Neuere Untersuchungen über ökonomisches Betreiben einer Dampfmaschine. Mit Abbildungen. Neuere Untersuchungen über ökonomisches Betreiben einer Dampfmaschine. Bryan Donkin, der wegen seiner praktischen Untersuchungen zur Ermittelung der in den Cylindern der Dampfmaschinen vor sich gehenden Erscheinungen bekannte englische Ingenieur, hat vor Kurzem die Ergebnisse sorgfältig ausgeführter Versuche veröffentlicht, die er zum Zweck der Erforschung des Einflusses, welchen der jeweilige Füllungsgrad, die Geschwindigkeit, die Dampfmäntel und die Ueberhitzung des Arbeitsdampfes auf das ökonomische Güteverhältniss der Dampfmaschinen ausüben, anstellte. Textabbildung Bd. 304, S. 80 Untersuchungen über ökonomisches Betreiben einer Dampfmaschine. Die Versuchsanlage entsprach insofern allen Anforderungen, als sie eine Aenderung der Füllung und Umdrehungszahl, wie auch ferner das Betreiben der Maschine mit und ohne Dampfmantel bezieh. mit und ohne überhitzten Dampf ohne grössere Schwierigkeiten gestattete. Die Maschine ist nach den Le Génie civil, 1897 S. 120, entnommenen Abbildungen (Fig. 1 und 2) stehend ausgeführt und hat nur einen Cylinder, dessen Ausströmrohr mit einem Oberflächencondensator in Verbindung gebracht werden kann. Für die verschiedenen Untersuchungen wurden indess zwei besondere, in ihrer Construction von einander abweichende Cylinder verwendet, von denen der eine, nicht ummantelte und einfach wirkende Cylinder für eine erste Reihe von Versuchen benutzt wurde. Der zweite, doppelt wirkende und ummantelte Cylinder (Fig. 3) diente, nachdem er gegen den ersteren ausgewechselt, für eine zweite Reihe von Versuchen zur Bestimmung des Einflusses, welchen die Dampfmäntel auf den ökonomischen Wirkungsgrad der Maschine haben können. Ein unterer, zwischen der Wandung des Cylinders und Mantels angebrachter Steg gestattet, das Condenswasser der äusseren und dasjenige der inneren Wandung, jedes für sich, zu sammeln. Die Cylinderdeckel sind ebenfalls mit Mänteln ausgestattet, während der Schieberkastendeckel ausser mit Dampfmantel noch mit einer Entwässerungsvorrichtung versehen ist. In den verschiedenen Mänteln kann mit Leichtigkeit sowohl Dampf wie auch Oel oder selbst Wasser circuliren. Am Mantel des Dampfcylinders sind noch ein Absperrhahn und ein Manometer angebracht. Der Kolbendurchmesser beträgt 0,1524 m, der Hub 0,2032 m. Die Maschine arbeitet mit Meyer'scher Schiebersteuerung, welche, trotz endlicher Länge der Pleuelstange, gleiche Füllungen von ⅟24 bis 18/24 auf jeder Kolbenseite zulässt. Alle Theile sind, damit sie sich bei den Kolbenhüben gegenseitig ausgleichen, symmetrisch zu einander angeordnet. Die zur Ausbalancirung der Kolbenstange dienende Stange ist jedoch nicht in die Verlängerung derselben gelegt, sondern excentrisch angeordnet; es treten in Folge dessen geringe seitliche Beanspruchungen auf, derart, dass die Arbeit beider Cylinder nicht genau übereinstimmt. Die Maschine kann je nach Belieben einfach oder doppelt wirkend betrieben werden. Textabbildung Bd. 304, S. 81 Fig. 3.Untersuchungen über ökonomisches Betreiben einer Dampfmaschine. Der in einem Kessel erzeugte Dampf hat 5,25 at Ueberdruck und gelangt mit einer Spannung von 4,55 at in den Schieberkasten. Bei einigen Versuchen hat man die Spannung des Dampfes durch Drosselung auf 2,27 at herabgemindert. Das lineare Voreilen variirt zwischen 1 bis 3 Proc. des Kolbenhubes. Die Ueberhitzung des Dampfes erfolgt in der Dampfleitung selbst, mittels einer Reihe von Gasbrennern; sie betrug je nach den Versuchen 6 bis 40° C. Die zu dieser Erhöhung der Temperatur des Arbeitsdampfes erforderliche Menge Brennmaterial wurde nicht ermittelt. Der Ueberhitzungsgrad wurde an einem nahe am Dampfeintritt in den Cylinder angebrachten Thermometer abgelesen. Auch an anderen Stellen des Cylinders – am Schieberkasten, Dampfmantel und Dampfraum des Condensators – wurden, um genauen Aufschluss über die hier herrschenden Temperaturen zu erhalten, Thermometer angebracht. Der Condensator functionirte während der ganzen Dauer der Versuche; wenn aber die Maschine ohne diesen Apparat arbeiten sollte, wurde ein seitlich am Condensator angebrachter Lufthahn geöffnet und die Spannung in diesem auf Atmosphärendruck gebracht. Das aus dem Condensator mittels Luftpumpe fortgeschaffte Wasser wurde einem auf besonderer Brückenwage aufgestellten Gefäss zugeführt, welches, sobald die angesammelte Menge Wasser ein Gewicht von 22,680 k (50 Pfund engl.) erreicht hatte, dies jedesmal selbsthätig anzeigte. Jeder Versuch wurde zweimal ausgeführt und die Ergebnisse beider Versuche erst dann als richtig betrachtet, wenn sie eine Abweichung von nicht mehr als 2 Proc. zeigten. Die von Donkin aufgestellten Tabellen enthalten die Mittelwerthe beider Versuche, welche überdies vielfach noch durch einen ungefähr 3 Stunden andauernden dritten Versuch controlirt wurden. Der Verbrauch des Circulationswassers für den Condensator wurde mittels besonderer Behälter, wie auch die Temperatur desselben beim Ein- und Austritt sorgfältig gemessen. Vor Beginn einer jeden Versuchsreihe wurden Schieber und Kolben auf ihre Dampfdurchlässigkeit geprüft. Die Arbeit des Dampfes im Cylinder wurde durch einen Crosby'schen Indicator ermittelt, der nach Oeffnen eines Hahnes mit den Räumen vor und hinter dem Kolben communicirte. Die effective Leistung der Maschine wurde mittels einer auf der Schwungradwelle befestigten Bremsvorrichtung festgestellt. Die Diagramme wurden von 5 zu 5 Minuten abgenommen. Gleichzeitig notirte man die Dampfspannung im Schieberkasten und Mantel, wie auch die an einem Tourenzähler ablesbare Geschwindigkeit der Maschine. Alle 2 Minuten wurde die Temperatur des Wassers beim Austreten aus der Luftpumpe, diejenige der Cylinderwandungen und des Dampfmantels, sowie gebotenen falls auch die Temperatur des überhitzten Dampfes, alle 10 Minuten ferner die anfängliche Temperatur des Circulationswassers und die Spannung der Bremsfeder beobachtet. Die Endtemperatur des Circulationswassers wurde von Minute zu Minute gemessen. Die Widerstände der Maschine bei verschiedenen Geschwindigkeiten – zwischen 100 und 250 minutlichen Umdrehungen – wurden im Leerlauf der Maschine mit der Luftpumpe bestimmt. Es betrugen dieselben im Maximum 24,75 km pro Umdrehung für 200 minutliche Umdrehungen, im Mittel 23,12 km pro Umdrehung, entsprechend einer Geschwindigkeit von 150 minutlichen Umdrehungen. Nach 150 Versuchen, von denen 50 mit nicht ummantelten Cylindern angestellt wurden, kam Donkin zu der Ueberzeugung, dass die Temperatur der Wandungen des Cylinders an den äussersten Enden höher als in der Mitte desselben ist. Mit Condeasation und ⅛ Füllung beträgt dieser Unterschied mehr als 9° C. Beim Arbeiten als einfach wirkende Maschine ist die Abweichung beträchtlicher; der Temperaturunterschied zwischen den beiden äussersten Enden des Cylinders beträgt dann bis 20,5° C. Vom praktischen Standpunkt aus gestatten die Untersuchungen von Donkin eine genaue Feststellung des Einflusses, welchen die Temperatur der Cylinderwandungen auf das ökonomische Betreiben der Maschine ausüben. Donkin bezieht die Innencondensationen des Dampfes auf die Einheit der berührten Fläche, sowie auf die Zeiteinheit, und nimmt die Mittel der während der Dauer der Admission vom Kolben entblössten Cylinderflächen unter der Voraussetzung, dass die Rotationsbewegung der Kurbel eine gleichförmige ist. Die Versuche wurden in der Weise durchgeführt, dass das Temperaturgefälle im Innern des Cylinders constant gehalten, die Temperatur der Cylinderwandung dagegen variabel gemacht wurde und umgekehrt. Die erhaltenen Ergebnisse konnten alsdann mit einander verglichen werden. Die verschiedenen Versuche wurden mit Aenderungen des Ganges der Maschine, beim Arbeiten mit und ohne Dampfmantel bezieh. mit und ohne Ueberhitzung des Arbeitsdampfes, ferner mit einfach und doppelt wirkendem Cylinder und mit variabler Füllung gemacht. In jedem der einzelnen Fälle konnte die am meisten ökonomische Gangart der Maschine festgestellt werden. Der Maximalverbrauch von 28,136 k für 1 /Std. wurde beim Arbeiten mit einfach wirkendem Cylinder ohne Mantel und Condensation bei Verwendung von gesättigtem Dampf und 0,5 Füllung erreicht. Unter gleichen Verhältnissen mit überhitztem Dampf betrieben, sank der Dampfverbrauch auf 23,097 k in der Stunde, entsprechend 17,9 Proc. Ersparniss, während sich letztere beim Arbeiten mit doppelt wirkendem Cylinder ohne Anwendung der Ueberhitzung auf 24,9 Proc. erhöhte. Mit Ueberhitzung, doppelt wirkendem Cylinder und Condensation ergab sich eine Dampfersparniss von 45,7 Proc. entsprechend einem Verbrauch von 15,272 k, und endlich mit Dampfmantel und bei 0,625 Füllung eine solche von 63,3 Proc. entsprechend einem Verbrauch von 9,485 k Dampf für 1 /Std. Es ist wahrscheinlich, dass sich günstigere Verbrauchsziffern ergeben hätten, wenn höher gespannter, gesättigter Dampf verwendet und die Expansion weiter getrieben oder behufs Verringerung der Innencondensationen die Ueberhitzung auf eine höhere Gradstufe getrieben worden wäre. Es ist zu bedauern, dass Donkin seine Versuche nicht nach diesen Richtungen zu Ende geführt hat. Durch die Versuche wurde indess zur Genüge bewiesen, dass sich die Innencondensationen mit Verwendung eines Dampfmantels und überhitzten Dampfes erheblich verringern. Je mehr sich die Temperatur der Wandungen derjenigen des Arbeitsdampfes nähert, um so geringer fallen dieselben aus. Den geringsten Dampfverbrauch erhält man, wenn die Ueberhitzung des Dampfes so weit getrieben wird, dass sie bis zum Ende der Expansion ausreicht – ein Ergebniss, welches, nach den Versuchen von Hirn, schon von Dwelshauvers-Déry ermittelt wurde. Die Versuchsergebnisse von Donkin sind in den nachstehenden beiden Tabellen enthalten. Tabelle I. Einfluss der Dampfmäntel. Versuchszahl Verschsbedingungen Totaler Dampfverbrauch Verhaltniss derManteloberflachezur totalenCylinderroberflache Dampfver-brauch in Kilofur 1i/Std. Ersparnissdurch denDampfmantel proStundeundPferde-kratt inProcen-ten 108 Ohne Dampf im Mantel 18,558 – – – 112 Dampf in beiden Deckeln 16,783 1,805   9,71 17,2 117 Dampf im Cylindermantel 13,653 4,935 26,55 64,9 121 Dampf in allen Mänteln 12,882 5,706 30,70 82,1 Tabelle II. Dampfverbrauch der Maschine unter verschiedenen Betriebsverhältnissen bei 4,55 at Spannung im Schieberkasten und 220 minutlichen Umdrehungen. Versuchszahl Art desBelriebes Einfach oderdoppelt wirkend Mit oder ohneCondensation Mit oder ohneUeberhitzung Fulung Mittlerer effect.Druck auf 1 qmKolbenflache Verbrauchin Kilofur 1 /Std. CalorischerNutzeffect inProcenten 66 Ohne Mantel Einfach Ohne Ohne 0,5 7,959 28,136 3,45 69 Desgl. „ „ Mit 0,5 8,571 23,097 4,20 49 „ Doppelt „ Ohne 0,5 20,664 21,178 4,58 55 „ Einfach Mit „ 0,5 11,503 30,879 4,64 52 „ Doppelt Ohne Mit 0,5 20,791 18,942 5,12 60 „ P]infach Mit „ 0,5 11,932 18,747 5,17 32 „ Doppelt „ Ohne 0,5 26,022 17,373 5,58 156 Mit erhitz-tem Oel imMantel „ „ „ 0,1875 19,780 13,088 – 35 Ohne Mantel „ „ Mit 0,5 25,712 15,272 6,35 137 Mit Mantel „ „ Ohne 0,5 30,493 13,925 6,96 121 Desgl. „ „ „ 0,1875 20,137 12,878 7,53 152 „ „ „ Mit 0,0625 12,803 9,435 10,22 Freytag.