XXX. Von den Dampfmaschinen in Cornwallis und ihren außerordentlichen Leistungen. Von C. B. Von den Dampfmaschinen in Cornwallis und ihren außerordentlichen Leistungen. In den Bergwerken von Cornwallis und Devonshire wird die Herausfoͤrderung der Erze und namentlich die der Grubenwasser, da wenig Wasserfaͤlle vorhanden sind, fast ausschließlich mit Huͤlfe von Dampfmaschinen verrichtet. Um so mehr mußte man aber darauf bedacht seyn, mit denselben moͤglichst viel zu leisten, da mit dem Tieferwerden der Gruben der Bedarf an Kraft immer zunimmt, und uͤberdieß die Steinkohlen bis zur Grube geliefert, ziemlich hoch (zu 10–12 P. der Cntr.) zu stehen kommen. Man hat daher einerseits die Construction der Pumpen und der Abzugsstellen moͤglichst vervollkommnet, so daß beim Heben des Wassers weniger Kraft verloren geht, und nur weniges Wasser wieder zuruͤkfließt. Andererseits hat man den Nuzeffect der Dampfmaschinen hinsichtlich des Brennstoffes mehr und mehr zu erhoͤhen sich bemuͤht. Alle diese Bemuͤhungen haben den erwuͤnschtesten Erfolg gehabt; insbesondere sezen aber die Leistungen der neuen Dampfmaschinen in Erstaunen. Vor 20 Jahren hob man (wie die von Zeit zu Zeit amtlich ausgenommenen Leistungen zeigen) mit 1 Bushel (84 Pfd.) Steinkohle nur 20–22 Mill. Pfd. Wasser 1' hoch. 1830 hob 1 Bushel im Durchschnitt (bei 59 Maschinen) 43,3 Mill. Pfd., und 1833 sogar 45,8 Mill. Pfd. Diese Zunahme ruͤhrt hauptsaͤchlich von dem außerordentlichen Nuzeffect der neu errichteten Maschinen her, wo er oft auf 70 und mehr Mill. (bei der von Whealvor sogar auf 85 Mill. Pfd.) stieg. Rechnet man die Pferdekraft zu 33,000 Pfd. 1' hoch per Minute oder zu 2 Mill. Pfd. per Stunde, so consumirt eine Maschine, die mit 84 Pfd. Kohle 24 Mill. Pfd. hebt, 84/12 = 7 Pfd. Kohle per Pferdekraft und per Stunde; eine Maschine, die 56 Mill. hebt, nur 84/28 oder 3 Pfd. Kohle, und eine, die 84 Mill. hebt, nur 84/42 oder 2 Pfd. Bekanntlich verbrauchen aber sonst die besten Maschinen 6–7 Pfd. Steinkohlen per Stunde und per Pferdekraft. Obige leisten demnach im Durchschnitte das Doppelte; und mehrere fast 3 Mal so viel. Und dennoch ist in die Richtigkeit dieser Daten nicht der mindeste Zweifel zu sezen. Allerdings wird das Quantum des gehobenen Wassers nicht gemessen, sondern berechnet, und ohne Zweifel ist das reell zu Tage gefoͤrderte Wasserquantum (weil einiges stets zuruͤkfließt) geringer; in der That aber druͤkt die durch Berechnung gefundene Summe die wirklich durch die Maschine uͤberwaͤltigte Last aus.Betraͤgt der Querschnitt der Pumpen 5/4 □', die Totalhoͤhe der Steigroͤhren 1100', und ist die Zahl der Pumpenzuͤge 6 per Min. von 8', so ist die Leistung (duty) oder Last = 5/4 × 1100 × 6 × 8 = 66,000 Kub.' 1' hoch, oder (1 K.' zu 62 1/2 Pfd.) = 4 1/8 Mill. Pfd. 1' hoch, oder per Stunde 248 Mill., und verbraucht man in dieser Zeit 5 Bushel Steinkohlen, so hebt 1 Bushel nahe an 50 Mill. Pfd. 1' hoch.Multiplicirt man die Zahl der Mill. (Pfd. 1' hoch) mit 3,63, so findet man die Leistung in Dynamien oder in Tonnen (zu 1000 Kil.) 1 Met. hoch. Eine Leistung von 54 Millionen Pfd. per Bushel ist also = 54 × 3,63 oder 195 1/2 Tonnen per Kil. Dieser so ganz außerordentliche Nuzeffect der Cornwallis'schen Dampfmaschinen muß offenbar, obschon verschiedene Umstaͤnde mitwirken, hauptsaͤchlich der ausgezeichnet vortheilhaften Einrichtung derselben zuzuschreiben seyn. Sehr erwuͤnscht waren daher die Berichte, die juͤngst der franzoͤsische Ingenieur Combes (in den Annales des Mines, 1834) daruͤber bekannt machte, und welche die Beschreibung und Abbildung einer der neuesten (in den Consolid. Mines errichteten) Maschinen enthalten. Wir koͤnnen aus dieser Abhandlung nur das Wesentlichste hier mittheilen. Im Jahre 1833 stieg die Zahl der zum Herauspumpen der Grubenwasser thaͤtigen Dampfmaschinen auf 62. Alle diese Maschinen sind einseitig wirkende Expansivmaschinen. Der Dampfdruk bewirkt bloß den Niedergang des Kolbens. Die Kolbenstange zieht an einem Balancier, an dessen anderem Ende meist unmittelbar das Pumpgestaͤnge angebracht ist. Gewoͤhnlich aber hat der Balancier ungleiche Arme, so daß der Dampfkolben einen groͤßeren Lauf hat, als die Pumpkolben. Bei der von Combes naͤher beschriebenen Maschine (die wir hier C nennen wollen) wiegt der Balancier 25 Tonnen. Der eine Arm ist 18' 9'', der andere 14' lang; die Kolbenstange steigt um 11', die Pumpstange um 8'. Das Einstroͤmen des Dampfes wird bei 1/4 des Laufes oder auch fruͤher (bis 1/8) abgesperrt. Er wirkt von da an durch Expansion, wird aber bei derselben Temperatur erhalten, indem der ganze Cylinder mit einem Mantel umgeben ist. Diesem Mantel, der alle Condension von Dampf im Cylinder hindert, wird ein bedeutender Nuzen zugeschrieben. Außerdem ist der Cylinder in einem hoͤlzernen 1' weiten und mit Saͤgespaͤnen gefuͤllten Gehaͤuse eingeschlossen, das alle Entweichung von Waͤrme hindert, und auf aͤhnliche Weise sind alle Dampfroͤhren verwahrt. Bei C hat der Cylinder einen Durchmesser von 80''. Insgemein arbeiten die Maschinen mit einem Dampfe von 2 1/2 bis 2 2/3 Atm. Druk, und der Condensator so vorzuͤglich, daß das Barometer fast unveraͤndert auf 28'' steht, und der Gegendruk auf die Ruͤkseite des Kolbens also nur 2'' oder 1/15 Atm. betraͤgt. C hat 2 Luftpumpen von 27'' Diam. und 6' Hub, deren Stangen am kuͤrzeren Arme des Balanciers angehaͤngt sind. Die Ventile sind Klappen, die aber nicht aus Leder, sondern aus zwoͤlf zusammengenaͤhten Lagen von sehr dichtem Tuch gebildet und aͤußerst dauerhaft sind. Der Dampf wird in langen cylindrischen Kesseln von Eisenblech mit innerer Feuerroͤhre erzeugt. C hat 3 solcher Kessel, wovon jedoch oft nur einer oder zwei in Gang sind. Sie sind 36' lang und 7' weit. Das Blech 7/16'' dik. Die Feuerroͤhre ist 4' weit. Vorn ist ein 4' langer Rost. Hinter dem Feuer- und Aschenraum ist eine Baksteinwand, so daß der Rauch durch eine nur 9'' hohe Oeffnung in die innere Roͤhre gelangt. Von da zieht er durch einen Canal unter dem Kessel durch, und dann durch 2 Seitencanaͤle nach einem gemeinschaftlichen Schornstein. Dieser ist nicht besonders hoch, aber weit. Manche Kessel haben 2 Schwimmer. Der eine wirkt auf den Hahn einer in eine Pfeife endigenden Roͤhre, so daß durch diese noch der Waͤrter avertirt wird, wenn je der Wasserstand zu tief faͤllt. Zur Steuerung dienen 4 Ventile, Muschelventilen aͤhnlich, aber von eigenthuͤmlicher Construction. Sie sind sehr weit, und oͤffnen sich leicht und ploͤzlich, so daß der Dampf nur geringen Widerstand erfaͤhrt. Durch das erste Ventil, governor valve (das die gewoͤhnliche throttle valve vertritt), gelangt der Dampf in die Dampfbuͤchse. Durch die Stellung desselben wird die Menge des gleichzeitig wirkenden Dampfes regulirt. Durch das zweite, admission valve, gelangt der Dampf in den Cylinder uͤber den Kolben. Es wird, so wie die Absperrung eintreten soll, alsobald fruͤher, bald spaͤter geschlossen. Auch durch diese kann also die Kraft erhoͤht oder vermindert werden. Das dritte Ventil, aequilibrium valve, oͤffnet sich, wenn der Kolben seinen Niedergang vollendet hat und wieder steigen soll. Es stellt naͤmlich vermittelst einer weiten Roͤhre eine Verbindung zwischen dem oberen und unteren Theile des Cylinders her, so daß nun der Dampf auf beide Seiten des Kolbens den gleichen Druk ausuͤbt, und das Gewicht des Pumpengestanges sofort den Aufzug des Kolbens bewirken mag. Das vierte Ventil endlich, exhaustion valve, das sich oͤffnet, so oft ein Niedergang des Kolbens beginnt, gestattet dem Dampf den Abzug in den Condensator. Jene Verbindungsroͤhre so wie diese Abzugsroͤhre ist auffallend weit (bei C an 24''), so daß der Dampf leicht durchzieht, und beide sind, wie bemerkt, gut gegen alle Abkuͤhlung verwahrt. Ohne Zweifel verdanken diese Maschinen ihre oͤkonomische Vorzuͤglichkeit insonderheit der eben so eigenthuͤmlichen als vortrefflichen Regulirung ihrer Verrichtungen, denn dadurch wird wohl hauptsaͤchlich eine ungewoͤhnliche Benuzung der Dampfkraft erhaͤltlich. Diese genaue Regulirung des Dampfverbrauches nach dem Bedarf an Kraft ist dabei um so merkwuͤrdiger, da hier eben leztere sehr veraͤnderlich ist. Wie schon bemerkt hat die Dampfkraft bloß die Hebung der Pumpenstangen zu verrichten, indem ihr Gewicht den Kolben wieder zuruͤkzieht. Dieses Gewicht ist indessen so ungeheuer groß, daß es bei weitem das der zu hebenden Wassersaͤule uͤbertrifft. Mit Ausnahme der untersten sind in der Regel daher alle Pumpsaͤze Drukpumpen mit massiven Kolben oder plungers, die beim Niedergehen des Gestaͤnges und durch dessen Gewicht arbeiten;Eine umstaͤndliche Beschreibung dieser Pumpensaͤze geben die Annales des Mines im I. Bde. der III. Sér. Die plungers sind hohle Cylinder von Bronze, in die eine hoͤlzerne Achse eingetrieben ist. uͤberdieß aber noch mehrere Gegengewichte angebracht, welche das Gestaͤnge zu heben streben. Die Maschine C z.B. hebt das Wasser 200 Fathoms oder 1200' hoch, und die 5 plungers haben 1' im Durchmesser. Die Last der zu bewegenden Wassersaͤule ist also = 11/14 × 1 × 1200 × 62 1/2 oder an 60,000 Pfd. (28 Tonnen). Die Last des Gestaͤnges, das großen Theils aus doppelten fichtenen Balken von 1' ins Gevierte besteht, ist aber mit Inbegriff der plungers und des Eisenwerks wohl mehr als drei Mal groͤßer, und diese Last, auf die Kolben wirkend, wuͤrde nicht nur leztere mit uͤbermaͤßiger Geschwindigkeit herabdruͤken, sondern auch, um gehoben zu werden, einen unnuͤzen Aufwand an Kraft erfordern. Das Gestaͤnge stuͤzt sich daher auf Wagebaͤume, deren Arme mit Gegengewichten (auch wohl Wassersaͤulen) beschwert sind (bei C betraͤgt diese an 45 Tonnen), so daß ihm so viel Uebergewicht verbleibt, um die Pumpen, und zwar mit der erforderlichen Geschwindigkeit, herabzudruͤken. Da die Geschwindigkeit, mit der die Pumpen abwaͤrts gehen, von jenem Uebergewichte und also von der Masse der Gegengewichte abhaͤngt, so wird dasselbe ein erstes Mittel die Arbeit zu reguliren. Denn gesezt bei jedem Zuge wuͤrden 6 Kub.' Wasser gehoben, und in einer Minute muͤßten 48 K.' gehoben weiden, so waͤren per Minute 8 Hube noͤthig, jeder duͤrfte nur 7 1/2 Sec. Zeit erfordern; und haͤtte der Niedergang des Dampfkolbens in 2 1/2 Sec. Statt, so muͤßte das Gegengewicht so berechnet seyn, daß ein Niedergang der Pumpen hoͤchstens 5 Sec. brauchte. Muͤßten die Pumpen schneller arbeiten, so wuͤrde das Gegengewicht vermindert, und im umgekehrten Falle vermehrt. Da jedoch der Bedarf an Kraft fast bestaͤndig sich aͤndert, indem sich bald mehr, bald weniger Wasser in der Grube vorfindet, so wendet man noch ein anderes Mittel an, dieselbe zu reguliren. Es ist dieß eine Vorrichtung, wodurch man zwischen jedem Hube eine beliebig lange Pause eintreten lassen kann. Dieser sinnreiche Apparat (cataracte genannt) besteht in einer kleinen durch den Balancier gezogenen Pumpe, die bei jedem Hube etwas Wasser hebt, und einem Hahne, durch den man es mehr oder weniger schnell ausfließen laͤßt; und daraus ergibt sich eine kleinere oder groͤßere Pause, bevor die Steuerungsstange die Dampfventile wieder in Bewegung sezt. So vollziehen die meisten Maschinen gewoͤhnlich nur einige wenige (2 bis 3) Hube per Min., indem man zwischen jedem einen Stillstand von 10, 15 und mehr Secunden eintreten laͤßt. Da endlich die Stifte, welche die Ventile bewegen, unahaͤngig von einander gestellt werden koͤnnen, so laͤßt sich nach Gutfinden der Augenblik ihres Thaͤtigwerdens veraͤndern. Man kann hiemit leicht das Einstroͤmen des Dampfes fruͤher oder spaͤter absperren, so daß zu jeder Zeit gerade nur so viel Dampf verwendet wird, als zur Verrichtung der vorhandenen Arbeit erforderlich ist. Man laͤßt zuweilen nur so viel Dampf ein, oder sperrt ihn dergestalt ab, daß er eben vermoͤgend ist, einen ganzen Lauf des Kolbens zu bewirken; und eine Vorrichtung am Ende des Balanciers gibt bei jedem Schwunge zu erkennen, ob der Kolben mit zu viel oder zu wenig Kraft sinkt. Eben so kann, da die Hube in der Regel nicht unmittelbar auf einander folgen, die Exhaustionsklappe stets um etwas fruͤher als die Admissionsklappe geoͤffnet werden, so daß, bevor der Dampf wirkt, unter dem Kolben eine vollstaͤndige Condensation Statt findet. Die Regulirung dieser Maschinen ist uͤbrigens allgemein einem eigentlichen Maschinisten anvertraut, der einerseits die Katarakte und die Ventilstange, andererseits die governor valve, je nachdem es das Pumpwerk erfordert, stellt. Ein Waͤrter besorgt nur die Feuerung. Die außerordentlichen Leistungen, zumal der neueren Dampfmaschinen in Cornwallis, haben demnach hauptsaͤchlich darin ihren Grund, daß 1) der Dampf in besonders vortheilhaft gebauten Kesseln erzeugt wird; 2) daß aller Waͤrmeverlust moͤglichst verhindert wird; 3) daß von demselben Quantum Dampf ein ungewoͤhnlicher dynamischer Effect erhalten wird, indem man das Expansivprincip in einem ausnehmend hohen Grade benuzt; 4) daß man in Folge des trefflichen Regulirsystemes und der Klappen etc. nur sehr wenig Kraft verliert, und hiemit nur wenig Dampf nuzlos verwendet. So sehr endlich die neuesten Angaben uͤber den Nuzeffect, der mit 1 Bushel Steinkohlen erreicht wird, in Erstaunen sezten, so ist ein solcher auch nach den gegenwaͤrtigen Principien der Dampfphysik keineswegs unglaublich. Bei einem Dampfdruke von 2 1/2 Atm. ist der Druk per □'' = 37 1/2 Pfd. (engl.) und bei einem Gegendruk von 1 1/2 Pfd. der effektive = 36 Pfd. Nimmt man die Absperrung bei 1/5 des Laufes an, so ist (nennen wir f die Flaͤche des Kolbens in □'', und l die Laͤnge des Hubes in Fußen) der Effect waͤhrend des 1sten Fuͤnftheiles des Laufes = fl/5 × 36 Pfd., waͤhrend der 4 anderen Fuͤnftheile = fl/5 × 51 Pfd. (Wie die hoͤhere Rechnung zeigt, wenn der sich expandirende Dampf wie hier dieselbe Temperatur behaͤlt.) Der Totaleffect also = fl/5 × 87 Pfd. Die Menge des verbrauchten Dampfes = fl/5. Da ferner 1 K.' Dampf von 2 1/2 Atm. Druk 0,085 Pfd. wiegt, und 1 Fußzoll D. 0,085/144 Pfd., so muͤssen theoretisch 0,085/144 Pfd. D. (von 2 1/2 Atm. Druk) 87 Pfd. 1' hoch heben, und hiemit 0,085 Pfd. D. 144 × 87 oder 12528; und 1 Pfd. Dampf circa 147400 Pfd. 1' hoch. Bekanntlich ist nun die absolute Heizkraft von 1 Pfd. guter Steinkohle = 7050 W, und die bei den besten Kesseln zu utilisirende wird zu 4600 anzunehmen seyn. Da aber zur Erzeugung von 1 Pfd. Dampf circa 650 W erfordert werden,Um den Dampf waͤhrend der Expansion auf derselben Temperatur zu erhalten, wird zwar ein Aufwand von circa 50 W noͤthig seyn; dagegen mag aber das Speisewasser ungefaͤhr 50° C. heiß seyn. so wird 1 Pfd. Steinkohle 4600/650 oder 7 Pfd. Dampf liefern, und demnach 1 Bushel oder 84 Pfd. Steinkohlen (wuͤrde alle Dampfkraft utilisirt) unter obigen Verhaͤltnissen einen Effect = 84 × 7 × 147400 oder 86–87 Mill. Pfd. 1' hoch hervorbringen koͤnnen. Rechnet man also auch 1/5 fuͤr die Reibungen etc. ab, so ergibt sich, daß eine solche Maschine mit 1 Bushel Kohle an 70 Millionen Pfd. heben mag; bei einer noch vorzuͤglicheren Feuerung aber, und noch ausgedehnterer Benuzung des Expansionsprincips wird der Nuzeffect wohl uͤber 80 oder 90 Millionen Pfd. steigen koͤnnen. –––––––––– Versuchen wir noch eine Berechnung. Die Taylor'sche Maschine (Nr. 2 der Tabelle) hebt das Wasser (mit 6 Pumpsaͤzen) 718' hoch. Zu 315010 Huͤben verbrauchte sie (im Jun. 1833) 3015 Bushel Kohlen und machte in 3 Minuten 20 Hube. Der Dampfcylinder hat 70'' Durchmesser und jeder Hub 10'. Die Pumpenkolben haben 17'' Durchmesser und heben sich 7 1/2' hoch. Der Nuzeffect findet sich also: Da der Querschnitt der Pumpen = 11/14 × (17 . 17'')/144 = 1,578 □', so ist bei jedem Hube die gehobene Last = 1,578 × 62 1/2 × 7 1/2 × 713 oder circa 525000 Pfd. 1' hoch und bei 315000 Huben = 165375 Millionen Pfd., und da dabei 3015 Bushel Kohle consumirt wurde, die Leistung von 1 Bushel = 54 2/3 Mill. Pfd. Der erforderliche Druk auf 1 □'' des Dampfkolbens ergibt sich auf folgende Weise: Das Gewicht der zu hebenden Wassersaͤule ist = 1,578 × 62 1/2 × 713 = 70000 Pfd. Die Flaͤche jenes Kolbens = 11/14 × 70² = 3850 □''. Bei gleicher Laͤnge bei den Armen des Balanciers waͤre der Druk per □'' = 70000/3850 oder 18,2 Pfd. Da aber der Arm des Dampfkolbens im Verhaͤltniß von 10 : 7 1/2 laͤnger ist, so vermindert sich der erforderliche Gegendruk um 1/4 oder auf 13,6 Pfd. Den Dampfconsum schaͤzen wir, indem wir annehmen, daß der Dampf bei 1/4 des Hubes (oder 2 1/2') abgesperrt werde. Die Flaͤche des Kolbens ist = 3850/144 oder 26 2/3 □'. Bei jedem Hube stroͤmt also 26 2/3 × 2 1/2 oder 66 2/3 K.' ein, wofuͤr wir (um die Erwaͤrmung waͤhrend der Expansion in Rechnung zu bringen) 72 K.' sezen. Wiegt 1 K.' Dampf (von 2 1/2 Atm.) 0,085 Pfd., so werden bei 1 Hube 72 × 0,085 oder 6 Pfd. Dampf consumirt, und fuͤr 315000 Hube 1,890,000 Pfd., und da hiezu 3015 Bushel Steink. verwendet wurden, so haͤtte 1 Bushel 626 Pfd. und 1 Pfd. Steink. 7,4 Pfd. Dampf erzeugt.Bei den besten Einrichtungen erhaͤlt man sonst gegen 7 Pfd. Dampf. Der Druk des Dampfes, wenn er urspruͤnglich dem von 2 1/2 Atm. gleichkommt, bei 1/4 des Laufes abgesperrt und gleich warm erhalten wird, und der Gegendruk kaum 1/10 Atm. stark ist – betraͤgt per □'' im Mittel aller 19 Pfd. Da nun zur Ueberwindung obiger Last wenigstens ein Druk von 13,6 Pfd. erforderlich ist, so muͤssen hiemit wenigstens 72 Proc. oder fast 3/4 der dynamischen Kraft nuzbar verwendet werden, und wenig uͤber 1/4 derselben durch die Reibung und die Nebenlasten verloren gehen. Da endlich in 3 Minuten durchschnittlich 20 Hube geschehen, so kommen auf 1 Hub 9 Secunden Zeit; und da sich annehmen laͤßt, daß ein Niedergang des Dampfkolbens etwa 2 1/2, und einer der Pumpen nur 3 1/2 Secunde brauchen, so wird zwischen jedem Hube eine Pause von etwa 3 Sec. eintreten koͤnnen.