Von
Daw in
Cleveland in
Nordamerika
[* 2] ist eine neue Dampfturbine konstruiert worden, welche sich
von der Dampfturbine von Parson (vgl.
Dampfmaschine,
[* 3] Bd. 17, S. 205) hauptsächlich dadurch unterscheidet,
daß der auf die
Schaufeln wirkende
Dampf
[* 4] nicht in der
Richtung parallel der Wellenachse, sondern senkrecht dazu, von der Mitte
nach dem
Umfang der Schaufelräder sich bewegt.
eine Kraftmaschine, die mit gespanntem Wasserdampf betrieben
wird. Derjenige Teil, welcher zunächst die Kraft
[* 7] des in einem Dampfkessel
[* 8] erzeugten gespannten Dampfes
aufnimmt, ist der Dampfkolben, ein Kolben, welcher sich in einem cylindrischen Raum (Dampfcylinder) dicht anschließend hin
und her bewegen läßt. Der Dampf kann auf zweierlei Arten zur Wirkung gebracht werden. Läßt man nämlich in den Cylinder von
einer Seite Dampf von einer höhern Spannung als der der umgebenden Luft treten, während die andre Seite
mit der Atmosphäre kommuniziert, so wird der Kolben von dem Dampfe vorwärts bewegt, es wirkt also der Dampf in diesem Fall durch
direkten Druck.
Sperrt man dagegen den Dampf ab, sobald der Kolben das Ende des Cylinders erreicht hat, und kühlt man den
nunmehr mit Dampf gefüllten Cylinder mit Hilfe von kaltem Wasser ab, so kondensiert sich der Dampf zu Wasser, und da dies einen
bedeutend kleinern Raum einnimmt als der Dampf, so wird der übrige Raum nahezu leer sein. Daher wird von dieser Seite auf den
Kolben gar kein Druck ausgeübt werden, während auf der andern Seite der Druck der atmosphärischen Luft
herrscht. Dadurch wird der Kolben wieder zurückgetrieben. Hierbei wirkt der Dampf also nicht direkt, sondern durch Erzeugung
eines Vakuums. Bei den modernen Dampfmaschinen
[* 9] ist entweder die erstere Wirkungsart (durch direkten Dampfdruck) oder beide
(direkter Dampfdruck und Erzeugung eines Vakuums durch Kondensation) im Gebrauch, während man von der zweiten
ohne die erste jetzt keine Verwendung mehr macht.
Die erste wirklich praktische Dampfmaschine ist von JamesWatt erfunden worden. Watt wandte Dampf von geringer Spannung (1-1½ Atmosphäre
Totaldruck) an, weshalb man diese Art MaschinenWattscheNiederdruckmaschinen nennt. Eine solche
[* 5]
(Fig. 1)
diene, als Vorbild aller modernen Dampfmaschinen, zur Erläuterung des Prinzips der H ist der gußeiserne, zum Schutz gegen
Abkühlung mit einem zweiten Cylinder (Mantel) umgebene Dampfcylinder, in welchem der Kolben (Dampfkolben) Z dicht anschließend
beweglich ist. Die zweckmäßige Dampfverteilung über, resp. unter dem Kolben wird durch die Steuerung
herbeigeführt wie folgt. Am Boden und am Deckel des Cylinders sind die Dampf-
kanäle 1 und 2 angegossen, welche zu dem cylindrischen Steuerkasten I führen, der durch das Rohr q vom Kessel aus mit Dampf
gespeist wird. In dem Steuerkasten befindet sich ein röhrenförmiger, hohler Schieber AB, welcher die Verteilung des Dampfes
bewerkstelligt. Er besitzt nämlich zwei Vorsprünge A und B, welche die Öffnungen des Cylinders gerade
vollständig bedecken können und bald über, bald unter denselben befindlich sind. Die Bewegung des Schiebers wird von außen
durch eine damit in Verbindung stehende Stange vom Kopf z mittels des auf der Schwungradwelle sitzenden Exzentriks S, der Exzenterstange
Sp, des (in der
[* 10]
Figur halb verdeckten) Winkelhebels po' und einer (in der
[* 10]
Figur unsichtbaren) nach z aufwärts
führenden Stange geleitet.
In der
[* 10]
Figur geht eben der Dampfkolben nach oben; der Dampf, welcher im Steuerkasten die Schieberröhre von außen ganz umspült,
strömt durch den Kanal
[* 11] 2 fortwährend ein und drückt den Kolben aufwärts. Der Dampf über dem Kolben strömt
oben in den Steuerkasten ein und durch den hohlen Schieber und das Rohr q' in den Kondensator
[* 12] K, wo er durch das eingespritzte
Wasser momentan verdichtet und dadurch fast vollständig aus dem obern Teil des Treibcylinders herausgezogen wird, so
daß der Kolben durch den gegen seine untere Seite wirkenden Überdruck des Dampfes nach oben getrieben wird.
Ist der Kolben am Cylinderdeckel angelangt, so hat sich der Schieber aus seiner untersten Lage so weit nach oben bewegt, daß
die Fläche A über der obern, B über der untern Einlaßöffnung des Cylinders steht, so daß jetzt der Kesseldampf in den
obern Cylinderteil strömt und den Kolben niederdrückt, während zugleich der unterhalb des Kolbens in
den Kondensator tretende Dampf sich verdichtet und ein Vakuum bildet. Ist der Kolben am untern Boden des Cylinders angelangt, so
wechselt der Schieber abermals seine Stellung, so daß der Kolben wieder nach oben getrieben wird.
Um denGang
[* 24] der Dampfmaschine trotz eines veränderlichen Widerstandes oder ungleichmäßiger Dampfproduktion möglichst gleichmäßig
zu machen, wie das zum Betrieb vieler Etablissements, z. B. von Spinnereien,
nötig ist, macht man die Zuströmung des Dampfes automatisch veränderlich. Man bringt nämlich in der Dampfröhre vor ihrer
Einmündung in den Steuerkasten bei q eine Klappe an, eine sogen. Drosselklappe
[* 25] (ähnlich einer Ofenklappe), welche je nach
ihrer Stellung den Querschnitt der Dampfröhre mehr oder weniger verengert.
Die Stellung dieser Klappe ist nun in folgender Weise von der Geschwindigkeit, mit der sich das Schwungrad dreht, abhängig gemacht.
Von der Schwungradwelle geht eine endlose Schnur STR um ein Rad R und setzt dieses in Umdrehung. Dieses Rad greift vermittelst
einer konischen Zahnung in ein konisches Rad der WelleNN ein. Es wird also auch diese Welle in eine entsprechende
Umdrehung versetzt. An den Punkten g und g' sind die Zapfen
[* 26] zweier Stangen gh und g'h', an deren Endpunkten zwei massive Kugeln
l befestigt sind.
Bei der Umdrehung der WelleNN werden auch die Kugeln l in Umdrehung versetzt; infolge der Zentrifugalkraft
[* 27] suchen sie sich aber von der WelleNN zu entfernen und um die Punkte g und g' aufwärts zu bewegen. Dem entsprechend wird auch
durch Vermittelung der bei h und h' angreifenden Stangen der auf der Welle gleitende Ring k und das in einer Rille
des letztern liegende Ende des Winkelhebers klm gehoben werden. Die Bewegung des Winkelhebels klm wird durch die Stange mn,
einen zweiten Winkelhebel oy und eine aufwärts führende Stange so auf die Drosselklappe q übertragen, daß dieselbe den Dampfrohrquerschnitt
unter sein mittleres Maß verengert, also verhältnismäßig wenig Dampf zuströmen läßt, sobald die
Dampfmaschine zu schnell läuft, dagegen die Durchgangsöffnung größer macht, also mehr Dampf zutreten läßt, sobald die Dampfmaschine ins Schleppen
gerät.
Die modernen Dampfmaschinen weichen von den Wattschen in der Konstruktion vielfach ab. Zunächst ist die ganze Anordnung der
Maschine
[* 28] eine andre
[* 10]
(Fig. 2 zeigt das Schema einer gewöhnlichen modernen Dampfmaschine), indem der Balancier fast
immer fortfällt und die Bleuelstange qpz sich mit einem Gelenk direkt an das Ende der durch die Stopfbüchse s geführten Kolbenstange
k anschließt. Auch erfolgt die Geradführung dieses letztern nicht mehr durch gelenkig verbundene Stangen (Gelenkgeradführung),
sondern durch das zwischen den Gleitschienen gg hin- und hergleitende Querhaupt (Kreuzkopf)
[* 29] q. Die Stellung
des Dampfcylinders ist oftmals noch eine vertikale, wie bei Watt, meistens jedoch eine horizontale, weil dadurch die an Stabilität
gewinnt. Die Steuerungen der Dampfmaschine sind ungemein mannigfaltig. Die gewöhnlichste von ihnen hat als Dampfverteilungsorgan
den sogen.
¶
mehr
Muschelschieber (S), der in dem Schieberkasten D über den Dampfkanälen α, β und γ hin- und hergleitet. Er erhält seine
Bewegung von dem auf der Schwungradwelle W sitzenden, um 90° gegen die Kurbel K' verstellten Exzentrik
[* 31] E mittels der Exzenterstange
oe und der durch die Stopfbüchse s' geführten Schieberstange r. Befindet sich daher der KolbenK in der
Mitte des Cylinders C, so steht der Schieber in einer seiner Endstellungen und umgekehrt. Bei der Stellung der
[* 30]
Figur steht der
Schieber in seiner untersten Stellung, der Kolben in der Mitte, der durch das Rohr d in den Schieberkasten gelangte Dampf tritt
daher durch αα über den Kolben und drückt ihn abwärts, wobei der vom vorigen Hub in C befindliche Dampf durch γγ, die
Höhlung des Schiebers S, β und b entweicht.
Bei Ankunft des Kolbens am Boden des Cylinders wird der Kanal γγ für den Dampfeintritt frei, während αα durch die
Schieberhöhlung mit dem Abzugsrohr b inVerbindung gesetzt wird, so daß der unten eintretende Dampf den Kolben aufwärts und
letzterer den über ihm stehenden Dampf aus dem Cylinder hinaustreibt. Vorteilhaft werden als Dampfverteilungsorgane auch Ventile
und Hähne angewendet, welche durch Exzenter, Hebel,
[* 32] Hebedaumen etc. bewegt werden. Dergleichen Steuerungen sind weiter
unten beschrieben.
Da die mit Dampf von niederer Spannung arbeitenden WattschenMaschinen nicht die günstigste Ausnutzung der Wärme
[* 33] gestatten,
so verwendet man jetzt allgemein Dämpfe von höherm Druck und nennt die Maschinen Mitteldruckmaschinen, wenn sie mit einem
Dampfdruck von 1½-3 Atmosphären, dagegen Hochdruckmaschinen, wenn sie mit einem Druck von 3-12 Atmosphären
arbeiten. Während bei den Niederdruckmaschinen die Kondensation ein integrierender Bestandteil war, kann sie bei den Mittel-
und Hochdruckmaschinen auch fortgelassen werden, wie das z. B. da geschieht, wo gutes Speisewasser nur
in geringen Mengen vorhanden
ist, oder wo eine besondere Einfachheit der Dampfmaschine wünschenswert ist. Allerdings werden unter sonst gleichen
Bedingungen die Dampfmaschinen ohne Kondensation mehr Dampf und daher mehr Brennmaterial verbrauchen als Kondensationsmaschinen.
Von den gewöhnlichen, nach dem Prinzip des Wattschen konstruierten Kondensatoren weicht der Körtingsche Strahlkondensator
[* 30]
(Fig. 3) vollständig ab, indem er ohne Luftpumpe arbeitet u. die Luftleere durch einen bei W mit einem Gefälle von ca. 5 m
einfallenden Wasserstrahl erzeugt, der den bei D eintretenden Abdampf verdichtet und mit sich durch das Rohr E fortreißt.
Einen großen Vorteil kann man bei Hochdruckmaschinen durch Anwendung der Expansion des Dampfes im Cylinder erzielen, indem
man den Dampfzufluß vor vollendetem Kolbenlauf absperrt. Hat der Dampf eine Spannung von 5 Atmosphären,
so hebt er so vielmal 5,170 kg, als der Kolben QZentimeter hat. Sperrt man nun den Dampfzufluß ab, wenn der Cylinder bis zur
Hälfte mit diesem Dampf gefüllt ist, so wird der Kolben mit seiner Last sich nicht weiterbewegen; vermindert man darauf aber
die Last, so wird sich der Dampf sofort weiter ausdehnen, bis seine Expansivkraft wiederum mit der Last
im Gleichgewicht
[* 34] ist.
Bei einer Verminderung der Last auf die Hälfte könnte sich der Dampf auf das doppelte Volumen ausdehnen und wäre dann noch
eben im stande, diese Last zu heben. Der Dampf leistete also in diesem Fall eine um mehr als die Hälfte
größere Wirkung. Denkt man sich den Kolbenlauf in 20 Stationen geteilt, und sperrt man den Dampf ab, wenn der Kolben den vierten
Teil seines Wegs vollendet hat, so wird der Dampf während der fünf ersten Stationen mit seiner vollen Kraft gleich 1 auf den
Kolben drücken, bei der sechsten Station aber nur