Text-Bild-Ansicht Band 282

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Ueber Wärmebewegungen in den Cylinderwandungen der Dampfmaschinen.

Mit Abbildungen.

Obwohl die durch den Bericht von Hallauer über im J. 1873 und 1875 in Logelbach stattgefundenen Versuche angeregten, in Deutschland seit Gustav Schmidt als „calorimetrische“ bezeichneten Untersuchungen mit unermüdlichem Eifer weiter fortgesetzt sind und von den namhaftesten Fachgelehrten aller Culturländer immer mehr Versuchsmaterial zusammengetragen wurde, um das über diesen wichtigen Gegenstand schwebende Dunkel vollständig zu lichten, so herrscht doch darüber, wie die „calorischen Vorgänge“ im Inneren einer Dampfmaschine sich gestalten, noch immer nicht die nöthige Klarheit, da alle bisherigen Forschungen noch nicht vermochten, dieselben in die strenge Form von Zahlen einzukleiden.

Allerdings sind diese Vorgänge so einfach nicht, sondern ziemlich verwickelter Natur, da der im Inneren eines Dampfcylinders zwischen Dampf und Metall stattfindende Wärmeaustausch nach Grösse und Richtung sehr veränderlich ist und an den einzelnen Punkten der Wandung in jedem Augenblicke wechselt.

Seit längerer Zeit hat der englische Ingenieur Donkin, ein ehemaliger Mitarbeiter G. A. Hirn's, sich der Aufgabe zugewendet, auf dem Wege des Versuches die Temperaturen, welche die einzelnen Punkte der Cylinderwandung einer in Betrieb befindlichen Dampfmaschine annehmen, zu ergründen, und es ist ihm mit Hilfe eines bereits von Hirn benutzten Instrumentes, „Révélateur“ genannt, nach gehöriger Vervollkommnung desselben, gelungen, eine Reihe wichtiger Untersuchungen zum vorläufigen Abschluss zu bringen, so dass damit wieder ein weiteres, dem vollen Verständnisse der Dampfmaschine bisher im Wege gestandenes Hinderniss als beseitigt angesehen werden kann.

Prof. Dwelshauvers-Déry brachte, auf besonderen Wunsch Donkin's in dem Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, 1890, eingehendere Mittheilungen über die Entwickelung und Ergebnisse der von diesem angestellten bezüglichen Versuche und legte auch vor kurzem der Société d'encouragement pour l'industrie nationale in Frankreich eine wissenschaftliche Abhandlung vor, in welcher unter Anlehnung an die von Donkin ermittelten Ergebnisse mit Zuhilfenahme einfacher Indicatordiagramme die Temperaturen der Cylinderwandungen durch Rechnung gefunden werden. Diese Arbeit fand den ungetheilten Beifall der zu ihrer Prüfung berufenen Fachmänner und wurde in dem Bulletin de la Société veröffentlicht.

Dass die Wärmedurchlässigkeit der Cylinderwandungen nicht nur in merkbarer Weise den Dampf verbrauch, sondern auch den Wirkungsgrad einer Dampfmaschine wesentlich beeinflusst, darüber wird augenblicklich wohl kein Zweifel mehr bestehen, nachdem durch verschiedene theoretische Abhandlungen die nöthigen Aufklärungen gegeben wurden.

Unter den bemerkenswertheren neueren wissenschaftlichen Arbeiten dieser Art erwähnen wir diejenige des Prof. Kirsch in Chemnitz, welcher die Bewegung der Wärme innerhalb der Cylinderwandungen ermittelte und zur übersichtlichen graphischen Darstellung brachte1), sowie diejenige des Prof. Cavalli in Rom (1891 279 229), welcher den Wärmeverlust, herrührend vom Wärmeaustausch zwischen Dampf und Metall, einschliesslich desjenigen, welcher bei der Condensation des Dampfes im Inneren des Cylinders verloren geht, rechnerisch feststellte.

Doch nicht immer ist die Wissenschaft die nimmer irrende Führerin, oft genug weichen die theoretischen Ergebnisse bedeutend von denjenigen ab, welche sich nach Vornahme umfassender Versuche ergeben; dies hat sich namentlich bei den Wärmekraftmaschinen oft genug herausgestellt.

Der Hirn'sche Revelator bestand nach Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, 1890 S. 292, aus einem einfachen Wasserstandsglase, welches an dem einen Ende mittels Metallpfropfen geschlossen und am anderen Ende in ein genau ausgebohrtes Rohr eingepasst war, welches unter Zwischenschaltung eines gewöhnlichen Hahnes mit dem zu untersuchenden Dampfcylinder in Verbindung stand; es war so eine durchsichtige Verlängerung der mit dem Dampfe in Berührung stehenden Cylinderwandung geschaffen und man konnte sowohl die Condensation während der Einströmperiode, als auch die theilweise bezieh. in erheblicherem Maasse stattfindende Wiederverdampfung des condensirten Dampfes während der Expansions- bezieh. Ausströmperiode ziemlich deutlich erkennen. Indess schützte dieses dünne Glasrohr den Dampf noch weniger gegen äussere Abkühlungen, als dies bei den dicken metallischen Cylinderwandungen ohne Mantel der Fall ist, und Donkin vervollkommnete aus diesem Grunde das Hirn'sche Instrument dadurch, dass er Durchmesser und Wanddicke des Glasrohres vergrosserte, die Länge desselben hingegen verkleinerte; ausserdem umgab er dasselbe mit einem zweiten Glasrohre, so dass der zwischen den beiden Rohren verbleibende, mit Luft angefüllte Raum als Mantel diente.

Condensation und Wiederverdampfung Hessen sich jetzt vollständig klar von einander unterscheiden und es beeinflusste auch die Geschwindigkeit der Maschine die genaue Beobachtung dieser Erscheinungen keineswegs, nur herrschte bezüglich der Wiederverdampfung insofern noch Unklarheit, als man nicht ermitteln konnte, ob dieselbe ganz vollkommen ausfällt, oder aber eine stete Flüssigkeitsschicht zurückbleibt.

Textabbildung Bd. 282, S. 149
Um auch dieses feststellen zu können, erhielt der Apparat die in Fig. 1 ersichtliche Gestalt, a ist das äussere, b das innere Glasrohr; c und d sind Metallplatten, zwischen denen beide Rohre festgehalten werden, und in dem ringförmigen Raume zwischen a und b ist die als Mantel dienende Luft eingeschlossen. Das mit einem Hahne f versehene Rohr he bringt das innere Glasrohr mit dem Dampfcylinder in Verbindung und tritt bis zu einer gewissen Höhe in dasselbe ein, so dass die Verdampfung des in den Raum gg gebrachten Wassers beobachtet werden kann.

Donkin befestigte diesen Apparat im Monat Juni 1888 am Indicatorstutzen des grossen Cylinders einer in seiner Werkstätte in Betrieb befindlichen Woolf'schen Maschine,

1)

Die Bewegungen der Wärme in den Cylinderwandungen der Dampfmaschinen, Leipzig 1886. Verlag von A. Felix.