LXXX. G. Rennie und J. Rennie's Dampfmaschine mit doppelten Cylindern, aufgestellt in Thomas Cubitt's Fabrik bei Vauxhall Bridge. Aus dem Civil-Engineer and Architects' Journal. April 1842, S. 109. Mit Abbildungen auf Tab. VIII. Rennie's Dampfmaschine mit doppelten Cylindern. Diese Maschine ist der Aufmerksamkeit aller derjenigen, welche sich für die ökonomische Production der Dampfkraft interessiren, zu empfehlen. Die Anordnung der Maschinentheile kommt mit derjenigen der gewöhnlichen Balancier-Dampfmaschinen ganz überein, den Umstand ausgenommen, daß die Bewegung von zwei Cylindern anstatt von einem hergeleitet wird. Das Princip zweier Cylinder, deren Kolben durch denselben Dampf in Thätigkeit gesezt werden, wurde zuerst durch Hornblower praktisch ausgeführt und durch Woolfe erweitert und verbessert, ohne daß jedoch dasselbe je allgemein in Anwendung gekommen wäre. Bei der in Rede stehenden Maschine beträgt der Rauminhalt des kleineren Cylinders 1/5 vom Rauminhalte des größeren Cylinders, und die Expansion findet ausschließlich im größeren Cylinder statt. Der Dampf tritt während des ganzen Hubes aus dem Dampfkessel direct in den kleineren Cylinder und entweicht, nachdem er den Kolben niedergedrükt, nicht in die Atmosphäre oder in den Condensator, sondern in den weiteren Cylinder, dessen Kolben durch ihn in die Höhe getrieben wird. Derselbe Dampf ist daher in beiden Cylindern zur Krafterzeugung thätig, ehe er in den Condensator entweicht. Die Kolbenstangen sind an einer und derselben Seite des Balanciers eingehängt, die zum größeren Cylinder gehörige an dem Ende des Balanciers, die zum kleineren Cylinder gehörige näher gegen die Drehungsachse des Balanciers hin. Die Kolben arbeiten daher gemeinschaftlich. Durch eine geeignete Anordnung der Ventile wird zwischen dem Raume unterhalb des Kolbens des kleineren Cylinders und dem Raume oberhalb des Kolbens des größeren Cylinders eine Communication hergestellt, so daß die Kolben gleichzeitig niedersteigen. Die Maschine wird von einem cylindrischen Dampfkessel aus, welcher in seinen Details von der Cornwalliser Construction ist, die sich als die beste erprobt hat, mit Dampf versehen. Der äußere Durchmesser des Dampfkessels beträgt 6′ 3″, die größte Länge desselben 34′, der Dampfdruk 28 Pfd. auf den Quadratzoll. Der Feuerrost liegt in einem 3′ 8″ im Durchmesser haltenden Rohre, welches sich durch den Dampfkessel von einem Ende bis zum anderen erstrekt. Die Länge der Feuerstelle beträgt 4′ 6″, ihre Breite 3′ 8″ und ihre mittlere Höhe 18″. Als Brennmaterial wird Graigola benuzt, eine vortreffliche und ökonomische Kohlengattung aus Wales, welche keinen Rauch gibt. Die Tiefe der Kohlenlage über den Roststangen läßt man nie 3 Zoll übersteigen, so daß sich wenig oder gar kein Kohlenoxydgas bildet. Die Verbrennung ist langsam, eine ihrer Vollkommenheit günstige Bedingung, und da die Intensität des Feuers diejenige eines gewöhnlichen Küchenfeuers kaum übersteigt, so bildet sich auch keine Kohlenschlake. Die Feuerbrüke besteht aus Ziegeln, und anstatt an ihrer oberen Seite flach zu seyn, wie dieses bei manchen Dampfkesseln der Fall ist, bildet sie einen mit dem Durchzugrohre beinahe concentrischen Kreis, so daß zwischen der convexen Oberfläche der Brüke und der concaven Oberfläche des Durchzugrohres nur wenige Zoll Oeffnung bleibt. In Folge dieser Vorkehrung breitet sich die Flamme und die erhizte Luft von dem Feuer aus in einer dünnen Lage über die innere Fläche der Durchzugröhre aus, wodurch sich ihre Wärme rascher und vollkommener dem Wasser in dem Dampfkessel mittheilt. Zwischen der Feuerbrüke und dem vorderen Kesselende erstrekt sich eine Röhre der Länge nach durch das Durchzugsrohr. Diese Röhre enthält Wasser; sie hat ungefähr 25 Zoll Durchmesser und communicirt an zwei Stellen mit dem im Dampfkessel befindlichen Wasser. Die eine Communication wird durch eine verticale Röhre bewerkstelligt, welche sich von der unteren Seite des Durchzugrohres nach der unteren Seite der horizontalen wasserhaltenden Röhre erstrekt und unmittelbar hinter der Brüke liegt. Die andere Communication wird durch eine an dem hinteren Kesselende befindliche kupferne Röhre hergestellt. Diese Röhre hat 3½ Zoll Durchmesser; sie entspringt an der oberen Seite der horizontalen Röhre, steigt außen am Dampfkessel bis zu gleicher Höhe mit demselben empor, biegt sich dann um, dringt durch die Kesselwand und steigt inwendig bis auf einige Zoll unter das Niveau des Wassers herab. Durch diese Anordnung der Röhren erhält man eine beständige Dampf- und Wasserströmung. Die heiße Luft streicht aus dem Ofen durch die Durchzugsröhre, und theilt ihre Wärme sowohl dem im Dampfkessel als auch dem in jener horizontalen Röhre befindlichen Wasser mit, welche, wie bereits erwähnt wurde, in der Durchzugsröhre liegt. An dem Ende der lezteren angelangt, spaltet sich der heiße Luftstrom in zwei Strömungen, wovon die eine auf der einen, die andere auf der anderen Seite des Dampfkessels sich hinzieht. An der Vorderseite des Dampfkessels vereinigen sich diese Strömungen wieder; sie steigen sodann abwärts und gehen der Länge nach unter dem Boden des Dampfkessels fort, worauf sie in den Schornstein entweichen. In dem Canal, welcher den unter dem Boden des Dampfkessels fortlaufenden Canal mit dem Schornsteine verbindet, befindet sich eine lange, ungefähr 15 Zoll im Durchmesser haltende Röhre, in welche das zur Speisung des Kessels dienliche Wasser zuerst gelangt. Durch diese Anordnung wird die dem Schornstein zuströmende Luft ihrer überflüssigen Wärme beraubt, und entweicht nun unter einer im Vergleich niederen Temperatur ins Freie. Der Dampfdruk in dem Kessel wird durch ein heberförmiges Queksilbervisir angezeigt, welches in Fuße, Zolle und Viertelszolle graduirt ist. Ein von Zeit zu Zeit durch den Maschinisten zu adjustirender Speisungshahn regulirt den Wasserstand in dem Dampfkessel. Der gewöhnliche Speisungsapparat mit einem Ventile, welches durch einen Schwimmer in Thätigkeit gesezt wird, würde in Anwendung auf den in Rede stehenden Dampfkessel wegen des in Vergleich mit den gewöhnlichen Land-Dampfkesseln hohen Dampfdrukes unbequeme Dimensionen erhalten müssen. Zur Anzeige des Wasserstandes dienen eine gläserne Communicationsröhre und die gewöhnlichen Probirhähne. Der Dampfkessel ist mit zwei Sicherheitsventilen versehen, wovon das eine innerhalb des Kessels liegt, und dem Maschinisten unzugänglich ist. Vier Ziegelmauern umschließen den Kessel und ein Bogen aus 9zölligen Mauerziegeln wölbt sich über demselben. Zwischen diesem Bogen und der Oberfläche des Dampfkessels ist für die Expansion des lezteren ein Raum von 1 bis 2 Zoll gelassen. Unter dem Mauerwerk befindet sich eine ungefähr 1 Fuß tiefe Lage von Holzkohlen, welche dazu dient, die Dampfkesselwärme zurükzuhalten. In Folge dieser Vorsichtsmaßregeln ist eine Entweichung der Wärme kaum bemerkbar. Der innere Durchmesser der Dampfröhre beträgt nur 3 Zoll. Beim Einstellen der Maschine wird die Excentricumstange nicht ausgehoben, wie dieß sonst üblich ist, sondern ein in der Dampfröhre befindlicher Hahn wird geschlossen, wodurch der Dampfzutritt in die Maschine gänzlich abgesperrt ist, so daß dieselbe in Stillstand kommt. Der Hahn, womit man dieses bewerkstelligt, ist ein Vierwegehahn; die eine seiner Durchbohrungen dient zur Herstellung der Communication zwischen dem Dampfkessel und dem Schiebventile, die andere zum Ausblasen der Luft. Die Schiebventile sind an den oberen Enden angebracht und spielen über drei Oeffnungen. Die Dekel beider Cylinder liegen in gleicher Höhe, der weitere Cylinder jedoch ragt, als der längere, unten über den kleineren hinaus. Die Ventile arbeiten gleichzeitig und werden durch Arme in Bewegung gesezt, welche sich von starken eisernen Stangen aus erstreken. Leztere steigen durch den Boden der Maschinenkammer herauf und werden in Hülsen geleitet, welche an den Cylindern, wozu die Ventile gehören, befestigt sind. Diese Stangen erhalten ihre Bewegung von einem Querstük, welches die obere Seite eines vierekigen Rahmens bildet, worin eine herzförmige Scheibe sich dreht. Durch diese Herzscheibe wird der Rahmen abwechsend auf und nieder bewegt, wobei die Seiten desselben so weit von einander abstehen, daß die Herzscheibe während ihrer Drehung keine Seitenbewegung veranlassen kann. Diese Anordnung war längst schon unter dem Namen „Herzbewegung“ bekannt, ihre ausgedehntere Anwendung jedoch wurde dadurch verhindert, daß man zu bemerken glaubte, sie erzeuge eine klappernde und unregelmäßige, dem sanften Gange der Maschine ungünstige Bewegung. Diese Meinung wurde jedoch in gegenwärtigem Falle als ungegründet befunden: das Spiel der Ventile ist geräuschlos und ohne alle Erschütterung. Der aus der Anwendung der Herzbewegung herzuleitende Vortheil ist ein rasches Oeffnen und Schließen der Dampfwege; wir glauben jedoch, daß auch das Excentricum diese Operation mit hinreichender Schnelligkeit zu Stande bringt, wenn man den Dampföffnungen die geeigneten Dimensionen gibt. Die Herzscheibe ist aus Stahl und die obere und untere Fläche des Rahmens, mit welchen die Scheibe in Berührung kommt, sind mit ungefähr ¾ Zoll diken Stahlplatten beschlagen. Die horizontale Welle, woran die Herzscheibe fest sizt, empfängt ihre Bewegung von der Hauptwelle der Maschine, und zwar von derselben Stelle aus, welche dem Regulator die Bewegung mittheilt. Balancier, Parallelbewegung, Lenkstange, Krummzapfen, Schwungrad etc. sind von der gewöhnlichen Art und bedürfen daher keiner besonderen Erwähnung. Der Regulator befindet sich in einem unmittelbar über der Krummzapfenwelle angebrachten Gestelle, und die Verbindung zwischen ihm und dem Drosselventile wird durch eine Stange bewerkstelligt, welche unter dem Boden der Maschinenkammer wegläuft. Der Durchmesser der Kaltwasserpumpe beträgt 10″, die Länge ihres Hubes 2′ 5½″; der Durchmesser der Luftpumpe 20″, ihre Hublänge 3′. Das Lieferungsventil (delivery valve) liegt in der Mündung der Luftpumpe; es ist von der „Topfdekelconstruction“ (pot-lid construction); doch ist durch theilweise Anwendung des Gleichgewichtsprincips das Geräusch und die Gewalt, womit die gewöhnlichen Topfdekelventile sich schließen, zum großen Theil beseitigt. Ein Ventil, welches so construirt wäre, daß es sich im vollkommenen Gleichgewicht befände, würde in einer Luftpumpe offenbar nicht wirksam seyn, indem ein aufwärts gehender Druk dasselbe nicht öffnen könnte. Durch die Combination des Princips des Gleichgewichtsventils jedoch mit demjenigen des gewöhnlichen Topfdekel- oder Spindelventils läßt sich die Adjustirung bis zu einem Punkt ausführen, wo sich das Ventil mit genügender Leichtigkeit öffnet, ohne sich mit einer nachtheiligen Gewalt zu schließen. Dieß wird durch den beigefügten Durchschnitt Fig. 53 und den Grundriß Fig. 54 des in Rede stehenden Ventils deutlicher werden. a, a, a, a, a, Fig. 53, ist derjenige Theil des Ventils, welcher in die Höhe geht, um der durch die Luftpumpe aus dem Condensator gehobenen Luft und dem Wasser den Austritt zu gestatten; b, b, b, b der stationäre Ventilsiz, gegen welchen das Ventil anschlägt. Der Ventilsiz ist durch sechs Bolzen, welche durch die Löcher x, x, x, x, Fig. 54, gehen, an die Mündung der Pumpe befestigt. Die Gewalt, womit das Ventil sich schließt, hängt von dem Druk auf die horizontale Oberfläche A, Fig. 53, des Ringes A, A, A, A, Fig. 54, ab, während der wirkliche Querschnitt, durch welchen Luft und Wasser entweicht, durch B, Fig. 53, dargestellt ist. Jeder Druk auf der Seite C des Ventils wird durch den gleichen und entgegengesezten Druk auf der anderen Seite C balancirt. Je näher die Flächen f und f′ in eine und dieselbe Verticallinie gebracht werden, desto geringere Kraft wird der Druk oberhalb des Ventils auf den Schluß desselben ausüben, und desto größer wird die zur Oeffnung desselben erforderliche Kraft seyn; und wenn die Flächen in eine und dieselbe Linie gebracht würden, so würde auch der größte Druk von Unten das Ventil nicht öffnen können. Fig. 55 stellt die Indicatortafel des kleinen und Fig. 56 diejenige des großen Cylinders dar. Leistung der Maschine. Die Maschine macht 19 Doppelhube in der Minute. Das Brennmaterialconsum beläuft sich auf 132.3 Pfd. ungesiebter Graigola Kohle per Stunde. Der Querschnitt des kleineren Cylinders, weniger der Hälfte der Stange, beträgt 186.24 Quadratzoll. Der Querschnitt des weiteren Cylinders, die Hälfte der Kolbenstange abgerechnet, ist 749.29 Quadratzoll. Der kleinere Kolben legt in der Minute 171, der größere Kolben 228 Fuß zurük. Der mittlere Druk auf den Kolben ist, wie der Indicator zeigt, bei dem kleineren Cylinder 25.56, bei dem größeren Cylinder 6.9 Pfd. auf den Quadratzoll. Nach Hrn. G. Rennie's Angabe ist die nominelle Kraft der Maschine 40 Pferdekräfte, die wirkliche Leistung dagegen ist: Durch den kleineren Cylinder 24.6 Pferdekräfte Durch den weiteren Cylider 35.6 — ––––––––––––––––––––– Zusammen 60.2 Pferdekräfte. Untersuchen wir diesen Punkt selbst näher. Die innerhalb der Linien einer Indicatortafel eingeschlossene Fläche liefert allerdings eine correcte Darstellung der wesentlichen Leistung einer Dampfmaschine, allein die Methode einen numerischen Ausdruk für diese Fläche mit Hülfe von Ordinaten zu finden, ist nicht vollkommen genau. Wenn indessen eine hinreichende Anzahl Ordinaten vorhanden sind, so kann sie immerhin für praktische Zweke hinreichende Genauigkeit gewähren. Wir wollen daher nach Hrn. Rennie's Angaben den mittleren Druk in dem kleineren Cylinder zu 25.56, in dem größeren Cylinder zu 6.9 Pfd. annehmen. Textabbildung Bd. 084, S. 406 = 24.6 Pferdekrafte. Textabbildung Bd. 084, S. 406 = 35.7 — –––––––––––––––––– 60.3 — ⅛ Abzug für Reibung, Auspumpen des Wassers aus dem Condensator 7.54 — –––––––––––––––––– Wirkliche Anzahl der Pferdekräfte 52.76 Pferdekräfte. Es ist leicht, den aus der Benuzung der Expansion des Dampfes herzuleitenden Vortheil analytisch zu bestimmen. Der volle Dampfdruk auf den Kolben sey durch die Einheit dargestellt, und x bezeichne den Rauminhalt des weiteren Cylinders, oder den Raum, durch welchen sich der Kolben in Folge der Expansion des Dampfes bewegt hat: so wird die Dichtigkeit durch 1/1 + x ausgedrükt. Nimmt man nun an, daß die Dichtigkeiten und Elasticitäten einander proportional sind, so ist d x/1 + x das Differential der Wirksamkeit, und die Wirksamkeit selbst ist das Integral dieses Ausdruks, oder mit anderen Worten, der Napier'sche Logarithme des Nenners. Daher ist die Wirksamkeit des ganzen Hubes, die Expansion möge in einem oder in zwei Cylindern vor sich gehen = 1 + Nap. log. (1 + x). Nimmt man den atmosphärischen Druk zu 15 Pfd. an und den Druk auf den Kolben zu Anfang des Hubes zu 25 Pfd. über den Druk der Atmosphäre, so ist 15 + 25 = 40 Pfd. Sperrt man den Dampf nach 1/5 seines Hubes ab, oder beträgt, wie im vorliegenden Falle, der Rauminhalt des kleineren Cylinders 1/5 vom Raumsinhalte des größeren Cylinders, so wird der Dampf in das Fünffache seines ursprünglichen Volumens expandirt. Sein Druk ist daher am Ende des Hubes 40/5 = 8 Pfd., oder 7 Pfd. unter dem Druk der Atmosphäre. Da jedoch das mittlere Vacuum in dem Cylinder einer Dampfmaschine selten 24 Zoll Queksilbersäule oder 12 Zoll Druk übersteigt, so ist die nicht balancirte Kraft des Dampfes oder der Dampfdruk auf den Kolben am Ende des Hubes 12 - 8 = 4 Pfd. Wird der Dampf bei 1/5 abgesperrt, so ist x = 4. Die Wirksamkeit ist daher = 1+ Nap. log. (1 + 4) = 1 + Nap. log. 5. Da Nap. log. 5 = 1.6094379 ist, so ist der Totaleffect des Dampfes 2.6094379 anstatt 1. Mit anderen Worten, der Effect des Dampfes ist 1½ mal größer, wenn man denselben in das Fünffache seines ursprünglichen Volumens sich expandiren läßt. Dieses Resultat ist von dem Druk des Dampfes vollkommen unabhängig; denn wenn man nicht Dampf von bedeutender Spannung anwendet, so muß man den Cylindern unbequeme Dimensionen geben. Die von Einigen ausgesprochene Ansicht, daß die Ursache der ökonomischen Resultate bei Cornwallis'schen und anderen Maschinen, welche mit Hochdruk und Expansion arbeiten, in dem bedeutenden Temperaturunterschiede zwischen Dampf von dem Druk einer Atmosphäre und Dampf von dem Druk mehrerer Atmosphären liege, ist vollkommen irrig. Die Temperatur ist nicht in allen Fällen ein Maaßstab zur Vergleichung der den Körpern inwohnenden Wärmequantitäten. Zwei Kubikfuß Dampf vom Druk einer Atmosphäre geben, hinreichend comprimirt, ungefähr 1 Kubikfuß Dampf von dem Druk zweier Atmosphären, und welches auch die Temperatur des Dampfes in den zwei Zuständen seyn möge, die Quantität der in demselben existirenden Wärme wird in beiden Fällen die gleiche seyn. Bei gewöhnlichen, ohne Expansion arbeitenden Dampfmaschinen belauft sich der Verbrauch an Kohlen durchschnittlich auf 10 Pfd. per Stunde auf die Pferdekraft. Gewöhnlich findet man jedoch die Pferdekraft zu ungefähr 52,000 Pfd. in der Minute 1 Fuß hoch gehoben, welches 26,208 Millionen durch ein Bushel Kohlen 1 Fuß hoch gehoben gleich kommt. Einige gute Maschinen arbeiten indessen mit einem effectiven Druk auf den Kolben von 13¼ Pfd. per Quadratzoll = 60,000 1 Fuß hoch gehoben, und einige wenige steigen bis auf 66,000 per Pferdekraft, und zwar ohne Hochdruk. Die Maschinen consumiren ungefähr 8 Pfd. Kohlen auf die nominelle, oder 4 Pfd. Kohlen auf die Watt'sche Pferdekraft Der Kohlenverbrauch bei der in Rede stehenden Dampfmaschine beläuft sich auf 132.3 Pfd. per Stunde, oder 132.3/52.76 = 2.5 Pfd. per Stunde auf die Pferdekraft. Wir empfehlen diese Dampfmaschine der Aufmerksamkeit aller für das Dampfmaschinenwesen sich Interessirenden. Die Maschine ist elegant gebaut, ihre Theile mit Scharfsinn und Geschmak angeordnet, und die Details ihrer Construction zeigen von der Einsicht des Mechanikers. Hinsichtlich ihrer ökonomischen Leistungen nimmt diese Maschine den ersten Rang ein; sie arbeitet kräftig und dabei äußerst sanft und gleichförmig.