1885

zeugt wird, eine Eigenschaft, die dem Kessel in keiner Weise als Verdienst angerechnet werden kann. Denn durch die nutzlos vergeudete Wärme wird der Wirkungsgrad der Kesselanlage, durch die Feuchtigkeit des in den Cylinder eintretenden Dampfes der Arbeitsprocess der Maschine selbst verschlechtert, letzteres, indem der nachteilige Einfluss der Cylinderwände verstärkt und die Auspuffwärme vergröfsert wird. Berücksichtigt man ferner, dass dieser Feuchtigkeitsgrad durch den in der Leitung condensirten Dampf noch gesteigert werden kann, und nimmt man dazu die praktischen Unzuträglichkeiten, welche mit dem Vorhandensein gröfserer Wassermengen im Cylinder verbunden sind, so erklärt sich das Bestreben einsichtiger Ingenieure, den Dampf zuvor mit allen Mitteln vom beigemengten Wasser zu befreien, ihn zu trocknen durch Anordnung von Wasserabscheidern und Condensationstöpfen oder durch Drosselung unmittelbar vor seinem Eintritt in die Maschine.

Diese Andeutungen dürften genügen, um die Wichtigkeit der Wassergehaltsbestimmung nachzuweisen. In Erkenntnis dessen hat man sich schon vielfach bemüht, hierzu dienliche Apparate zu construiren und Methoden zu ersinnen, und so möchte nachfolgende Skizze als ein Versuch gelten, über die Resultate dieser Bestrebungen im Zusammenhange zu berichten.

Was die Sache hauptsächlich erschwert, ist der Umstand, dass wir uns von der molekularen Beschaffenheit des Dampfes nicht wohl durch directe Beobachtung überzeugen können, dass wir folglich gezwungen sind, Hypothesen zu Hilfe zu nehmen und auf diesem unsicheren Grunde tastend weiterzubauen.

Man hat die Aufgabe von zwei Seiten in Angriff genommen; demgemäfs haben wir entweder physikalische oder chemische Methoden.

1. Physikalische Methoden.

Der Boden, worauf diese erwachsen sind, ist naturgemäss die angewandte Wärmetheorie.

Am klarsten zeigt sich dies bei der zunächst zu besprechenden calorimetrischen Gruppe, indem Hirn, der geniale Begründer der neueren Untersuchungsmethode der Dampfmaschinen, nebst seinen Genossen Hallauer, Leloutre u. a., auch auf dem Gebiete der Wassergehalts bestimmung die ersten praktischen Erfolge erzielt hat. Dabei ist das Hirn'sche Verfahren, obgleich in seinen Grundzügen schon vor 25 Jahren festgestellt, wohl heute noch dasjenige, welches am häufigsten Anwendung findet.

Es beruht auf der Anschauung, dass die vom Dampfe übergerissenen Wasserteilchen in Form von feinen Tropfen oder Bläschen (»eau en poussière«) in jenem schwebend sich verbreiten, so dass beide eine innige Mischung von gleichartiger Zusammensetzung bilden. Wenn dem so ist, dann genügt es, an einer passenden Stelle der Dampfleitung durch Anzapfen derselben eine Probe zu entnehmen und diese auf ihren Wassergehalt zu prüfen. Das Experiment wird nach Hirn auf folgende Weise ausgeführt:1)

An die Hauptleitung wird eine verschliefsbare Zweigröhre angesetzt, welche in eine Spirale mit brausenförmiger Mündung endigt. Aus dieser lässt man den Dampf in ein Gefäfs mit kaltem Wasser einströmen und daselbst sich niederschlagen. Misst man nun die Gewichtszunahme sowie die Temperaturerhöhung des Wassers im Gefäfs, so lernt man die Wärmemenge kennen, welche eine bestimmte Menge feuchten Dampfes bei ihrer Condensation abgegeben hat, und daraus ermittelt sich leicht der Feuchtigkeitsgrad desselben.

Der Gang der Rechnung ist kurz folgender:
Bezeichnet

M+m das Gewicht des Probedampfes, bestehend aus einem Gemisch von Mkg trockenen gesättigten Dampfes und mkg Wasser,

t die Dampftemperatur,

1) G. A. Hirn, Lettre à M. Scheurer-Kestner sur les méthodes propres à déterminer la quantité d'eau entraînée par la vapeur. Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse 1869, S. 543 ff. Hallauer, sur l'application de la méthode de M. Hirn. Bulletin 1873, S. 257 ff.

Die Gleichung für m gilt nur bis zum Grenzwert m = 0), welcher auf reinen gesättigten Dampf hinweist.

Um von vornherein sicher zu sein, dass man es nicht mit überhitztem Dampfe zu thun hat, empfiehlt es sich, nicht nur die Temperatur, sondern zugleich die Spannung des Dampfes in der Leitung zu messen.

Nach dieser an sich höchst einfachen Methode hat Hirn selbst von 1859 an und später Hallauer in Mülhausen und Umgegend eine Anzahl von Kesseln verschiedener Construction untersucht und den Wassergehalt des Dampfes meist zu 2 bis 5 pCt., bei jedem einzelnen ziemlich wechselnd, gefunden.

Schon diese Experimentatoren aber haben darauf aufmerksam gemacht und jeder, der sich mit der Sache praktisch befasst hat, wird es bestätigen dass alle Messungen mit der gröfsten Vorsicht und Genauigkeit ausgeführt werden müssen, wenn das Resultat brauchbar werden soll. Die Wassermenge im Gefäßse darf nicht zu gering sein (nach den Elsässern ist sie passend = 30 bis 501), die Wägungen und insbesondere die Temperaturablesungen (auf mindestens 1/100) müssen mit peinlicher Sorgfalt gemacht werden. Hallauer benutzte hierzu ein nach Angaben von Hirn eigens construirtes Luftthermometer, das zwar sehr genaue Messungen gestattet, jedoch etwas umständlich zu handhaben ist. 1)

Weitere Fehlerquellen entspringen aus den Verlusten durch Wärmeleitung und Strahlung sowie aus der Aufnahme von Wärme seitens der Röhren- und Gefälswände; man hat sie durch nachträgliche Correctionen mit Rücksicht auf die Wärmecapacität dieser metallischen Körper unschädlich zu machen, wenn man sich nicht damit begnügen will, die Endtemperatur tą um ebensoviel über der Lufttemperatur zu halten, als die Anfangstemperatur ti darunter liegt.

Auf diese Weise wird das Arbeiten nach der Methode Hirn ziemlich mühsam. Um dem abzuhelfen, hat Linde einen continuirlichen Messapparat von folgender Construction hergestellt. 1)

Der Apparat ist der Hauptsache nach ein Oberflächencondensator, welchen der Dampf in einer kupfernen Spirale von oben nach unten, das Kühlwasser im umgebenden Blechcylinder von unten nach oben durchströmt. Der condensirte Dampf wird in einem untergestellten Gefäfs aufgefangen, Gewicht und Temperatur des niedergeschlagenen Wassers von einem bestimmten Zeitpunkte an, in welchem Beharrungszustand eingetreten ist, gemessen. Bestimmt man noch Menge und Temperaturerhöhung des in der gleichen Zeit durchgelaufenen Kühlwassers, so hat man alle Gröfsen zur calorimetrischen Berechnung; es findet sich für die Wassermenge eine ähnliche Formel wie nach Hirn. Der Unterschied besteht einzig darin, dass sich bei Linde Condensations- und Kühlwasser nicht mehr vermischen und verschiedene Endtemperaturen haben.

den

Dieses einfache und bequeme Verfahren gestattet, mittleren Wassergehalt für eine längere Betriebsdauer zu ermitteln. Eine allzugrofse Genauigkeit wird man nicht erwarten dürfen, wenn der Apparat den Bedürfnissen der Praxis gemäss eingerichtet wird.

Dies bestätigen die von Linde bei Untersuchung einer Kesselanlage der Spinnerei Pfersee bei Augsburg gewonnenen Resultate, welche ganz oder nahezu trockenen Dampf ergaben, während auf anderem Wege (aus dem Condensationsprocesse der Dampfmaschine) etwa 7 bis 8 pCt. Wasser gefunden wurden.

Wie schon angedeutet, schliefsen Beobachtungen der ersten Art die Möglichkeit nicht aus, dass der Dampf thatsächlich feuchter ist als dieselben angeben. Vor allem wird es sehr darauf ankommen, an welcher Stelle die Abzweigung gemacht worden ist; denn die Wasserteilchen, so lange sie überhaupt in der Mischung schweben, werden infolge ihres grösseren Gewichtes das Bestreben haben, sich im unteren Teile, bei Krümmungen im äufseren Teile des Leitungsrohres zu sammeln. Es muss also, ähnlich wie bei Wassermessungen an Flüssen, der Apparat innerhalb einer möglichst normalen Strecke angesetzt werden, und selbst hier bürgt niemand dafür, dass sich nicht ein Teil des übergerissenen Wassers mit dem Condensationswasser als dichter Niederschlag an den Wänden der Rohrleitung fortbewege und so der Messung sich entziehe. Die letztberührten Missstände lassen sich nur dadurch umgehen, dass man die ganze vom Kessel gelieferte Dampfmenge condensirt, wie wir dies in der Praxis ja bei jeder Condensationsmaschine ausführen. Wir finden diesen Gedanken gleichfalls durch Hirn 2), allerdings nicht genau in der nachstehenden Form, ausgesprochen.

Nehmen wir etwa eine Maschine mit Einspritzcondensation und Dampfmantel an, so wird ein Teil der im Kesseldampf enthaltenen Wärme durch Niederschläge in der Leitung und im Mantel, durch Leitung und Strahlung nach aufsen und unter Umständen durch Dampfverluste an undichten Stellen verloren gehen, ein weiterer Teil wird in Arbeit umgesetzt, der Rest muss sich mit der vom Einspritzwasser mitgebrachten Wärme im Condensator wiederfinden. Um nun die Wärmegleichung aufzustellen, bezeichnen wir, auf den einfachen Hub berechnet, mit

AL; den Wärmewert der indicirten Arbeit in Calorien,
S = M + m den Verbrauch an Speisewasser, wovon Mkg
als Dampf, mks als Wasser übergehen,

m1 das mit t10° aus der Luftpumpe ausgeworfene Wasser in 1 oder kg, ähnlich durch

0

ma das mit too in den Condensator eingespritzte Wasser, ma das Condensirwasser aus Leitung und Dampfmantel, dessen Temperatur wir der Temperatur t des Kesseldampfes einführen.

1) Bericht über die 5. Versammlung des Verbandes der Dampfkessel-Ueberwachungsvereine; München 1877, S. 43.

Heimpel, Methoden zur Bestimmung des Wassergehaltes. Bayer. Industrie- und Gewerbeblatt 1878, S. 250.

2) Bulletin de Muhouse 1869, S. 547 ff.

deutscher Ingenieure.

Alle hierin vorkommenden Gröfsen sind leicht experimentell zu bestimmen, mit Ausnahme der Wärmeverluste V, welche Hirn vernachlässigt. Die Verluste durch Leitung und Strahlung am Cylinder lassen sich allenfalls noch schätzen, indem man die Maschine mit gefülltem Mantel eine Zeit lang stehen lässt und das in demselben sich condensirende Wasser misst. Die Wärmeverluste am Condensator und durch Undichtheiten werden damit allerdings nicht berücksichtigt.

Da aber die verlorene Wärme erfahrungsgemäls einen starken Bruchteil der in Arbeit verwandelten Wärme ausmachen kann, so wird durch solche Ungenauigkeiten die Brauchbarkeit der an sich vortrefflichen Methode leider ziemlich beeinträchtigt.

2. Mai 1885.

Auf diesem leicht verständlichen Gedanken beruhen die älteren Apparate von Guzzi und von Knight, der neuere von Cario.

Bei den beiden erstgenannten ist das Messgefäls ein kupferner Ballon, der in einen mit der Dampfleitung in Verbindung stehenden Behälter eingesetzt und nach der Füllung zum Zwecke der Abwägung herausgenommen wird.

Nach der Construction von Guzzi1) ist jener Behälter an ein von der Hauptleitung ausgehendes Zweigrohr angesetzt, während Knight2) richtiger den Apparat in dieselbe einschaltet. In Fig. 1 ist der letztere skizzirt. a ist die Kammer mit dem Ballon b, welcher durch die von aufsen

stellbaren Hähne h und h1 geöffnet und geschlossen werden kann; aufserdem ist daran ein gleichfalls von aufsen zu regelndes Hähnchen für das Condensationswasser angebracht. Die Ein- und Ausströmungsöffnungen stehen in der Achse der Hauptleitung; v, v1 und va sind die Niederschraubventile, deren Stellung die Richtung des Dampfstromes regelt. Während der Füllung sind alle Ventile und Hähne mit Ausnahme von v offen; nachdem diese beendet, wird die Leitung durch v1 und v2 vom Apparat abgesperrt, v geöffnet und das zuvor geschlossene Gefäfs b herausgenommen.

Weniger vollkommen scheint die Verrichtung nach Guzzi, wo der Ballon vor dem Füllen durch ins Freie strömenden Dampf ausgeblasen werden muss. Indes sind mir über keinen der beiden Apparate praktische Erfahrungen bekannt. Dasselbe muss ich leider auch von dem folgenden, neuerdings durch Cario3) vorgeschlagenen Verfahren bekennen.

Das Messgefäls b (Fig. 2), welches mit einem durch das Röhrchen heizbaren Mantel a umgeben ist, wird seitlich an die Dampfleitung angeschraubt. Während der Füllung

Fig: 2.

ist der äussere Hahn h wenig geöffnet; nachher wird der Cylinder auf beiden Seiten geschlossen und eine Vorlage c angesetzt. Die Heizung des Mantels dauert fort, während die Vorlage in ein Gefäls mit Eiswasser eingebracht wird. Oeffnet man jetzt h, so soll durch die vom Heizmantel nach innen dringende Wärme zunächst alles im Dampf enthaltene Wasser verdampft werden, weiterhin soll infolge der starken Abkühlung von c der gesammte Dampf nach und nach in der Vorlage sich niederschlagen. Nimmt man dieselbe ab, so soll die Wägung des Condensationswassers das Gewicht (M+m) der Mischung geben.

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Man sieht, diese Methode beruht auf der Annahme, dass es möglich sei, allen in das Gefäfs b eintretenden Dampf in die Vorlage c herüberzubekommen. Dies kann aber schon darum nicht gelingen, weil die Vorlage von Anfang an Luft eingeschlossen enthält. Die Pressung in diesem Raume wird infolge des Mischungsvorganges, der nach Oeffnung des Hahnes h stattfindet, zunächst wachsen, dann aber nach Massgabe der eintretenden Condensation bis in die Nähe der atmosphärischen Pressung allmählich abnehmen. Nachdem der Druck in b gleich demjenigen in c geworden ist, wird überhaupt kein Dampf mehr übergehen. Doch selbst wenn die Vorlage anfänglich luftleer wäre, dürfte es niemals möglich sein, die Grenze zu erreichen, an welcher in beiden Räumen Pressung und Temperatur = Null geworden sind, weil auf der einen Seite immer weiter geheizt wird, während auf der anderen die Abkühlungsfläche mehr und mehr abnimmt.

Einen Fortschritt wird man daher das Cario'sche Verfahren nicht nennen können.

Dagegen sehen wir einen neuen Gedanken bei der folgenden Gruppe aufgenommen, welche wir als diejenige der Ueberhitzungsmethoden bezeichnen können.

Denkt man sich eine bestimmte Gewichtsmenge feuchten Dampfes in einen Cylinder eingeschlossen, worin ein dichtschliefsender Kolben sich verschieben lässt, so kann man es durch entsprechende Regelung der Wärmezufuhr dahin bringen, dass, während der Kolben nach aufsen bewegt wird, das Wasser im Innern bei constanter Temperatur verdampft. So lange die Mischung noch Wasser enthält, wird der Dampf gesättigt und also auch die Pressung constant bleiben; treibt man jedoch die Erwärmung und Volumenvergrösserung noch weiter, so muss der trockene Dampf überhitzt werden; das Zeichen davon ist, dass nun die Pressung abnimmt.

Angenommen, es seien (M + m)kg feuchten Dampfes in den Apparat eingetreten, y sei die anfängliche specifische Dampfmenge. Ist weiter allgemein w das specifische Volumen des Wassers, w+4 dasselbe für reinen gesättigten Dampf von gleicher Pressung und Temperatur, so hat man das Volumen der Mischung im Augenblicke, da die Ueberhitzung beginnt: V= (M+m) (w+4),

In Worten besagt dieses Ergebnis: der anfängliche Feuchtigkeitsgrad ist der Volumenzunahme bis zum Sättigungspunkte direct proportional.

Hiernach ist der von Brocq1) angegebene Apparat (Fig. 3) eingerichtet. Derselbe besteht aus einem den Heizraum bildenden Gehäuse b, welches den Bronzecylinder a mit dem Kolben k enthält und bei ƒ und fi in die Dampfleitung eingefügt wird. Die Absperrschieber c und c werden durch Drehung eines Griffes, dessen Stange durch eine Stopfbüchse in der Wand des Gehäuses hindurchgeht, vermittels eines Hebelmechanismus gleichzeitig geöffnet und geschlossen. Letzteres geschieht vor Beginn des Experimentes, nachdem

1) Revue industrielle 1881, S. 334; Dingler's Journal 1881, Bd. 242, S. 317; W. 1882, S. 61.