Der Zugmesser, insbesondere der Differenz-Zugmesser und sein Wert für die Feuerungskontrolle. Von A. Dosch. Der Zugmesser, insbesondere der Differenz-Zugmesser und sein Wert für die Feuerungskontrolle. In der Abhandlung „Wert und Bestimmung des Kohlensäuregehaltes der Heizgase“ (vergl. D. p. J. 1902, 317, S. 773 u. ff. und 1903, 318, S. 26 u. ff.) waren die Vorrichtungen angegeben, die in durchaus befriedigender Weise die Kenntnis der Verbrennung zulassen und die Frage der Heizerkontrolle lösen. Trotzdem scheut noch mancher Kesselbesitzer die Kosten für die Einrichtung solcher Anlagen, da sie, wenigstens für kleinere Kessel, ja im Verhältnis zu den Anlagekosten des Kessels mit Zubehör nicht unbedeutend sind. Man war daher von jeher bestrebt, besonders für kleine, aber auch, als Ergänzung zu den selbsttätig anzeigenden Kohlensäureapparaten bei grösseren Kesseln, Einrichtungen zu schaffen, welche, wenn sie auch nicht in so einwandfreier und unzweideutiger Weise wie jene Apparate, die Vorgänge in der Feuerung anzeigen, doch für sie einigermassen Ersatz leisten, dafür aber einfacher und billiger sind. Als solche Vorrichtungen werden die Zugmesser empfohlen und zwar einerseits die gewöhnlichen Zug- oder Unterdruckmesser, andererseits die sog. Differenzzugmesser. Bei ersteren steht die eine der Messflüssigkeit, der Membran usw. mit dem Innern des Feuerraumes, die andere mit der atmosphärischen Luft in Verbindung und der Zugmesser stellt für diesen Fall den Ueberdruck der äusseren Luft gegenüber den Gasen im Feuerraume fest. Bei dem Differenzzugmesser stehen beide Messchenkel, bezw. beide Seiten der Membrane usw. mit den Heizgasen in Verbindung und zwar führt das eine Zuleitungsrohr nach dem Feuerraume, das andere nach dem Fuchs. Letzteres hat, damit sich die Aenderungen der Stellungen des Zugschiebers auf sein Inneres übertragen, vor dem Regulierschieber einzumünden. Durch diese Vorrichtung – den Differenzzugmesser – wird also der Unterschied der Zugstärken im Fuchs und im Feuerraume, welche letztere bei einem im Betrieb befindlichen Kessel im Durchschnitt etwa halb so gross ist, als erstere, angezeigt. I. Die Konstruktion der einfachen Zugmesser auch Unterdruckmesser genannt, dürfte bekannt sein;s. D. p. J. 1903, 318, S. 225. die innere Einrichtung der Differenzzugmesser ist von derjenigen der gewöhnlichen einfachen Apparate- wenig verschieden, nur dass, wie bemerkt, beide Messrohre mit dem Innern der Rauchgaszüge in Verbindung stehen. Wir wollen uns daher auf die kurze Beschreibung nur zweier derartiger Differenzzugmessapparate beschränken. Der Differenzzugmesser von Schubert, Zugometer genannt, gleicht äusserlich einem gewöhnlichen Manometer. Er besteht in der Hauptsache aus dem Gehäuse a (Fig. 1) und den an ihm befestigten Teil b. Zwischen beiden befindet sich die sehr dünne Membrane c, die durch den Teil d, der im Verein mit ihr eine Art Kapsel bildet, sowie den Stift e, welcher im Teil b befestigt ist, gehalten wird. Die Membran c überträgt nun ihre Bewegung durch die Hebelverbindung f, g, h, i auf den Zeiger k, der sich ausserhalb der Scheibe l befindet, auf der die Skala angebracht ist. Die Glasscheibe m schützt das Zeigerwerk vor Verschmutzung. In das Innere des Gehäuses a führt das Rohr n, mit Absperrhahn o, in das Innere des Teiles b das Rohr p. Ersteres steht durch ein ¼'' Rohr in Verbindung mit dem Feuerraume, letzteres mit dem Feuerzug am Ende des Kessels. Der Teil d erhält nun kleine Oeffnungen nach dem Raume r, während die Rückwand des Gehäuses a die Oeffnung q besitzt; die Membrane c ist also von der einen dem Druck im Raume r, d.h. dem im Feuerzuge am Ende des Kessels herrschenden Drucke ausgesetzt, während auf die andere ein Druck gleich demjenigen im Feuerraume ausgeübt wird. Die Membrane wird daher eine dem Druckunterschiede auf beiden Seiten entsprechende Abweichung aus der normalen Lage annehmen, die durch den Zeiger k auf der Skala angegeben wird. Textabbildung Bd. 320, S. 87 Fig. 1. Differenzzugmesser (Zugometer) von Schubert. Infolge der geringen Kräfte, welche bei der Zugmessung an Feuerungen zur Wirkung kommen, muss die Membrane äusserst empfindlich sein, um die Angaben möglichst deutlich bezw. in grossem Masstabe erkennbar zu machen. Die Angaben werden daher zu Anfang der Ingebrauchnahme wohl genau sein, d.h. mit den wirklichen Druckverhältnissen übereinstimmen, jedoch steht es nicht ausser Zweifel, ob dies auch für die Dauer der Fall sein wird. Denn wenn schon ähnliche Instrumente mit Membrane für höheren Druck bei längerem Gebrauch an Genauigkeit zu wünschen übrig lassen, so wird diese Vermutung bei einer sehr empfindlichen Membrane wohl dieselbe Berechtigung haben. Der Differenzzugmesser, System Dürr-Schultze (G. A. Schultze, Berlin), misst den zu bestimmenden Druckunterschied mittels Tauchglocke. Als Sperrflüssigkeit dient, um deren Verdunsten zu verhindern, gereinigtes Paraffinöl. Die innere Einrichtung dieses Apparates veranschaulicht Fig. 2. Textabbildung Bd. 320, S. 87 Fig. 2. Differenzzugmesser System Dürr-Schultze. In dem gusseisernen Gehäuse a befindet sich die auf Stahlspitzen ruhende und mit einem Gegengewicht ausgeglichene Glocke g. Der Hohlraum der Glocke g wird durch das Rohr r, das durch die Sperrflüssigkeit hindurchführt und in den Anschlusstutzen b gut dichtend eingeschraubt ist, mit der Leitung nach dem Fuchs bezw. nach dem Ende des Kessels verbunden. Der Raum über der Glocke steht durch ein Rohr (in der Fig. 2 nicht angegeben) mit dem Feuerraume in Verbindung. Im Innern der Glocke herrscht also ein Druck gleich demjenigen im letzten Feuerzuge, während der Druck im Gehäuse a über der Glocke dem Unterdruck im Feuerraume entspricht. Der Unterschied beider Spannungen überträgt sich auf die Glocke g und diese neigt sich um so mehr, taucht um so tiefer in die Sperrflüssigkeit ein, je grösser der Unterdruck oder die Zugstärke innerhalb, oder je kleiner er ausserhalb der Glocke wird, d.h. je grösser sich der Unterschied der Zugstärken am Ende des Kessels und im Feuerraume ergibt. Die Neigungsbewegung der Glocke wird durch Hebel auf einen Zeiger übertragen, der den jeweiligen Wert der Zugdifferenz auf einer Skala (vergl. die Aussenansicht des Apparates, Fig. 3) angibt. Die in Millimeter Wassersäule eingeteilte Skala ist so bemessen, dass Zehntel-Millimeter noch gut erkennbar sind. – Da der Mechanismus des Apparates sehr einfach ist, so ist er von grösser Widerstandsfähigkeit gegen Stoss, wird ferner dauernd anzeigen und seine Angaben werden stets konstant bleiben. Die Anbringung der beiden beschriebenen Apparate ist gleich einfach. Beide Apparate können mit einer Einrichtung versehen werden, die die jeweilige Differenzzugstärke der Zeit entsprechend aufzeichnet. Ein Instrument mit Schreibvorrichtung (System Dürr-Schultze) wird durch Fig. 3 dargestellt. Das Gehäuse erhält nach oben einen Aufsatz, in dem das Uhrwerk mit Papiertrommel und Schreibstift, der seine Bewegung durch eine Hebelübertragung von der Glocke g aus erhält, untergebracht sind. Textabbildung Bd. 320, S. 88 Fig. 3. Differenzzugmesser System Dürr-Schultze mit Schreibvorrichtung. Bezüglich aller dieser Registriereinrichtungen für Zugmessapparate möge nur bemerkt sein, dass die Diagramme, da bei ihrer Aufzeichnung nur äusserst geringe Kräfte zur Wirkung gelangen, naturgemäss nicht jede kleine Aenderung in der Differenzzugstärke bemerkbar machen können. Immerhin wird die Diagrammlinie genügen, den Verlauf der Differenzzugstärke im allgemeinen erkennen zu können. Naturgemäss kann die Aufzeichnung der Zugstärke niemals den Wert für die Feuerungskontrolle erreichen, wie ihn z.B. die Bestimmung des Kohlensäuregehaltes der Gase hat; der Grund ist vor allem der, dass die Zugstärke, sei es die gewöhnliche oder der Unterdruck, oder die Differenzzugstärke, in ziemlich hohem Masse von der Kessel- bezw. von der Rostbeanspruchung abhängt, sich auch der günstigste Wert für die Zugstärke mit dieser Beanspruchung zu ändern hat. Bei den Kohlensäureapparaten weiss man dagegen aus dem von ihnen angezeigten bestimmten Wert stets, in welcher Weise die Verbrennung erfolgt, mag nun die Kessel- bezw. Rostbeanspruchung hoch oder niedrig sein. II. Um die Einflüsse, welche auf die beiden Apparate – den gewöhnlichen und den Differenzzugmesser – während des Betriebes einwirken, festzustellen, ist es erforderlich, auf die Vorgänge im Feuerraume und in den Zügen während der Verbrennung und die daraus resultierenden Zugveränderungen kurz einzugehen. Bei beliebig eingestelltem Rauchschieber weist die Luft sowohl im Fuchs, als auch im Feuerraume einen bestimmten Ueberdruck gegenüber den in den Zügen strömenden Gasen auf, der durch den gewöhnlichen oder Unterdruckzugmesser angezeigt wird. Zwischen der Zugstärke im Fuchs und im Feuerraume besteht aber, wie bemerkt, in der Regel ein beträchtlicher Unterschied, der wie folgt, zustande kommt. Da die Gase, vom Feuerraum ausgehend, in den Zügen eine bestimmte Geschwindigkeit annehmen, so geht die Druckhöhe hierdurch herunter; andererseits erfahren die Gase aber an den Feuerzug- und Kesselwandungen einen Widerstand, der die Druckhöhe steigert; die algebraische Summe beider Aenderungen muss offenbar den Druckverlust vom Feuerraume nach dem Fuchse darstellen. Der durch zunehmende Gasgeschwindigkeit entstehende Druckhöhenverlust berechnet sich aus z_v=\psi\cdot \frac{v^2}{2\,g}\cdot \gamma, wenn bedeutet v die Gasgeschwindigkeit, γ das spezifische Gewicht der Gase f. d. cbm, g die Endbeschleunigung und ψ einen Koeffizienten, dessen Grösse für unsere Betrachtung von keinem Belang ist; doch soll angenommen werden, sie verändere sich mit der Gasgeschwindigkeit nicht. Der Verlust an Zugkraft, welcher durch Reibung an den Feuerzugwandungen entsteht, berechnet sich in ähnlicher Weise zu z_w=\psi\cdot \frac{v^2}{2\,g}\cdot \gamma\cdot k. worin ausser den genannten Grössen k einen Koeffizienten darstellt, der abhängig ist von der Länge, der Form und der Beschaffenheit der Wände der Feuerzüge; für eine bestimmte Kessel- oder Feuerungsanlage ist dieser Wert k, da ja alle auf ihn einwirkenden Momente dieselben bleiben, unveränderlich. Der gesamte Druckhöhenverlust oder die Differenz zwischen der Zugstärke zF im Fuchs und zR über dem Roste bezw. im Feuerraume beträgt daher z_D=z_F\ \ \ z_R=\psi\cdot \frac{v^2}{2\cdot g}\cdot \gamma\,(1+k) . 1) oder aber, falls die Zugstärke zR im Feuerraum gesucht ist, ergibt sich diese zu: z_R=z_P-\psi\,\frac{v^2}{2\cdot g}\cdot \gamma\cdot (1+k) . . 2) Diese beiden Gleichungen gestatten nun die Beurteilung der Wirkungsweise sowohl des gewöhnlichen Zugmessers (Gleichung 2), als auch derjenigen des Differenzzugmessers (Gleichung 1). Als Werte, welche sich mit der Güte der Verbrennung nicht oder nur wenig verändern werden, sind zu nennen die Grösse ψ, γ, g und k; auch die Zugstärke im Fuchs zF wird sich – vorausgesetzt natürlich, dass die Stellung des Zugschiebers nicht verändert wird – während des Betriebes nicht allzu sehr verändern, wenn sie auch bei anormal hohem und anormal niedrigem Kohlensäuregehalte verschiedene Werte aufweisen wird, da dann die Abgangstemperaturen der Gase verschieden sind. Immerhin muss jedoch der Unterschied im Kohlensäuregehalte sehr gross werden, um in der Zugstärke zum Ausdruck zu kommen, da ja, wenn die Verbrennung mit höherem Kohlensäuregehalte erfolgte, zwar γ einen höheren Wert aufweist, dagegen aber die Abgangstemperatur eine niedrigere ist und umgekehrt. Man kann daher die Zugstärke zF im Fuchse ohne merkbaren Fehler für eine bestimmte Rostflächenbeanspruchung als nahezu unveränderlich annehmen. Aus dem Gesagten und den Gleichungen 1) und 2) ergibt sich nun, dass sowohl die vom gewöhnlichen Zugmesser als auch die vom Differenzzugmesser angezeigten Werte im wesentlichsten von der Gasgeschwindigkeit v und, da diese selbst – bei gegebenem Zugquerschnitt – abhängig ist von der Gasmenge, von dieser beeinflusst wird. Dies geschieht in der Weise, dass der gewöhnliche Zugmesser um so kleinere Werte zeigt, je grösser die Gasmenge wird, während der Differenzzugmesser mit steigendem Gasvolumen in der Zeiteinheit auch höhere Angaben macht. In beiden Fällen kommt aber die Zusammensetzung der Gase so gut wie nicht zum Ausdruck, da zwar γ an sich betrachtet, einen gewissen Einfluss geltend machen würde, der aber dadurch wieder ganz oder teilweise aufgehoben wird, dass γ von der Temperatur abhängig ist. Die Nutzanwendung der Zugmessapparate ist nun aus dem Vorstehenden unschwer erkennbar. Wird z.B. bei einer periodisch beschickten Feuerung frischer Brennstoff aufgegeben, so wird die Zugstärke unmittelbar nach dem Schliessen der Feuertür auf einen bestimmten Wert eingestellt. Mit dem Abbrande des Brennstoffes wird die Brennschicht dünner und lockerer, also luftdurchlässiger. Dies hat zur Folge, dass eine grössere Luftmenge in die Verbrennung eintritt, diese also mit höherem Luftüberschuss erfolgt, und demgemäss auch ein grösseres Gasvolumen und damit auch eine grössere Gasgeschwindigkeit entsteht. Ist dies aber der Fall, so wird nach den Gleichungen 1) und 2) der Wert \psi\,\frac{v^2}{2\,g}\cdot \gamma\cdot (1+k), da v grösser wurde, alle anderen Grössen aber nahezu unverändert bleiben, offenbar grösser; dies hat zur Folge, dass gemäss Gleichung 2) die Angaben des gewöhnlichen Zugmessers kleiner, hingegen diejenigen des Differenzzugmessers, entsprechend der Gleichung 1), grösser werden. Beide Apparate zeigen also, wenn auch in entgegengesetzter Weise das allmählich erfolgende Abbrennen des Brennstoffes an. Gleichzeitig lassen ihre Angaben auch erkennen – wenn der betreffende Wert vorher ein für allemal festgestellt war – wann der Brennstoff soweit abgebrannt ist, dass frisch aufgeworfen werden muss; dies ist der Fall, sobald die Angabe des gewöhnlichen Zugmessers einen tiefsten, die Angabe des Differenzzugmessers dagegen einen höchsten Wert erreicht hat. Das Abnehmen der Zugstärke bezw. das Zunehmen der Differenzzuganzeige im Feuerraum wird nur ganz allmählich vor sich gehen, in dem gleichen Masse, wie der Brennstoff auf dem Roste abbrennt. Da bei gleichbleibender Zugstärke im Fuchs die für die Gewichtseinheit verbrannten Brennstoffes zutretende Luftmenge mit dünner und lockerer werdenden Brennschicht immer grösser wird, so müsste die Zugstärke vom Fuchs her, um diesen grösseren Luftüberschuss zu beseitigen bezw. zu beschränken, in dem gleichen Masse verringert werden, wie der Brennstoff abbrennt. Angaben, in welchem Masse die Zugverminderung stattfinden müsste, lassen sich allgemein nicht machen, da dies von der Art und Beschaffenheit des Brennstoffes abhängig ist und nur durch Versuch ermittelt j werden könnte. Sollte diese allmähliche Einschränkung der Zugkraft während des Abbrandes des Materials durch! den Heizer erfolgen, so würde dies für letzteren, da die Schieberverstellungen häufiger erfolgen müssten, eine ziemliche Belastung bedeuten und grösste Aufmerksamkeit erheischen. Durch zu starke Beschränkung der Zugkraft kann sich obendrein ein grösserer NachteilIndem der Luftzutritt zu sehr beschränkt wird, wird die zutretende Luftmenge ungenügend, der Druck, mit welchem die Luft an den Brennstoff tritt, wird zu klein; die Folge davon ist ungenügendes Ausbrennen der Schlacke und Bildung unverbrannter Gase. Beide Umstände haben aber Wärmeverluste im Gefolge. ergeben, als der gewonnene Vorteil durch Verringerung des Gasvolumens beträgt. Daher ist es im allgemeinen vorteilhafter, von einer Veränderung der Zugkraft während des Brennstoffabbrandes bei periodisch bedienten Feuerungen abzusehen und nur darauf zu achten, dass bei einem bestimmten niedrigsten Werte des gewöhnlichen Zugmessers bezw. bei einem höchsten Werte des Differenzzugmessers der Rost frisch beschickt wird. Wird der Rost nicht periodisch, sondern ununterbrochen beschickt, so stellen sich die Zugverhältnisse wesentlich einfacher. Da hier genau so viel Brennstoff zugeführt wird, wie abbrennt, so kann und soll die Zugkraft während des ganzen Betriebes – vorausgesetzt, dass dieser gleichmässig ist und die Stellung des Schiebers unverändert bleibt – konstant sein und zwar sowohl die gewöhnliche als auch die Differenzzugstärke. Dies folgt auch aus den Gleichungen 1) und 2), da für den in Rede stehenden Fall das in der Zeiteinheit entstehende Gasvolumen und damit auch die Gasgeschwindigkeit unverändert bleibt. Ist die Feuerung – gleichviel, ob periodisch oder ununterbrochen beschickt – eine Zeit lang im Betriebe, so bedeckt sich der Rost allmählich mit Verbrennungsrückständen; damit wächst der Widerstand für die zum Brennstoffe tretende Verbrennungsluft; die Folge davon ist allmähliche Abnahme der letzteren, also auch der Gasmenge. Würde der Heizer, in Verkennung der Ursache für die Zunahme der vom gewöhnlichen Zugmesser angezeigten Zugstärke, diese durch Drosseln mittels des Rauchschiebers auf die normale bringen wollen, so würde die zutretende Luftmenge nur noch kleiner werden, gleichzeitig würde der Druck, mit welchem die Luft an den Brennstoff gelangte, ebenfalls zurückgehen, woraus unvollkommene Verbrennung folgen würde. Richtigere Anleitung würde in diesem Falle der Differenzzugmesser bieten. Seine Angaben wurden, wenn die zutretende Luftmenge infolge von sich ansammelnden Rückständen kleiner wurde, und damit die Gasmenge zurück ging, kleiner. Nun soll aber der Differenzzugmesser, solange die Rostleistung nicht verändert wird, einen konstanten Wert aufweisen. Der Heizer ist daher durch die Angaben letztgenannten Apparates veranlasst, den Rauchschieber, wie es für diesen Fall ganz richtig zu geschehen hat, weiter aufzuziehen, bis die normale Zugdifferenz angezeigt wird. Für diesen Fall scheint also der Differenzzugmesser dem gewöhnlichen Zugmesser überlegen zu sein. Diese Ueberlegenheit ist aber in Wirklichkeit nur dann vorhanden, wenn der Heizer beim Arbeiten mit dem einfachen Zugmesser die vorhergehenden Umstände nicht beachtete. Schliesslich würde noch festzustellen sein, wie sich die beiden Zugmessapparate bei kleinerer oder grösserer Rostbeanspruchung, als der normalen, verhalten. Soll die Rostleistung abnehmen, so hat die Gasmenge kleiner zu werden. Dies geschieht, wenn bei etwas kleinerer Schichthöhe die Zugstärke zF im Fuchs verringert wird, denn damit wird auch die Zugstärke zR über dem Roste kleiner. Da gleichzeitig aber auch die Gasgeschwindigkeit abnimmt, so geht auch die Zugdifferenz zurück; man hat also auch mit etwas kleinerer Angabe des Differenzzugmessers zu arbeiten. Entgegengesetzt stellen sich die Verhältnisse für grössere Rostleistung. Hier ist der Rauchschieber weiter zu öffnen und mit etwas höherer Schichthöhe zu arbeiten. Die Zugangabe zR über dem Roste wird hierdurch ebenfalls etwas ansteigen und es ist demnach bei höherer Rostleistung mit etwas grösserer Zugstärke über dem Roste zu arbeiten. In gleicher Weise steigt auch, wenn das Gasvolumen sich vermehrt, die Gasgeschwindigkeit also zunimmt, die Angabe des Differenzzugmessers an, und es ist demnach bei Erhöhung der Rostleistung auch die Zugdifferenz zu vergrössern. Die übrige Wirkungsweise der Apparate bleibt auch bei einer Aenderung der Rostleistung genau so, wie beschrieben. Je nach dem der Rost periodisch oder ununterbrochen beschickt wird, werden die Angaben von einer Beschickung bis zur anderen sich etwas verändern – die Angaben des gewöhnlichen Zugmessers werden kleiner, diejenigen des Differenzzugmessers grösser werden –, oder während des ganzen Betriebes konstant bleiben, abgesehen allerdings von dem Einfluss der sich allmählich auf dem Roste ansammelnden Verbrennungsrückstände. Es ist nach dem Vorstehenden wohl möglich, bei einiger Aufmerksamkeit aus den Angaben beider Apparate einen Schluss auf die Vorgänge im Feuerraume zu ziehen und hieraus die Art der Verbrennung zu erkennen. Hierbei ist der Differenzzugmesser dem gewöhnlichen Unterdruckmesser zwar insoweit überlegen, als er die verhältnismässige Grösse des in den Feuerzügen strömenden Gasvolumens sicherer erkennen lässt, als der Unterdruckmesser, dagegen gestattet er einen untrüglichen Schluss auf die Zusammensetzung der Gase ebenso wenig als dieser. In einem besonderen Punkte ist sogar der gewöhnliche Zug- oder Unterdruckmesser dem Differenzzugmesser überlegen; dies ist der Fall, wenn die betreffende Feuerung mit veränderlicher Rostfläche ausgeführt ist und diese zwecks Veränderung der Rostleistung verstellt wird. Es ergibt sich dann nämlich, dass der Schieber, gleichviel ob die Rostgrösse verkleinert oder vergrössert wird, stets so einzustellen ist, dass über dem Roste die günstigste Zugstärke vorhanden ist, wobei allerdings auf möglichst gleiche Schichthöhe zu achten ist. Hierbei ist der Brennstoff stets dem gleichen Druck der Luft ausgesetzt und die Verbrennung muss daher stets gleich günstig erfolgen. (Schluss folgt.)