Ueber Condensationsanlagen. (Schluss des Berichtes S. 102 d. Bd.) Mit Abbildungen. Ueber Condensationsanlagen. Nach einer weiteren Mittheilung hat auch die Zuckerfabrik in Frankenthal eine Klein'sche Condensationsanlage zur Kühlung von 100000 l Wasser in der Stunde angelegt, die ausgezeichnet arbeitet und das heisse Wasser von durchschnittlich 38 auf 20° abkühlt. Durch diese Anlage ist einer neueren behördlichen Verfügung; nach welcher in grösseren Städten Wasser über 30° nicht in Abflusskanäle abgelassen werden darf, Genüge geleistet. Es sind bei der besagten Anlage vier Ventilatoren von 1500 mm Durchmesser zur Anwendung gekommen. –––––––––– Ueber den Popper'schen Luftcondensator haben wir 1888 268 161 berichtet und zugleich auf noch ausstehende Zahlenergebnisse über die Versuche hingewiesen. In Nachstehendem lassen wir einen Vortrag folgen, welchen Popper in der Fach Versammlung der Berg- und Hüttenmänner im österreichischen Ingenieur- und Architektenverein vom 5. März 1891 hielt, von dem uns der Vortragende einen kurzen Auszug als Sonder ab druck aus der Oesterreichischen Zeitschrift für Berg- und Hüttenwesen die Güte hatte zu übermitteln. Der Vortrag handelt. Ueber einen Luftcondensator im Allgemeinen und insbesondere über den bei der 300pferdigen Fördermaschine auf dem Prokopschachte in Pribram aufgestellten Luftcondensator. Der Popper'sche Luftcondensator hat zum Zwecke, in solchen Fällen, wo das Speisewasser entweder nur in ungenügender Menge vorhanden ist oder aber nur in schlechter Qualität oder mit grossen Kosten zu beschaffen wäre, durch einfaches Niederschlagen des Auspuffdampfes fast das ganze Wasser den Dampfkesseln als destillirtes und heisses Condensat wieder zurückzugeben. Ein Vacuum wird hierbei jedoch nicht ins Auge gefasst. Die Versuche zu derartigen Luftcondensatoren, welche man auch als trockene Condensatoren bezeichnen kann, da bei diesen nicht Verdunstung oder Abkühlung mittels Kühlwasser, sondern ausschliesslich nur direct die vorhandene atmosphärische Luft zum Dampfcondensiren verwendet wird, datiren bis in die vierziger Jahre unseres Jahrhunderts zurück. Der erste Versuch dürfte von dem Engländer Craddock gemacht worden sein, welcher mittels eines Ventilators Luft auf ein System von Dampfröhren trieb und später ein solches Röhrensystem behufs besserer Abkühlung rasch rotiren Hess. Er gab aber bald, und zwar hauptsächlich wegen der zu grossen Abmessungen solcher Apparate, seine Bemühungen auf. Viel später construirte der Ingenieur Perkins einen eben solchen Luftcondensator für seine Schiffsmaschine, bei welchem aber der Ventilator beinahe 12 Proc. der gesammten Maschinenarbeit beansprucht. Diese nothwendige Ventilatorarbeit, sowie die grossen Abmessungen und Kosten der versuchten Luftcondensatoren verhinderten überhaupt deren praktische Verwendung, weshalb Popper schon zu Anfang seiner Versuche die Hauptbedingung anerkannte, für die praktische Durchführung von Luftcondensatoren bewegte Bestandtheile überhaupt auszuschliessen; trotzdem aber behielt er die Anwendbarkeit der Luftcondensation selbst für die grössten Dampfmaschinen anlagen stets im Auge. Die Grundgedanken der heute angewendeten und bereits mehrfach benutzten definitiven Construction der Popper'schen Luftcondensatoren sind: Erstens, von der Röhrenform der Kühlflächen abzugehen und anstatt derselben die Form flacher Blechkästen anzuwenden. Hierdurch muss man unbedingt viel wohlfeilere Kühlkörper erhalten, weil auf eine gegebene Metallfläche relativ weniger Arbeit zur Fertigstellung solcher Kühlkörper verwendet werden kann, als bei der Röhrenform. Zweitens (dieser Punkt ist der maassgebende technische Gedanke) ist die Anordnung dieser Kühlkästen so zu treffen, dass jeder einzelne unabhängig von dem anderen und in genau gleichem Maasse wie jeder andere den Dampf zu condensiren vermag, d.h., dass die specifische Kühlkraft aller Kühlelemente eine und dieselbe sei. Durch Verwirklichung dieser Bedingung wird es möglich, einerseits den Condensator nach Belieben in die Höhe zu bauen, also mit einer relativ kleinen Grundfläche des ganzen Baues auszukommen, und andererseits das Proportionalitätsprincip für die kleinsten, sowie auch für die allergrössten Anlagen von Luftcondensatoren anwenden zu können. Man kann daher bei diesen Luftcondensatoren aus der Condensationskraft eines Kühlkastens, welche man genau kennt, durch einfache Division dieser Condensationszahl in die zu condensirende Dampfmenge sofort die Anzahl der im Ganzen nöthigen Kühlkästen berechnen. Die nähere Berechnungsmethode für absatzweise arbeitende Maschinen, wie z.B. Fördermaschinen, wird weiter unten behandelt werden. Bei Anwendung von Röhrensystemen ist dies alles, wenigstens unmittelbar, nicht möglich; man kann nicht beliebig in die Höhe bauen, noch auch das Proportionalitätsprincip anwenden, weil in diesem Falle die oberen bezieh. die im Luftstrome späteren Partien der mit Dampf gefüllten Röhren bereits von den früheren Röhren durchwärmte Luft erhalten; die hier maassgebenden Temperaturdifferenzen nehmen immer mehr ab und die Condensationskraft ganzer Abtheilungen von Röhren wird daher immer geringer. Die beiden erwähnten Eigenschaften des Popper'schen Luftcondensators begründen bei gleichzeitiger Berücksichtigung des Umstandes, dass hier die Ventilatoren ganz fehlen, die Lebensfähigkeit dieses Systems; in der That wurden auf diesem Wege Leistungen bei sehr grossen Dampfmaschinen erzielt, welche bis zur Veröffentlichung dieser jüngsten Ergebnisse vielen Technikern als unerreichbar galten. Textabbildung Bd. 282, S. 125Fig. 10.Popper's Condensator. Die hier beigegebene Figur zeigt die von Popper angewendete Construction, und entspricht diese Art der Ausführung dem ersten, in der Kabelfabrik des Herrn Otto Bondy in Penzing bei Wien aufgestellten und seit 1½ Jahren in Betrieb stehenden Luftcondensator, welcher den Dampf einer 12 -Maschine niederzuschlagen hat. Die Kühlkästen sind gegen den Horizont geneigt, jalousienartig angeordnet und lassen zwischen einander Kanäle frei, durch welche die atmosphärische Luft einströmt und sodann erwärmt in das Innere des Baues austreten kann. Man hat also gewissermaassen in dem ganzen Kastensystem eine Art hohler Jalousien vor sich. Alle diese Kästen sind durch Röhrchen mit zwei grossen Standröhren in Verbindung, deren eine den Dampf zu vertheilen und deren andere das Condenswasser zu sammeln den Zweck hat; das Condensat fliesst dann unten in einen Entölungsraum, welcher gewöhnlich im Inneren des Condensators, hier aber rechts von demselben angebracht ist. Der Schlot, aus dessen oberer Mündung die warme Luft in die Atmosphäre heraustritt, ersetzt durch seine Zugkraft einen Ventilator. Der ganze, die einzelnen Kühlkästen tragende Bau besteht gewöhnlich aus Holz, welches von aussen verschalt und zum besseren Schütze gegen die Witterungsverhältnisse noch überdies mit Blech oder Pappe verkleidet wird. Denkt man sich statt einer einzigen solchen Vereinigung von Kühlkästen deren mehrere neben einander im Umfange eines solchen Baues angeordnet, so sieht man ein, wie es möglich wird, den Dampf von einer mehrere Hundert oder Tausend Pferdestärke zählenden Dampfmaschine, aus oben angeführten Gründen, mit voller Sicherheit niederzuschlagen. Ein solch grösserer, aus zwei Kastenbatterien bestehen der Luftcondensator ist in der Fabrik der elektrotechnischen Firma Siemens und Halske in Wien aufgestellt, und zwar handelt es sich hier darum, bei einer sehr schnell laufenden Dampfmaschine von etwa 60 , stündlich 1000 k Dampf bei + 20° C. niederzuschlagen. Die Messung der Leistungsfähigkeit dieses Condensators wurde mehrmals, und zwar einmal bei voller Windstille und einer Temperatur von 21,5° C. im Schatten und das andere Mal bei 28,5° C. um die Mittagszeit vorgenommen; die Maschine machte dabei gegen 200 Umgänge in der Minute und lieferte an zwei Dynamos 345 Ampère bei 105 Volt Spannung, dabei wurden nun binnen 1 Stunde 831 k Dampf bezieh. so viel Liter Wasser condensirt. Bei entsprechender Reduction auf 20° C.Die hier geltende Formel ist die folgende: Wenn W1 die Menge Condenswasser bei der Lufttemperatur t1 und einer Schlothöhe k1 sind, so ist in einem anderen Falle bei h2 und t2 die Wassermenge W_2=W_1\,\frac{(\alpha-t_2)\,(\beta-t_2)}{(\alpha-t_1)\,(\beta-t_1)}\,\sqrt{\frac{h_2}{h_1}}, in welcher Formel α und β empirisch gewonnene Constanten bedeuten. bedeutet das eine Condensation von 987 k Dampf auf die Stunde. Das Proportionalitätsprincip, das Popper seiner Construction zu Grunde legte, ermöglichte somit, die versprochene Leistung bis auf 1,3 Proc. einzuhalten. Allerdings muss hier noch erwähnt werden, dass die Dampfmaschine bei der eben angegebenen Leistung von 36225 Volt-Ampère und 60 mehr als 831 k Dampf verbrauchte; der Ueberschuss ging einfach durch den Condensator ins Freie. Hierzu wäre noch zu bemerken, dass dieser soeben besprochene Bau eine Grundfläche von etwa 14 qm und eine Gesammthöhe von 13 m beanspruchte und noch weiter im Stande ist, falls die Reserveräume mit Kühlkästen versehen würden, gegen 3000 k Dampf in der Stunde zu condensiren; bei etwas höherem Schlote liessen sich sogar 4000 bis 4500 k Dampf stündlich niederschlagen. In der Siemens und Halske'schen Fabrik war nun nach Mittheilung des Vortragenden auch Gelegenheit gegeben, auf eine äusserst genaue und zugleich neue Weise den Nachweis zu führen, dass dieser Luftcondensator keinen Gegendruck auf die Maschine hervorruft. Die betreifende Dampfmaschine treibt nämlich zwei Dynamomaschinen und werden die Leistungen der letzteren an zwei Voltametern und an zwei Ampèremetern abgelesen. Zwischen Auspuffrohr und Condensator ist eine Wechselvorrichtung angebracht, durch welche es ermöglicht wird, in jedem Augenblicke nach Belieben den Auspuffdampf entweder in den Condensator oder ins Freie ausströmen zu lassen. Wäre nun eine Gegenspannung im Condensator vorhanden, so würde man während und nach dem Wechseln ein Zurückgehen oder aber ein Ansteigen der elektrischen Leistungen bemerkt haben. Es wurde jedoch bei wiederholten Versuchen durchaus keine Aenderung der Nadelstellungen an den Messinstrumenten beobachtet und sonach der Genauigkeit dieser Instrumente entsprechend bis auf 1 Proc. genau das Nicht Vorhandensein jedes schädlichen Gegendruckes nachgewiesen. Da ferner bei dieser Maschine der Regulator gar nicht arbeitete, weil seine Schwungmassen festgeschraubt waren, so ist es auch nicht möglich, dass ein dennoch vorhandener Gegendruck etwa durch das Spiel des Regulators verdeckt oder aufgehoben wird. Die Entölung des Condensators zeigt sich als eine vollkommene. Nach diesen Mittheilungen geht der Vortragende auf die eingehendere Betrachtung der Anwendung seiner Luftcondensatoren bei Maschinen mit absatzweisem Betriebe, wie beispielsweise Fördermaschinen, und speciell auf den Fall der Anwendung derselben bei der Pribramer Prokopischacht-Fördermaschine über, schickt aber dieser Besprechung noch folgende allgemeine Erörterung voraus: In solchen Fällen tritt eine ganz besondere Eigenthümlichkeit zu Tage. Das Proportionalitätsprincip lässt sich nämlich beim Entwürfe eines solchen Luftcondensators durchaus nicht mehr unmittelbar anwenden. Die stündlich zu condensirende Dampfmenge W ist wohl immer gegeben, weil man dieses Wassergewicht aus dem Gewichte der verbrannten Heizkohle hinreichend genau berechnen kann. Bei stetig arbeitenden Maschinen genügt diese Zahl W und die Angabe der Lufttemperatur T, bei welcher dieses Dampfgewicht noch mit Sicherheit niedergeschlagen werden soll, um die Grösse der Kühlflächen zu berechnen. Bei absatzweisem Betriebe muss aber der Condensator in einer kürzeren Zeit den Dampf condensiren, als er in den Kesseln erzeugt wird, und zwar: bedeutet π1 die Dauer des Betriebes und π2 die Dauer der Pause, so muss W in π1 Minuten condensirt werden, während zur Erzeugung π1 + π2 Minuten nöthig waren, d.h. der Condensator muss so viel Kühlkraft besitzen, als ob nicht W, sondern W\,\left(\frac{\pi_1+\pi_2}{\pi_1}\right) Dampf stündlich zu condensiren wären. Es wären aber dann sehr grosse Kühlflächen nothwendig, und es liegt daher die Aufgabe vor, durch irgend ein Constructionsverfahren diesem Uebelstande abzuhelfen. Dieses kann aber offenbar nur durch eine Art von Ausgleichung der beiden Extreme des vollen Betriebes und des vollen Stillstandes (während der Pause) geschehen, d.h. es muss eine Accumulatorconstruction irgend einer Art angewendet werden, um die während des Betriebes zu grosse Calorienzahl besser zu vertheilen und in die Pause hinüberzuziehen. Eine solche Construction wäre z.B. eine Gasometerglocke, die den überschüssigen bezieh. nicht condensirten Dampf während der Betriebspause wieder in den Condensator zurückschieben würde; das Ganze fiele aber, wie die Rechnung zeigt, viel zu gross aus. Als einfachster Weg ergab sich der, die Masse der Kühlflächen in Betracht zu ziehen, und zwar in der Art, dass der Dampf während der Zeit π1 diese Masse erwärmt, sich also ganz condensiren kann. Während der Pause π2 kühlt sich dann die Metallmasse (nicht mehr der Dampf, da ja keiner mehr vorhanden ist) selbsthätig an der Luft wie ein gewöhnlicher Luftcondensator ab. Ob es nun wirthschaftlicher ist, mehr Kühlflächen aus dünnem Metallbleche oder weniger aus dickem anzuwenden, ergibt in jedem Falle die Rechnung und zeigt dieselbe auch schon in ihrer allgemeinen Form, dass durch die Inbetrachtnahme der Masse eine bedeutende Ersparniss an Kühlflächen und eine ziemliche Annäherung an die Condensatoren der stetig arbeitenden Dampfmaschinen ermöglicht wird. Die hier anzuwendenden Formeln ergaben sich aus einer eingehenden Analyse des ziemlich verwickelten Vorganges des Wärmeaustausches in seinen verschiedenen Stadien und lauten folgendermaassen: T sei die angenommene Temperatur der atmosphärischen Luft, D1 die Kühlflächentemperatur am Ende der Betriebsperiode von π1 Minuten, D2 die Kühlflächentemperatur am Ende der Pause von π2 Minuten, Dm die Mitteltemperatur beider, W das in der Stunde von den Dampfkesseln gelieferte und also vom Condensator zu liefernde Wassergewicht, N die gesuchte Anzahl von Kühlkästen und K das Gewicht der Kühlflächen für 1 qm; dann ist D_2=T+\frac{1}{\left(\alpha\,\pi_2+\frac{1}{\sqrt{D_1-T}}\left)^2} und N=\frac{W\,(\pi_1+\pi_2)\,(600-D_1)}{\beta\,\pi_1\,(D\,m-T)\,\frac{5}{2}+\gamma\,K\,(D_1-D_2)} In diesen Formeln ist T, π1, π2 und W gegeben, D1 erfahrungsmässig bekannt, α, β und γ sind Erfahrungscoefficienten und K hängt von der Annahme der Blechdicke ab. Für K = Ø erhält man für N die einfache Beziehung, die für continuirlich laufende Maschinen gilt, indem dann π1 = π1 + π2 wird. Auf Grund dieser Betrachtungen wurde nun der Luftcondensator bei der 300 -Förderdampfmaschine am Prokopischachte in Pribram entworfen, namentlich die Grösse des Baues bestimmt, und zwar in der Art, dass derselbe thatsächlich im Stande sein sollte, die aus obiger Formel sich ergebende Anzahl von Kühlkästen aufzunehmen, falls er voll belegt würde. Von Seiten der k. k. Bergdirection Pribram wurden an den aufzustellenden Luftcondensator folgende Anforderungen gestellt: Derselbe soll im Stande sein, bei einer Lufttemperatur von + 10° C. gegen 1200 k Dampf in der Stunde von der Fördermaschine und noch weitere 300 k Dampf eines gleichzeitig, aber continuirlich arbeitenden nassen Luftcompressors niederzuschlagen. Die Lage des Baues war gleichfalls vorgeschrieben und war als grösste Bodenfläche eine Länge von 10 m und eine Breite von 3 m zulässig. Die mittleren Förderzeiten bei dieser Maschine betragen 157 Secunden, die Pausen hingegen 256 Secunden und finden diese vorläufig noch ungünstigen Verhältnisse bei der Förderung darin ihre Erklärung, dass die 300pferdige von einem anderen Schachte verfügbare dortselbst überstellte Maschine derzeit noch nicht vollends beansprucht ist, jedoch nach der in Bälde zu gewärtigenden Erreichung der Schachtteufe von 1000 m und entsprechender Vorrichtung des ganzen Bergbaubetriebes wieder ihre normale Leistung erlangen wird. Der Prokopischacht ist gegenwärtig in seinem tiefsten Förderhorizonte 855 m tief; die zur Förderung dienende Maschine ist eine Zwillingsmaschine mit Ridersteuerung. Die mit einem Dampfmantel versehenen Dampfcylinder haben einen Durchmesser von 540 mm und einen Hub von 2000 mm. Die Eintrittsspannung beträgt gegen 4 bis 5 at, der Füllungsgrad beim Anhübe 0,8 und rechnet sich der Dampfverbrauch für die Stunde und Pferdekraft ohne Einbeziehung der Sturzpause mit 21 k. Die bisherige indicirte Maximalleistung betrug 228,7 . Der für diese Maschine und für einen nassen Compressor von etwa 35 bestimmte Popper'sche Luftcondensator besteht aus einem in vier Abtheilungen getheilten hölzernen Bau, deren jede 80 Kühlkästen aufzunehmen vermag. Bisher, für die Winterzeit, wurden einstweilen nur 198 solcher Kästen eingesetzt, und zwar in drei Abtheilungsbatterien à 66 Kästen. Der ganze Bau nimmt eine Grundfläche von 9,4 m, eine Breite von 2,8 m und eine Höhe von 11 m ein. Das Condensat läuft im Innern des Baues in einem Entöler zusammen und von diesem, gereinigt, in den Sumpf zur Speisepumpe. Der aus dem heissen Condensat im Entöler aufsteigende Dunst wird durch ein eigenes Dunstrohr ins Freie geführt. Die bisher an diesem Condensator erzielten Ergebnisse sind nun die folgenden: Der Apparat steht seit Mitte Januar d. J. in ununterbrochenem Betriebe, und arbeitet der gänzlich selbsthätig wirkende Luftcondensator ganz anstandslos und zufriedenstellend. Seit Ende Februar wird dieser Condensator für den genannten nassen Compressor gleichfalls benutzt. Die enormen Fröste und die oft sehr heftig gewesenen Schneestürme des heurigen Winters verursachten keine weiteren Störungen an demselben, da der Condensator durch entsprechende Mittel vor etwaigen Vereisungen geschützt ist, welche im etwaigen Bildungsfalle binnen weniger Minuten, und zwar während des Betriebes, behoben werden können. Die Condensation des Dampfes der Fördermaschine von 4 bis 5 at Anfangsspannung findet vollständig statt; sie erfolgt ganz geräuschlos und ohne Erschütterung des Baues, und man sieht nur Dunst aus dem Dunstrohre in die Höhe steigen. Für die wärmere Jahreszeit werden nöthigenfalls weitere Kühlkästen eingeschoben. Die Temperatur des Condensates betrug im kältesten Theile des Entölers, also schon im Sumpf, gegen 50° C. zur Winterzeit. Die Entölung selbst ist eine vollkommene, das Condensationswasser ist ganz fettfrei und wird zum Kesselspeisen benützt. Hinsichtlich der Bildung von Kesselstein kann vorläufig noch nichts gesagt werden, da die Campagne der Kessel noch nicht zu Ende ist; allein selbstverständlich ist auch in dieser Beziehung ein günstiges Ergebniss zu erwarten. Ein Gegendruck ist nach den mit zwei Manometern vorgenommenen Messungen, welche öfters wiederholt wurden, nicht im geringsten Maasse vorhanden, denn die Zeiger des Manometers standen bei einem Wechsel des Auspuffes statt in den Condensator ins Freie oder umgekehrt in beiden Fällen gleich, und zwar auf Null. Auch zeigen dies die an der Fördermaschine bei freiem Auspuffe und bei eingeschaltetem Condensator abgenommenen Diagramme. Die Anfangsspannung beträgt in diesen Fällen 2,8 bezieh. 2,9 at und die Gegenspannung ist in beiden Fällen gleich gross, nämlich 0,2 at über der atmosphärischen Linie. Eine Verbiegung der Bleche findet nicht statt. Im Allgemeinen sei bemerkt, dass eine bisher 1½jährige Arbeitsdauer solcher Kühlkästen durchaus keine Verletzung irgend welcher Art aufweist; ebenso wenig zeigte sich bisher ein Verrosten der aus verzinktem Eisenbleche bestehenden Kühlkästen. Bei den Oberflächencondensatoren der Dampfschiffe verwendet man gleichfalls mit Vortheil verzinktes Eisenblech (in Röhrenform), welches ganz rein erhalten bleibt. Die Ursache des Nichtröstens der Bleche mag dadurch erklärt werden, dass die Oberfläche derselben mit einer sehr feinen Haut von Oel oder Fett, das mit dem Dampfe hineinkommt, bedeckt und so vor Verrosten geschützt wird. Falls sich an den Kühlflächen ja ein Hervordringen von Wassertropfen an irgend welchen Stellen der Ueberfalzungen zeigen sollte, so ist dies gänzlich ohne Belang, und kann ein Zulöthen in Folge des leichten Herausnehmens der Kästen auch während des Betriebes binnen weniger Minuten vorgenommen werden. Nach diesen Erörterungen kommt der Vortragende zu dem Schlusse, dass mit Rücksicht auf die neueste Anwendung seines Luftcondensators bei der Prokopischacht-Fördermaschine, welcher den an ihn gestellten Forderungen in jeder Hinsicht entspricht, nunmehr die Anwendbarkeit seiner Construction bei noch so grossen Maschinen, bei jeder Art von Betrieb und zu jeder Jahreszeit mit voller Sicherheit erwiesen ist, da schwierigere Verhältnisse im Dampfmaschinenbetriebe, als bei der genannten Maschine, überhaupt nicht vorkommen, und fasst derselbe nach den bisherigen Erfahrungen die Leistung seines Condensators in folgender Weise zusammen: Es wird durch diesen Condensator eine ununterbrochen fliessende Quelle von destillirtem, heissem und ölfreiem Wasser eröffnet, auf gänzlich selbsthätigem Wege, ohne Beaufsichtigung, ohne Bedienung und ohne Betriebskosten zu verursachen, und kommt ferner die Menge des so gewonnenen Wassers der für die Dampfkesselspeisung nöthigen so nahe, dass nur geringe Procente Ersatzwasser für Verluste durch Undichtheiten der Kesselventile, Stopfbüchsen u.s.w. nöthig werden.