Die
Verwandtschaft der Expansionskraft des verbrennenden
Schießpulvers mit derjenigen eingeschlossener
Wasserdämpfe hat bald nach
Erfindung der
Dampfmaschinen
[* 2] zu dem
Versuch geführt, Wasserdämpfe zum Forttreiben von
Geschossen
aus
Flinten- und Kanonenläufen zu verwenden. 1745 (?) soll bereits eine
Dampfkanone in
London
[* 3] existiert haben. 1805 unternahm
JamesWatt derartige
Versuche, General Chasseloup machte weitere
Vorschläge,
Girard baute 1814 mehrere sechsläufige
Dampfbatterien zur
Verteidigung von
Paris,
[* 4] welche angeblich 900 Schüsse in der
Minute abgeben konnten und 1815 hinter den
Wällen
placiert wurden, ohne indes praktische Verwendung zu finden. 1823 nahm der amerikanische
Ingenieur Perkins
GirardsIdee wieder
auf und konstruierte eineDampfflinte und ein vierpfündige
Kugeln schießendes Dampfgeschütz, welches 1835 in
London,
wo der Erfinder es ausstellte, großes Aufsehen erregte. In neuerer Zeit hat
Bessemer eine Dampfschießmaschine vorgeschlagen,
aus der er in einer
Minute mehrere
Tausend Gewehrkugeln mit 380 m
Geschwindigkeit feuern wollte. Bis jetzt waren alle derartige
Versuche ohne Erfolg, weil es der
Technik noch nicht gelang,
Dampf
[* 5] von hoher
Spannung (von mindestens 100
Atmosphären)
in genügender
Menge zu entwickeln und zuzuleiten.
Jede von diesen verschiedenen
Arten der Dämpfigkeit wird von besondern
Symptomen begleitet.
BeimKehlkopfspfeifen bildet sich im
Moment
der
Inspiration ein pfeifendes
Geräusch.
Pferde, die an Lungendämpfigkeit leiden, zeigen nach der
Bewegung zuweilen Ausfluß
[* 11] von wässerigem
Schleim aus der
Nase
[* 12] (feuchter
Dampf); in andern
Fällen fehlt dieser Ausfluß (trockner
Dampf). Im ausgeruhten Zustand atmen die dämpfigen
Pferde gewöhnlich nicht beschleunigt. Bei der Lungendämpfigkeit besteht
oft ein matter und dumpfer, zuweilen auch ein scharfer
Husten.
Apparate, in welchen Wasserdampf zum Betrieb von
Dampfmaschinen oder zum Heizen,
Sieden und
Abdampfen erzeugt wird, sollen
bei gehöriger Explosionssicherheit die größtmögliche Dampfmenge mit möglichst wenig Brennmaterial
erzeugen,
Bedingungen,
deren Erfüllung von zweckmäßigem
Material, Form und
Dimensionen sowie verschiedenen Hilfsapparaten abhängig
ist. Das gebräuchlichste
Material der Dampfkessel, gewalztes
Eisenblech, wird nur ausnahmsweise (Feuerbuchsen) durch das dauerhaftere,
aber erheblich teurere
Kupfer- oder neuerdings versuchsweise durch das wegen größerer
Festigkeit
[* 14] zwar dünner anzuwendende
(Brennmaterialersparnis), aber dennoch kostspieligere und stellenweise ungleich harte Stahlblech ersetzt.
Das starke, die
Wärmeleitung
[* 15] verringernde Wandungen voraussetzende
Gußeisen darf wegen seiner
Sprödigkeit
nur zu kleinen
Kesseln und Kesselteilen verwendet werden. Die einzelnen Blechplatten werden durch Nietung (neuerdings auch
zuweilen Schweißung) verbunden. Obgleich die Wärmeausnutzung möglichst dünne Wandungen wünschenswert macht, so muß
ihre
Dicke doch so groß sein, daß sie dem zuweilen sehr bedeutenden Dampfdruck (bis 10
Atmosphären)
mit Sicherheit
Widerstand leisten. Die
Stärke
[* 16] der
Wände ist bei gegebenem
Material abhängig von Form und
Dimensionen des
Kessels
sowie von der
Höhe des Dampfdrucks.
Zu jedem Dampfkessel gehört eine
Feuerungsanlage, bestehend aus Feuerraum
(Herd) und den
Feuer- oder
Rauchkanälen, in welchen die Feuergase
um den
Kessel herumziehen, um dann in den
Schornstein oder die
Esse zu gelangen. (Nur in den
Fällen, wo
man die abziehenden Verbrennungsgase eines
Ofens, z. B. des Puddelofens, zur Dampfkesselfeuerung benutzt, ist ein besonderer
Feuerraum am
Kessel nicht vorhanden.) Die
Feuerungsanlage eines Dampfkessels muß so beschaffen sein, daß eine möglichst
vollkommene
Verbrennung des Brennmaterials
(Holz,
[* 17]
Kohle,
Torf,
Stroh oder
Gas) herbeigeführt wird; es muß
daher dafür gesorgt sein, daß die nötige Luftmenge in den Feuerraum einströmt, um das Brennmaterial möglichst vollständig
in die Endprodukte der
Verbrennung, d. h. in
Kohlensäure und Wasserdampf, überzuführen.
Durchschnittlich sind für 1 kg
Holz oder
Torf 10 kg = 7,7cbm, für 1 kg
Braunkohle 12 kg = 9,2cbm, für 1 kg
Steinkohle 22 kg = 17,0cbm und für 1 kg
Holzkohle oder
Koks 24 kg = 18,5cbmLuft erforderlich. Über die zweckmäßigen
Formen
und
Details der Dampfkesselfeuerungen s.
Feuerungsanlagen.
[* 18] Ebenso wichtig wie die Erzeugung einer möglichst
großen Wärmemenge aus dem Brennmaterial ist auch die möglichst vollkommene
Abgabe dieser
Wärme
[* 19] an das im D. vorhandene
Wasser, welche nur durch eine gehörig große
Heizfläche zu erreichen ist.
Heizfläche heißt der von den Feuergasen bestrichene Teil der Kesseloberfläche, und zwar unterscheidet man dabei die
direkte
Heizfläche, d. h. diejenige, welche die Umgebung des Feuerraums bildet
und von der strahlenden
Wärme des
Feuers getroffen wird, von der indirekten
Heizfläche, welche ihre
Wärme nur durch die Berührung
mit den Feuergasen erhält (1 qm der ersten wirkt auf die Wasserverdampfung
ca. dreimal so stark als 1 qm der letztern). Es
können bei Anwendung mittelguter
Steinkohle pro QMeter
Heizfläche 15-20 kg
Wasser stündlich verdampft
werden, jedoch ist es für die Wärmeausnutzung besser, pro QMeter eine geringere stündliche
Verdampfung anzunehmen (etwa
nur 10-15 kg pro QMeter
Heizfläche), also die
Heizfläche des
Kessels etwas größer zu machen, als für die erforderliche
Dampfmenge unumgänglich nötig ist.Speziell bei Dampfkesseln für
Dampfmaschinen rechnet man durchschnittlich
pro
Pferdekraft 1,5 qm
Heizfläche. Nach der
Größe der
Heizfläche bemißt man die
¶
mehr
Größe des Verbrennungsrostes; man rechnet auf 1 qm Heizfläche 0,08-0,05 qm Rostfläche (totale Rostfläche), wobei
die Summe sämtlicher Spalten des Rostes (freie Rostfläche) ca. 0,01 qm betragen soll. Von außerordentlicher Wichtigkeit für
die gute Wirkung der Heizfläche ist außer ihrer Größe noch die gegenseitige Anordnung des Wasser- und Feuergasstroms. In
dieser Hinsicht unterscheidet man nach Redtenbacher Nichtstromkessel, Parallelstromkessel und Gegenstromkessel, je nachdem das
Wasser im Kessel keine Strömung in der Längsrichtung der Heizkanäle besitzt oder die Strömung des Wassers mit derjenigen
der Verbrennungsgase gleiche oder entgegengesetzte Richtung hat.
Die letztere Anordnung ist die wirksamste, weil dabei wegen der an den einzelnen Stellen der Heizfläche
herrschenden verhältnismäßig großen Temperaturdifferenzen zwischen dem Kesselwasser und den Feuergasen eine beschleunigte
Wärmeaufnahme stattfindet. Endlich ist bei der Heizfläche noch auf ihre innere (Wasserseite) und äußere (Feuerseite) Reinheit
zu sehen, weil durch außen anhaftenden Ruß und innen angesetzten Kesselstein nicht nur die Wärmeleitungsfähigkeit verringert,
sondern auch leicht eine allmähliche Zerstörung des Eisens herbeigeführt wird.
Die Leistung eines Kessels drückt man durch seine Verdampfungsfähigkeit (Verdampfung) aus, indem man angibt, wieviel KilogrammeDampf durch Verbrennung von 1 kg mittelguter Steinkohle in ihm erhalten werden (man spricht z. B. bei einem Dampfkessel von
einer sechsfachen Verdampfung, wenn in ihm 1 kg Kohle 6 kg Dampf erzeugt). Bei gut angelegten Kesseln erhält
man als Mittel eine sechs- bis siebenfache Verdampfung, während der Theorie nach mit 1 kg Kohle etwa 10-12 kg Wasser verdampft
werden könnten.
Man unterscheidet der Lage nach horizontale (liegende) und vertikale (stehende) Dampfkessel. Eine andre Unterscheidungsart ist die
in stationäre (feste) und lokomobile (bewegliche) Kessel; die stationären Kessel sind meist mit gemauerten Feuerungsanlagen
umgeben und haben eine Heizfläche von normaler Größe, während die lokomobilen Kessel nicht eingemauert sind und vielfach
eine anormal geringe Heizfläche bekommen müssen (die Kessel der Lokomotiven haben pro Pferdekraft nur ca. 0,34 qm Heizfläche),
weil sie sonst für die Beweglichkeit zu schwer würden.
Die wichtigsten Formen der horizontalen Dampfkessel sind folgende:
1) Der WattscheWagen- oder Kofferkessel
[* 20]
(Fig. 1), bei welchem das Feuer an der Unterfläche A hin und dann noch einmal an den
Seiten
B CD um den ganzen Kessel herumgeht, nutzt das Brennmaterial ganz gut aus, ist jedoch den modernen
großen Dampfspannungen gegenüber nicht widerstandsfähig genug, weshalb er nicht mehr ausgeführt wird und nur noch historisches
Interesse hat. Da cylindrische und kugelförmige Gefäße einem innern Druck am besten Widerstand leisten, so gibt man jetzt
allen Dampfkesseln Formen, welche möglichst aus Cylinder- und Kugelflächen zusammengesetzt sind.
2) Der Cylinderkessel (Walzenkessel), in
[* 20]
Fig. 2 dargestellt, wird meist liegend, aber auch
stehend ausgeführt (z. B. in Puddelwerken) und bekommt im Maximum 1,33 m Durchmesser bei einer Länge von 5-7 m, wobei er etwa
für eine achtpferdige Dampfmaschine
[* 21] genügenden Dampf liefert.
3) Die Rauch- oder Flammrohrkessel. Das Bestreben, die Heizfläche des Kessels zu vergrößern, führte zur
Anwendung von Rauch- oder Flammrohren im Kessel, einem oder zwei weiten cylindrischen, den Kessel der Länge nach durchziehenden
Rohren, durch welche die Feuergase streichen. Verschiedene Arten derselben sind: a) Der Dampfkessel mit einem oder zwei Flammrohren
und Unterfeuerung, daran kenntlich, daß die Feuerung vorn unter dem Kessel liegt und die Heizgase zunächst
unter dem Kessel entlang, dann erst durch die Flammrohre ziehen.
[* 20]
Fig. 3 und 4 auf Tafel »Dampfkessel I« zeigen
einen Zweiflammrohrkessel mit Unterfeuerung. A Kessel, B Flammrohre, C Mauerwerk, D Rost, E Feuerthür, F Aschenfall, K
Luftzuführungskanal, dessen heiße Wände die Luft vor dem Eintritt ins Feuer zum Zweck besserer Verbrennung erwärmen, H der
von der Feuerluft zuerst durchzogene Kanal
[* 22] unter dem Kessel, BB die nach diesem durchstrichenen Rauchrohre, JJ die letztgetroffenen
Kanäle zu beiden Seiten des Kessels. b) Dampfkessel mit einem oder zwei Flammrohren und Innenfeuerung.
Häufig bringt man bei den Flammrohrkesseln die Feuerung im Innern der Flammrohre an (Innenfeuerung) und nennt sie dann Cornwallkessel,
wenn sie nur ein Flammrohr, Lancashirekessel (Fairbairnkessel), wenn sie deren zwei besitzen.
[* 20]
Fig. 5 ein Cornwall-Kessel. Das
Flammrohr eines solchen darf nicht unter 0,8 m Durchmesser haben. Die Heizgase durchziehen zunächst das
RohrA von vorn nach hinten, gehen danach auf den beiden Seiten des Kessels in den Kanälen B B wieder nach vorn und endlich,
in C wieder vereinigt, zum zweitenmal nach hinten in den Schornstein. c) Flammrohrkessel mit Vorfeuerung, von denen mit Innenfeuerung
nur dadurch unterschieden, daß sich das Feuer nicht in dem Flamm-