CXIX. Ueber den Nutzeffect der Giffard'schen Dampfstrahlpumpe. Ueber den Nutzeffect der Giffard'schen Dampfstrahlpumpe. Die Giffard'sche Dampfstrahlpumpe (Injector) erfreut sich einer ausgedehnten Anwendung, da sie eine einfache und in der Anlage billige Speisevorrichtung ist. Andererseits ist man aber ziemlich einstimmig der Ansicht, daß ihr Betrieb durch großen Dampfverbrauch ein kostspieliger wird. Ein Beitrag zur Aufklärung der Leistungsfähigkeit der Dampfstrahlpumpe wurde kürzlich von Hrn. Oscar Schrader in Altenhunden a. d. Lenne in der Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, Bd. XI S. 481, geliefert, woraus wir die folgenden Mittheilungen entnehmen. Bei den Versuchen wurde ein Injector neuerer Construction von Schäffer und Budenberg in Buckau bei MagdeburgBeschrieben im polytechn. Journal Bd. CLXXXII S. 257. benutzt. Dieselben ergaben zunächst, daß 1 Pfd. Dampf 14 Pfd. Wasser vorwärmte und in den Kessel schaffte, wobei die Dampfspannung, innerhalb der Grenzen von 21,0 und 33,0 Pfd. per Quadratzoll preuß., nur insofern einwirkte, als die nöthige Förderzeit mit abnehmender Dampfspannung zunahm. Die auf Vorwärmen des geförderten Wassers einschließlich des Condensationswassers, verwendete, also in den Kessel zurückgeführte Wärme betrug durchschnittlich 81,6 Proc. der gesammten im verbrauchten Dampf enthaltenen Wärme; in Arbeit wurden umgesetzt 18,4 Proc. von dieser Gesammtwärme; von dem Wärmeverluste durch Ausstrahlung konnte in dem vorliegenden Falle abgesehen werden. Da 1 Pfd. Dampf circa 14 Pfd. Speisewasser erwärmte und in den Kessel schaffte, von den 640 Calorien aber, welche der gebundenen und freien Wärme von 1 Pfd. Dampf entsprechen, nur 18,4 Proc. auf Arbeit verwendet wurden, so verrichten also im Injector 117,76 Calorien, welche durch 0,184 Pfd. Dampf vertreten werden, diejenige Arbeit, welche nöthig ist, um 14 Pfd. Speisewasser in den Kessel, bei 21–33, durchschnittlich 25,4 Pfd. Dampfdruck per Quadratzoll, zu schaffen; somit kommen auf 1 Pfd. Dampf 76,0 Pfd. Speisewasser und dieses Verhältniß drückt den Nutzeffect aus. Um einen Vergleich des Injectors in Bezug auf den Nutzeffect mit einer gut gehenden Dampfspeisepumpe zu bieten, berechnet Schrader die Leistungen einer von Prof. Wiebe in Berlin construirten einfachwirkenden Dampfspeisepumpe und findet, daß bei dieser per Kubikfuß Wasser 6,58 Kubikfuß Dampf verbraucht werden. Der Wasserdampf hat bei der oben angenommenen Durchschnittsspannung von 25,4 Pfd. Ueberdruck ein specif. Gewicht von 0,0015; 1 Kubikfuß desselben wiegt also 0,0926 Pfd. und 6,58 Kubikfuß Dampf wiegen 0,619 Pfd. und schaffen 61 Pfd. Speisewasser in den Kessel. Auf 1 Pfd. Dampf kommen somit 98,5 Pfd. Speisewasser. Daraus geht hervor, daß selbst bei einer einfachwirkenden Speisepumpe, welche viel ungünstiger arbeitet als eine doppeltwirkende, eine gewisse Dampfmenge 1,3 mal so viel leistet, als eine gleiche im Injector auf Arbeit verwendete Dampfmenge. Wenn man nun berücksichtigt, daß im Injector das Speisewasser mit frischem Dampf angewärmt wird, so leuchtet sofort ein, daß man das Anwärmen viel billiger durch verlorenen Dampf besorgen lassen kann. Die im Injector auf Vorwärmen verwendeten 81,6 Proc. Dampf sind ein absoluter Verlust, indem sie den Arbeitsmaschinen unnöthiger Weise entzogen werden. Der Giffard'sche Apparat verbraucht also in Wirklichkeit 1 Pfd. Dampf, um 14 Pfd. Speisewasser in den Kessel zu schaffen; dagegen kann eine einfachwirkende Speisepumpe mit einem Pfd. Dampf 98,5 Pfd. durch verlorenen Dampf bis zu derselben Temperatur vorgewärmtes Wasser in den Kessel fördern; sie leistet mithin circa 7mal so viel, und eine doppeltwirkende Pumpe arbeitet noch günstiger. Hieraus geht hervor, daß Werke, welche keinen Dampf überflüssig haben, keine Injectore anlegen dürfen. – Endlich ist noch zu erwähnen, daß das durch das Schlabberrohr abfließende vorgewärmte Wasser, wenn es vom Sauggefäß nicht wieder aufgefangen wird, eine nicht zu vernachlässigende Verlustquelle bildet, und leider sündigen die Kesselwärter oft sehr hart in dieser Richtung. Nach Mittheilung dieser Versuche im Ingenieur-Verein an der Lenne machte Hr. Heinemann darauf aufmerksam, daß man aus den Versuchsresultaten den Nutzeffect auch direct ohne Vergleichung mit einer gewöhnlichen Dampfpumpe durch Gegenüberstellung der theoretischen und wirklich geleisteten Arbeit in Zahlen ausdrücken könne. Nach den Versuchen hatte sich als Durchschnittsresultat ergeben, daß 10,8 Kubikfuß Dampf von 25,4 Pfd. Spannung 76 Pfd. Speisewasser und sich selbst, d.h. 2,82 Pfd. condensirten Dampf gegen dieselbe Spannung in den Kessel drücken, und daß dieselben nach Ueberwindung der entgegenstehenden Spannung noch einen Ueberdruck von 13 Pfd. der Geschwindigkeit des austretenden Wasserstrahles entsprechend behalten hätten. 10,8 Kubikfuß Dampf von der Spannung 25,4 Pfd. per Quadratzoll müssen theoretisch einen Kolben von 144 Quadratzoll Fläche 10,8' weit mit einem Druck von 144 . 25,4 Pfd. bewegen können. Es berechnet sich daher die theoretische Arbeit desselben auf 10,8 . 144 . 25,4 = 39,502 Fußpfd. Wenn 76 + 2,82 = 78,82 Pfd. Wasser gegen eine Spannung von 25,4 Pfd. durch das Speiseventil gegangen sind und noch 13 Pfd. Ueberdruck behalten haben, so haben dieselben – 1 Atmosphäre Druck = 32' Wasserdruck gesetzt – dieselbe Arbeit verrichtet, als wenn sie (25,4 + 13)/14 . 32 = 87,8' gehoben wären. Von der Saughöhe abgesehen, berechnet sich mithin die von dem Injector bei dem in Rede stehenden Versuche wirklich verrichtete mechanische Arbeit auf 78,82 . 87,8 = 6921 Fußpfd., während sich die theoretische Arbeit auf 39,502 Fußpfund ergab. Hieraus folgt das auffallend niedrige Verhältniß von 17,5 Proc. für den Nutzeffect des Injectors. Für die dem letzteren vergleichsweise gegenübergestellte Dampfpumpe würde sich hiernach unter der Voraussetzung, daß dieselbe ohne Expansion arbeitet, ohne bei dem Kolbenhube Saugarbeit zu verrichten – wie dieß wohl bei Locomotivpumpen zutreffen möchte, in welchem Fall etwa 42/111 des gesammten Dampfverbrauches beim Kolbenaufgang als verloren betrachtet werden müssen – ein Nutzeffect von circa 22 Proc. ergeben, was unter so ungünstigen Voraussetzungen nicht gerade unwahrscheinlich ist. – Das ungünstige Resultat, welches sich bei den Versuchen in Betreff des Nutzeffectes der Injectoren ergeben habe, könne wohl kaum überraschen, wenn man die Art, wie der Injector seine mechanische Arbeit verrichtet, einer näheren Betrachtung unterzieht. Eine solche müsse sehr bald zu der Einsicht führen, daß sich wohl kaum eine unvortheilhaftere und weniger rationelle Kraftübertragung auffinden lasse. Abgesehen von den enormen Verlusten, welche bei dem Stoße tropfbarer Flüssigkeitsmassen auf einander die denselben ertheilte lebendige Kraft durch innere Wirbel und sonstige der Richtung der nützlichen Fortbewegung theils entgegengesetzte, theils für dieselbe verlorene Bewegungen erleidet, und die unter Umständen den bei weitem größten Theil derselben absorbiren, darf die enorme Geschwindigkeit nicht außer Acht gelassen werden, mit welcher der Injector den Wasserstrahl durch das Speiseventil und das mitunter noch vielfach gewundene Speiserohr gegen das Kesselwasser schleudert. Die Kraftverluste für Ueberwindung des Luftdruckes, der Reibungswiderstände und Stöße an Wandungen und Krümmungen der Rohrleitung, wachsen bekanntlich mit dem Quadrate der Geschwindigkeit. Um z.B. einen Wasserstrahl mit 70' Geschwindigkeit per Secunde durch ein 8' langes, 1'' dickes Rohr zu treiben, würden nahezu 2/3 der gesammten Kraft für Ueberwindung der schädlichen Widerstände in Anspruch genommen. Die Geschwindigkeit des Wasserstrahles vor der Mündung des Injectors wird jedoch meist noch eine erheblich größere. In dem vorliegenden Falle sind in 14 Minuten Versuchszeit 370 Pfd. Wasser = 6,16 Kbkfß., also per Secunde 12,35 Kubikzoll dem Kessel zugeführt worden. Bei der wohl nicht unwahrscheinlichen Annahme, daß die Dicke des Wasserstrahles 3/8'' nicht überstiegen habe, ergibt sich hieraus eine Wassergeschwindigkeit von 136' per Secunde. Verfolgt man nun den Durchgang des von dem Injector mit so enormer Geschwindigkeit geschleuderten Wasserstrahles durch das im vorliegenden Fall angewendete Speiseventil, so lehrt schon die praktische Anschauung, daß nahezu 2/3 der gesammten lebendigen Kraft des Wasserstrahles durch den Stoß gegen die Ventilwandung vernichtet werden müssen. Es wird hiernach aber auch nicht zweifelhaft bleiben, daß der Grund so außergewöhnlich nachtheiliger Ergebnisse, wie des vorliegenden über den Nutzeffect der Injectoren, einestheils in der mangelhaften Construction der Speiseleitung und der Speiseventile gesucht werden muß, und es möchte nicht überflüssig seyn, hier die Hauptbedingungen in Kürze zusammenzufassen, welche sich aus den Gesetzen der Hydromechanik für Construction der Speiseleitung und der Ventile ergeben: 1) das Speiseventil muß in unmittelbarer Nähe des Injectors und in der Längenachse desselben angebracht werden; 2) durch die Form und Construction desselben muß jeder Stoß des Wasserstrahles gegen die Ventil- oder Rohrwandung vermieden werden; 3) die Länge der Speiseleitung und die Geschwindigkeit, mit welcher das Wasser in den Kessel tritt, müssen zu einem Minimum werden; 4) der Uebergang des Wasserstrahles aus der großen in die geringere Geschwindigkeit muß ein allmählicher und möglichst stetiger seyn, was durch zweckmäßige Erweiterung der Speiseleitung nach dem Kessel hin erreicht wird; 5) unvermeidliche Krümmungen oder Verengungen in der Rohrleitung müssen nach Möglichkeit dahin verlegt werden, wo die Geschwindigkeit des Wasserstrahles ein Minimum geworden ist.