinder als Ergänzungscylinder beigeordnet wird, und ferner

3) für noch mehr verminderte Betriebsweise alle Cylinder mit dem Zusatzcylinder als erstem Hochdruckcylinder hinter einander benutzt werden, so dass die Expansion eine Stufe mehr als bei 1 hat.

Fig. 31 veranschaulicht schematisch die zu treffenden Verbindungen der vier Cylinder einer Dreifach-Expansionsmaschine.

Textabbildung Bd. 304, S. 77

Für die grösste Kraftleistung werden die beiden kleinsten Cylinder AB mit Hochdruckdampf durch die Ventile 1 2 gespeist, und die beiden grössten Cylinder CD wirken als Zwischen- und Niederdruckcylinder; hierbei ist das Ventil 3 offen und die Ventile 4 5 sind geschlossen. Die Schaltungslage der Cylinder ist in Fig. 31 durch Kennzeichnung der hierfür in Benutzung genommenen Dampfwege hervorgehoben; die Ventile 8 und 9 sind dabei ausser Benutzung.

Für eine etwas geringere oder mittlere Kraftabgabe wird der zweite Cylinder B mit Hochdruckdampf gespeist und die grösseren Cylinder wirken als Zwischencylinder oder Cylinder zweiter Stufe und Niederdruckcylinder oder Cylinder dritter Expansionsstufe. Der kleinste Cylinder A kann entweder mit dem Zwischencylinder C oder dem Niederdruckcylinder D arbeiten.

Für eine noch geringere Kraftleistung werden die Maschinen als vierstufige Expansionsmaschinen betrieben, wobei mit Eröffnung bei 1 und 4 Hochdruckdampf in den kleinsten Cylinder A eingelassen wird, so dass dieser als erster Hochdruckcylinder dem Cylinder B vorgeschaltet ist.

Das Grössenverhältniss der Cylinder kann entsprechend verschiedenen Anordnungen der Theile der Maschine verschieden gewählt werden.

Textabbildung Bd. 304, S. 77

Wenn bei den Ausführungsformen Fig. 32 und 33 die Ventile 1 und 2, 3, 7 und 8 geöffnet, die anderen geschlossen sind, so gelangt Hochdruckdampf nach den Cylindern AB und das Ganze arbeitet als eine Verbundmaschine für die maximale Kraftabgabe.

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Wenn die Ventile 2, 5, 6 und 9 geöffnet, die anderen geschlossen sind, erhält man eine Dreifach-Expansionsmaschine, welche etwa mit der Hälfte der maximalen Kraftleistung arbeitet; hierbei wird Hochdruckdampf nach dem Cylinder B geleitet und der Cylinder A mit dem Dampfe aus dem Ventilkasten des Cylinders D durch Ventil 5 gespeist, während der Auspuff nach dem Condensator durch Ventil 6 stattfindet. Der Cylinder A kann bei Anbringung geeigneter Verbindungen so eingerichtet werden, dass er mit dem Cylinder C anstatt mit D arbeitet.

Wenn die Ventile 1, 4 und 9 geöffnet, alle anderen geschlossen sind, arbeitet die Maschine als Vierfach-Expansionsmaschine und es wird nur der Cylinder A mit Hochdruckdampf gespeist; die entwickelte Kraft beträgt etwa den fünften Theil der maximalen. Wenn bei dieser Arbeitsweise der Maschine das Ventil 2 ein wenig geöffnet wird, wächst die Kraftabgabe im Verhältniss mit dem Maasse der Eröffnung. Ein Theil des Dampfes wirkt dann durch vier Expansionsstufen und ein Theil durch drei Stufen. Wenn das Ventil 2 ausreichend geöffnet ist, wird der Kolben des Cylinders A ins Gleichgewicht gebracht und leistet keine Arbeit; die Maschine als Ganzes arbeitet dann als Dreifach-Expansionsmaschine, aber mit Wirksamkeitsverhältnissen für die drei Stufen, welche von denjenigen verschieden sind, die vorliegen, wenn die Ventile 2, 5, 6 und 9 offen, die anderen geschlossen sind.

Wenn in irgend einem Falle eine Kraft erfordert wird, die von einer der genauen Kraftbemessungen abweicht, welche in der vorgenannten Weise erhältlich sind, so wird die der geforderten Kraft nächstliegende so erhältliche Kraft gewählt und ausserdem der Vertheilungs- oder Expansionsschieber derart eingestellt, dass er für die gewünschte Kraftabgabe passt.

Textabbildung Bd. 304, S. 78

Die stehende Dreifach-Expansionsmaschine des Zollkutters Nr. 3 der Vereinigten Staaten Nordamerikas beschreibt American Machinist vom 7. Mai 1896, S. 483.

Die Hauptabmessungen des bei Cramps and Sons in Philadelphia erbauten Schiffes sind folgende:

Totale Länge 66,75 m
Länge zwischen den Perpendikeln 60,96 m
Grösste Breite, Spantenaussenkante 10,16 m
Deplacement bei mittlerem Tiefgange
von 4,267 m über Oberkante Kiel

1280 t

Die, wie Fig. 34 ersichtlich, einzeln gegossenen und durch Schraubenbolzen mit einander verbundenen Gehäuse der Dampfcylinder haben eingesetzte Arbeitscylinder von 635, 953 und 1429 mm Bohrung für 762 mm Kolbenhub. Die Admissionsspannung des Dampfes beträgt 11,25 at.

Sämmtliche Dampfmaschinen des Schiffes – ausser der Hauptmaschine ist noch, unabhängig von derselben, je eine zum Betreiben der Luft-, Circulations- und Speisepumpe dienende Dampfmaschine vorhanden – leisten insgesammt etwa 2000 , wobei die 4 flügelige Schiffsschraube von 3,650 m Durchmesser etwa 160 Umdrehungen in der Minute ausführt.

Die Dampfvertheilung des Hochdruckcylinders regelt ein in einer Hartgussbüchse des Schieberkastens gleitender, von Packungsringen umgebener Kolbenschieber von 406 mm Durchmesser, diejenige des Mitteldruck- und Niederdruckcylinders je ein Trick'scher Kanalschieber.

Jedes Cylindergehäuse wird, wie bei Schiffsmaschinen üblich, hinten von einem gusseisernen Ständer, der unten einen Theil des Condensators bildet, vorn von einer Stahlsäule getragen; beide Theile stützen sich auf eine aus dem Ganzen gegossene kräftige Grundplatte. Auf den Ständern angebrachte Gleitflächen dienen zur Führung der einschuhigen Kreuzköpfe.

Mitteldruck- und Niederdruckcylinder sind von Dampfmänteln umgeben, in welche der vom Kessel kommende Heizdampf nach dem Passiren eines entsprechend eingestellten Reducirventiles mit Spannungen von höchstens 5,6 bezieh. 2,11 at einströmt. Die in den Lagern 267 mm starke Kurbelwelle besteht aus drei Theilen mit je einer bezieh. zwei Kurbeln, deren Zapfen denselben Durchmesser wie die Welle haben.

Der gusseiserne Condensator hat 25,4 mm Wandstärke, eine Länge von 4,950 m, eine Höhe von 1,575 und eine Breite von 0,850 m. Es sind 1253 Metallrohre von je 4,395 m Länge und 15,87 mm äusserem Durchmesser vorhanden, deren Kühlfläche – auf dem äusseren Umfange gemessen – ungefähr 280 qm beträgt.

Die Luftpumpe setzt sich aus zwei einfach wirkenden stehenden Dampfcylindern von je 229 mm und zwei einfach wirkenden Pumpencylindern von je 508 mm Durchmesser |79| zusammen; der gemeinschaftliche Kolbenhub beträgt 305 mm.

Zur Circulation des Kühlwassers ist eine Centrifugalpumpe vorgesehen, welche durch eine stehende Dampfmaschine von 203 mm Durchmesser und 203 mm Hub betrieben wird.

Die zum Speisen der Kessel dienende Pumpe ist eine stehende Duplex-Dampfpumpe mit Dampfcylindern von je 203 mm und Wassercylindern von je 127 mm Durchmesser für 305 mm gemeinschaftlichen Kolbenhub. Die Saug- bezieh. Druckrohre haben 89 bezieh. 76 mm Durchmesser.

Eine zweite derartige Pumpe ist als Reservepumpe in dem Maschinenraume aufgestellt; daselbst sind ferner noch eine Pumpe zur Circulation von Seewasser in dem Destillirapparate, eine Feuer-, eine Lenz- und eine Handpumpe, sowie ein Ejector zum Fortschaffen des Bilgewassers untergebracht.

Die stehende Dreifach-Expansionsschiffsmaschine der von F. W. Wheeler und Co. in West Bay City, Mich., erbauten Dampfjacht Wapiti hat nach American Machinist vom 8. August 1895, S. 630, drei neben einander liegende Cylinder von 229, 356 und 584 mm Durchmesser für einen gemeinschaftlichen Hub der Arbeitskolben von 356 mm. Letztere bewegen sich bei 350 minutlichen Umdrehungen der Kurbel- bezieh. Schraubenwelle mit einer Geschwindigkeit von 4,15 m in der Secunde.

Die zulässige Spannung des Kesseldampfes soll 21,09 at (!), die hierbei erreichte Fahrgeschwindigkeit des Schiffes etwa 14 Knoten in der Stunde betragen.

Der von Dean Bros. in Indianapolis, Ind., gelieferte Oberflächencondensator hat vereinigte Luft- und Circulationspumpen von je 229 mm Durchmesser der Pumpencylinder. Der Durchmesser des zugehörigen Dampfcylinders beträgt 178 mm für 254 mm Kolbenhub.

Es sind Messingrohre von je 15,87 mm Durchmesser und 1,830 m Länge mit einer Kühlfläche von 35,8 qm angebracht. Zur Dampferzeugung dient ein Wasserrohrkessel (Patent Robert).

Um bei doppelt wirkenden Dampfmaschinen die in Folge Abkühlung der Cylinderwandungen stattfindenden Innencondensationen des Arbeitsdampfes zu vermindern und das ökonomische Güteverhältniss derselben zu erhöhen, schlagen E. Field und F. S. Morris vor, heisse Luft sowohl in den Mantelraum des Cylinders, wie auch in diesen selbst einzuführen.

Zu diesem Zwecke saugt ein von der Maschine betriebener Ventilator, System Root, Luft aus der äusseren Atmosphäre und drückt dieselbe in ein dem Green'schen Economiser ähnliches, zwischen Kessel und Schornstein in die Feuerzüge des ersteren eingebautes Rohrsystem, bezieh. nach erfolgter Erwärmung in diesem mit einer Spannung von etwa 0,12 at in die Hohlräume der Cylinderdeckel. In den letzteren liegen, wie die Bulletin de la Société d'Encouragement, Mai 1896 S. 691, entnommenen Abbildungen (Fig. 35 und 36) erkennen lassen, kleine Ventile RV, welche sich bei Beginn der Ausströmung selbsthätig nach dem Inneren des Cylinders zu öffnen und unter dem Einflüsse der Compression wieder auf ihre Sitzflächen zurückfallen. Die erwärmte Luft strömt mit einer Temperatur von etwa 280° C. in den Cylinder; gleichzeitig wird auch der Mantel des letzteren von erwärmter Luft mit einer Temperatur von nahezu 200° C. durchströmt. Die innere Umfläche des Cylinders erhält somit eine höhere Temperatur, als der Spannung des in denselben einströmenden Arbeitsdampfes entspricht, wodurch die Innencondensationen während der Einströmperiode, wie auch die der letzteren folgenden Nachverdampfungen wenn nicht vollständig beseitigt, so doch jedenfalls erheblich vermindert werden.

Andrew Jamieson, Professor des Glasgow and West of Scotland Technical College, theilte der Institution of Engineers and Shipbuilders in Scotland die Ergebnisse von Versuchen mit, welche er an einem bei Musgrave und Co. in Bolton erbauten Motor, System Corliss, nach erfolgtem Umbau desselben, behufs Einführung erwärmter Luft, anstellte.

Textabbildung Bd. 304, S. 79

Die ohne Condensation arbeitende Versuchsmaschine hat einen Cylinder von 485 mm Durchmesser für 915 mm Hub.

Es wurde ein Versuch bei voller Belastung der Maschine und ein zweiter Versuch bei einer um etwa 30 Proc. niedrigeren Belastung als vordem gemacht. Die Ergebnisse beider Versuche sind nachstehend gegeben:

Minutliche Umdrehungszahl 81,66 82,23
Mittlere Spannung des Kesseldampfes 8,05 at 8,03 at
Anfängliche Spannung im Cylinder 8,05 at 7,86 at
Endspannung im Cylinder 0 0
Mittlere effective Spannung 2,26 at 0,95 at
„ Spannung der erwärmten Luft 0,12 at 0,13 at
Temperatur der erwärmten
Luft beim Eintritt in den Cylinder

289°

277°
Mittlere indicirte Leistung in 136,75 57,6
Bremsleistung in 104,6 32,5
Mechanischer Wirkungsgrad 76,5 Proc. 67,6 Proc.
Dampfverbrauch für 1 i/Std. 8,42 k 9,69 k
„ „ 1 e/Std. 11,00 k 14,33 k
Kohlenverbrauch „ 1 e/Std. 1,11 k 1,45 k
„ „ 1 e/Std. 1,45 k 2,5 k
Mittlere Temperatur des Speisewassers 15° 16° C.

Hervorzuheben ist, dass der bei den Versuchen ermittelte stündliche Dampfverbrauch für 1 i trotz der erheblich von einander abweichenden Belastungen der Maschine – im ungefähren Verhältnisse 1 : 3 – nur geringe Unterschiede aufweist.

Die Maschine erforderte vor ihrem Umbau bei Versuchen, welche Prof. Kennedy machte, an Dampf 14 k für 1 i/Std. oder, bei dem festgestellten Wirkungsgrade von 83 Proc. ungefähr 17 k für 1 e/Std. Von Interesse ist auch die Höhe des zum Betreiben des Ventilators nöthigen Arbeitsaufwandes. Prof. Kennedy schätzt denselben auf ungefähr 5 Proc. der Maximalleistung der Maschine.

Vergleicht man die Wirkungsgrade der Maschine nach und vor dem Umbau derselben und nimmt den Unterschied beider Werthe als Arbeitsaufwand für den Ventilator an, so ergibt sich allerdings ein etwas höherer Werth. Wenn man aber bedenkt, dass die Erwärmung der in den |80| Cylinder eingeführten Luft nichts kostet, sondern durch die anderenfalls unausgenutzt in den Schornstein entweichenden Heizgase bewirkt und hierdurch eine Brennmaterialersparniss von etwa 40 Proc. erzielt wird, so ist klar, dass die zum Betreiben des Ventilators erforderliche Arbeit dem erreichten Nutzen gegenüber nicht sehr ins Gewicht fällt.

Die besprochene Einrichtung lässt sich mit grosser Leichtigkeit an jeder Eincylindermaschine ohne Condensation anbringen. Es ist nur nöthig, die bisherigen Cylinderdeckel, behufs Eintrittes erwärmter Luft in den Cylinder, durch solche mit eingebauten Ventilen u.s.w. zu ersetzen.

Textabbildung Bd. 304, S. 80

Behufs geringeren Dampf Verbrauches hat L. J. Todd in London eine Mehrfach-Expansionsmaschine construirt, deren Niederdruckcylinder insofern bemerkenswerth ist, als der wirksam gewesene Dampf gezwungen wird, nicht, wie gewöhnlich, an den Enden des Cylinders, sondern unter Beibehaltung der üblichen Dampfkanäle und zugehörigen Schieber durch eine Anzahl von Oeffnungen, welche in der in der mittleren Verticalebene liegenden Wandung des Cylinders angebracht sind, auszuströmen.

Die Oeffnungen stehen mit dem Auspuffkanale in Verbindung und werden, wie die The Engineer vom 31. Mai 1895, S. 462, entnommene Abbildung (Fig. 37) erkennen lässt, von dem entsprechend ausgebildeten Kolben am Ende seines Hubes freigegeben, weshalb Todd diese Art der Ausströmung des Abdampfes als „Endauspuff“ bezeichnet.

Hierdurch soll verhindert werden, dass der kalte Auspuff, wie bei normal gebauten Maschinen, zu den heissen Einlasskanälen zurückkehrt. Da ferner der Endauspuff nur halb so lange geöffnet bleibt, als bei normalen Maschinen, wird den Cylinderwandungen verhältnissmässig weniger Wärme entzogen und es fallen die Innencondensationen geringer aus. Die Einlasskanäle sind im vorliegenden Falle, wie auch der Auspuffkanal, vor der Einmündung in den Schieberspiegel getheilt und die Grundschieber entsprechend ausgebildet. Zwischen den letzteren und der Cylinderwand sind noch von aussen mittels Hebels nach Bedarf einstellbare Hähne angeordnet, welche beim Anlassen der Maschine zur Verwendung gelangen. Bei geöffneten Hähnen wirkt die Steuerung als gewöhnliche Expansionssteuerung, sind dieselben aber geschlossen, so entweicht der Auspuff am Ende jedes Hubes durch die Oeffnungen inmitten der Cylinderwand.

Die auf der Abbildung angegebenen Zahlen (englische Pfunde bezieh. Wärmegrade nach Fahrenheit) lassen das Fallen des Druckes bezieh. das Fallen der Temperatur vom Einlass des Dampfes bis zu den Auspufföffnungen in der Cylinderwand erkennen.

Unsere Quelle berichtet noch über eine grosse Anzahl von Versuchen, welche mit einer Einfach-, Zweifach-, Dreifach- und Vierfach-Expansionsmaschine angestellt wurden, deren Niederdruckcylinder bezieh. einziger Cylinder (bei der Einfach-Expansionsmaschine) mit geöffneten oder geschlossenen Hähnen arbeitete. Es ergab sich in allen Fällen bei annähernd gleichen Betriebsverhältnissen mit geschlossenen Hähnen ein niedrigerer Dampfverbrauch für 1 i/Std., als beim Arbeiten mit geöffneten Hähnen; die Unterschiede waren selbstverständlich bei der Vierfach-Expansionsmaschine am geringsten.

(Fortsetzung folgt.)

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