Advertisement

Versuche über den Einfluß der Kompression und der Oberflächen, an denen sich der Wärmeaustausch im Dampfzylinder vollzieht, auf den Arbeitsprozeß einer Einzylinder-Maschine

  • E. Heinrich
Chapter

Zusammenfassung

Die Versuche, über die im folgenden berichtet werden soll, wurden auf Anregung des Hrn. Baudirektors Professors Dr.-Ing. C. v. Bach angestellt. Sie unterscheiden sich von bisher durchgeführten Versuchen dadurch, daß die Einrichtung getroffen war, die Flächen, an denen der Wärmeaustausch stattfindet, verschieden groß zu halten. Gearbeitet wurde mit Mantel- und mit Deckelheizung sowie ohne Heizung, bei Kompressionsgraden von rd. o bis 50 vH, ermittelt aus den Erhebungsdiagrammen der Auslaßventile 1). Der Dampfverbrauch wurde je in doppelter Weise ermittelt: durch Bestimmung der zugeführten Dampf-menge und durch Bestimmung des Kondensates.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

Literatur

  1. 1).
    Nach den Indikatordiagrammen, in denen sich die Verengung des Austrittquerschnittes schon vor Beginn der Kompression geltend macht, ist man bekanntlich geneigt, auf größere Kompressionsgrade zu schließen.Google Scholar
  2. 2).
    Vgl. C. Bach, Das Ingenieurlaboratorium der Kgl. Technischen Hochschule Stuttgart, Z. d. V. d. I. 1901 S. 1333.Google Scholar
  3. 1).
    In diesen Vorteilen liegt einer der Gründe, weshalb die Einrichtung des mittelbar geheizten Kessels beim Entwurf des Laboratoriums 1897 getroffen worden ist.Google Scholar
  4. 1).
    Diese Einrichtung der Verstellbarkeit des Kurbelzapfens ist von C. Bach erstmals 1877Google Scholar
  5. 2).
    Vergl. C. Bach, Die Maschinenelemente, 8. Aufl. S. 359, 10. Aufl. S. 429Google Scholar
  6. 1).
    Der eine dieser Behälter wird verwendet beim Betrieb der Maschine als Verbundma schine mit nebeneinander liegenden Zylindern sowie als Dreifachexpansionsmaschine, der für den Betrieb als Verbundmaschine mit hintereinander liegenden Zylindern.Google Scholar
  7. 2).
    Vergl. C. Bach, a. a. O. Tafel I, Abb. 12.Google Scholar
  8. 3).
    Vergl. C. Bach, a. a. O. Talel I, Abb. II, Talel II, Abb. 15.Google Scholar
  9. 1).
    Die Elemente der während der Eintrittzeit freigelegten Zylindermantelfläche f 1 sind naturgemäß hinsichtlich der Beteiligung am. Wärmeaustausch mit der Oberfläche des schädlichen Raumes nicht als gleichwertig zu betrachten, da die Zeitdauer ihrer Berührung mit dem Eintrittsdampf ja veränderlich ist. Die Wirkung dieser Flächenelemente dürfte zwar auch wesentlich von andern Faktoren, wie Bewegungszustand des Dampfes und augenblicklichem Temperaturunterschied zwischen Dampf und Wand abhängig sein; doch erschien es zweckmäßig, eine von Sonderverhältnissen unabhängige einfache Beziehung zu Grunde zu legen. Setzt man daher die Wirksamkeit der einzelnen Flächenelemente der Berührungszeit proportional, so läßt sich leicht zeichnerisch eine mittlere Berührungsdauer t m für die Fläche f 1 ermitteln. In Abb. 18 ist eingezeichnet, bei-spielsweise für die Deckelseite, die Linie der Kolbengeschwindigkeiten. Die bei Freilegung eines Kolbenwegelementes verstreichende Zeit ist dem Quotienten aus Kolbenwegelement und mittlerer Kolbengeschwindigkeit für dasselbe gleich, z. B. für das letzte Wegelement der Füllung (math) Die Linie A-B, Abb. 18, ergibt sich durch Summierung dieser Zeitelemente, die mittlere Höhe t m der Fläche ABO entspricht der mittleren Berührungszeit zwischen Dampf und Wand während der Füllung. Ist t h die von der Kolbentotlage bis zum Füllungsende verstreichende Zeit, so ergibt sich, als Mittel aus Boden- und Deckelseite: t m = 0,35 t h. Damit ist ein Näherungswert für das Verhältnis der Wirksamkeit der während der Füllung freigelegten Fläche zur Oberfläche des schädlichen Baumes gewonnen.Google Scholar
  10. 1).
    Eine mit Fläche IV bei höherem Gegendruck, 0,19 at abs., ausgeführte Reihe 4 b, Zahlentafel 3, ist ebenfalls mitgeteilt worden.Google Scholar
  11. 1).
    Bei dieser Sachlage konnte die Versucksdauer im vergleich mit andern versuchen kurz gewählt werden.Google Scholar
  12. 2).
    vergl. Heilmann, Z. d. v. d. I. 1911 S. 1704. Schröter und Koob, Z. d. v. d. I. 1903 S. 725 und Mitt. über Forschungsarbeiten Heft 19.Google Scholar
  13. 3).
    Z. d. v. d. I. 1906 S. 709.Google Scholar
  14. 1).
    Bezeichnet O die ausstrahlende Oberfläche von Kondensator und Leitung, ϑ ihre mittlere Temperatur, t die Temperatur der umgebenden Luft, α die Wärmeübergangszahl zwischen Wand und Luft, c die Strahlungszahl, so wird der Wärmeverlust der Leitung in WE/st :Google Scholar
  15. Mit O = 10 qm, α = 5, c = 4, ϑ = 45°C, t = 20°C, Zahlen, die mittleren Verhältnissen entsprechen, wird mit Annäherung Q e = 0,22 WE/Hub.Google Scholar
  16. Von einer besonderen Ermittlung des Wertes Q e für die Einzelversuche ist mit Rücksicht auf die Unsicherheit aller Verhältnisse abgesehen worden.Google Scholar
  17. 1).
    Entsprechend den, Vorsehe Grashofs zur Messung des Strahlungverlnstes, s. Theo-retische Maschinenlehre III 8. 567.Google Scholar
  18. 1).
    Genaueres hierüber s. Klemperer, Ueber den ökonomischen Einfluß der Kompression bei Dampfmaschinen. Mitt. über Forschungsarbeiten Heft 24 und Z. d. V. d. I. 1905 S. 797 u. f.Google Scholar
  19. 2).
    Fläche III ist hier herangezogen worden, weil der Versuch 15, Fläche IV, bei rd. 25 vH Kompression ausfiel.Google Scholar
  20. 1).
    Ein ähnliches Verhalten wie die vorliegende Ventilmaschine zeigen hinsichtlich des Einflusses der Kompression auf den Dampfverbrauch die Corlißmaschinen des Dresdener Maschinen-Iahoratoriums (180 mm Zylinder-Dmr., 450 mm Hub) s. Klemperer, a. a. O., und des Laboratoriums der Universität Gent (250 mm Zylinder-Dmr. 500 mm Hub), s. Boulvin, Expériences sur la compression de la vapeur dans l’espace nuisible des machines à vapeur, Revue de méchanique 1907 S. 109.Google Scholar
  21. 2).
    Eine Erörterung dieser Annahmen findet sich in des Verfassers Aufsatz »Strömungswiderstände in den Steuerungsventilen einer Kolbendampfmaschine« Z. d. V. d. I. 1912 S. 1191.Google Scholar
  22. 3).
    Neuerdings folgerte Armand Duchesne (Recherches sur les propriétés de la vapeur d’eau surchauffée, Paris, 1911) aus mittels Thetmoverbindungen durchgeführten Messungen des zeitlichen Verlaufes von Temperaturen im Kompressionsdampf, daß der Dampf schon zu Beginn derGoogle Scholar
  23. Kompressionsperiode trocken gesättigt oder etwas überhitzt sei — als Folge der Wirkung der Zylinderwände auf den ausströmenden Dampf — und daß tatsächlich Ueberhitzungstemperaturen, wie sie der oben gemachten Annahme I entsprechen, im Kompressionsdampf auftreten. Auch unter Voraussetzung der Richtigkeit der Messungen Duchesnes und unter der Annahme, daß die an einem oder mehreren Punkten des schädlichen Raumes gemessenen Temperaturen sich gleichmäßig über den letzteren verteilen, dürften die Ergebnisse insbesondere mit Rücksicht auf die von den üblichen abweichenden Betriebsbedingungen — die Maschine lief mit 15 und 30 Uml./min. — nicht ohne weiteres verallgemeinert werden können.Google Scholar
  24. 1)).
    Dieser Wert, weil nur einem einzelnen Deckeldiagramm entnommen, ergibt sich höher als der in Zahlentafel 5 angegebene Mittelwert aus den Boden- und Deckeldiagraimmen. Die Korn-pressionsenddrücke auf Deckelseite waren durchweg höher als auf Bodenseite.Google Scholar
  25. 1)).
    An derselben Dampfmaschine hat bereits B raun im Jahre 1903 versuche über den Einfluß des schädlichen Raumes und der Kompression durchgeführt und ist dabei hinsichtlich der Uebereinstimmung von Rechnung und Versuch zu ähnlichen Ergebnissen gelangt.Google Scholar
  26. 2).
    Heilmann weist (Z. d. V. d. I. 1906 S. 319) darauf hin, daß diese Anschauung in besonderen Fällen (hoher Gegendruck, kleine Füllung) infolge Schleifenbildung beim Vergleichsprozeß zu unrichtigen vergleichsergebnissen führt. Einführung des Expansionsenddruckes als Ausgangspunkt für die Adiabate erscheint jedoch in vielen Fällen mit ähnlichen Nachteilen verknüpft, insbesondere könnte der vergleichsprozeß unter sonst gleichen Verhältnissen durch Unvollkommenheiten der Maschine, wie Undichtheiten der Einlaßventile oder starkes Nachverdampfen infolge zu großer, schädlicher Flächen erheblich beeinflußt werden. Aus diesem Grunde ist hier an der den Normen zugrunde liegenden Anschauung festgehalten worden.Google Scholar
  27. 1).
    Streng genommen erscheint der so berechnete »indizierte Dampfverbrauch« etwas zu klein, weil der Wert N i noch den Arbeitswiedergewinn durch Nachverdampfen enthält, welcher bei Wegfall der Eintrittskondensation ebenfalls verschwinden würde.Google Scholar
  28. 1).
    Hinsichtlich des Verlaufs der Wärmeschwingungen in Zylinder wänden bei nicht begrenzter Eindringungstiefe sei neben den bekannten analytischen Arbeiten von Kirsch (Z. d. V. d. I. 1891 S. 362h verwiesen auf die versuche von Callendar und Nicholson (A. Bantlin, Z. d. V. d. I. 1899 S. 774 u. f.), A. L. Mellanby, Engineering 1905 II S. 227, Haussel, Mitt. über Forschungsarbeiten Heft 101.Google Scholar
  29. Durch Messung und Rechnung ermittelten Callendar und Nicholson a. a O., daß sich bei einer Schwingungsweite der Oberriachentemperatur von rd, 5,6° C die Teilnahme des Eisens der Wand am Wärmeaustausch auf rd. 8 mm Wandtiefe erstreckt.Google Scholar
  30. 1).
    Vergl. Fußbemerkung 2. S. 26.Google Scholar
  31. 1).
    Vergl. den Bericht von A. Bantlin, Der Wärmeaustausch zwischen Dampf und Zylinderwandungen nach neueren Versuchen, Z. d. V. d. I. 1899 S. 774, 807, 867. Der üblich gewordene Ausdruck »Kondensationsfeld« für die inredestehende Fläche (vergl. Schüle, Zur Dynamik der Dampfströmung in der Kolbendampfmaschine, Z. d. V. d. I. 1906 S. 1988; Hanßel, Versuche an einer Dreifach-Expansions-Dampfmaschine, Mitt. über Forschungsarbeiten Heft 101 S. 6) ist in dieser Arbeit erstmalig verwendet.Google Scholar
  32. 1).
    Vergl. Z. d. V. d. I. 191a S. 1196Google Scholar
  33. -) Vergl Josse, Versuche über Oberflächenkondensationen, Z. d. V. d. I. 1909 S. 326.Google Scholar
  34. 1).
    Unter »Gütegrad« ist hier verstanden das Verhältnis des Dampfverbrauches des wirklichen Prozesses zum Dampfverbrauch des in Abb. 47 mit abcde bezeichneten Vergleicheprozesses (Vergleichsprozeß der »Normen«).Google Scholar
  35. 1).
    Die Versuchsdauer konnte mit Rücksicht auf die getroffenen Versuckseinrichtungen (vergl. S. 14 Fußbemerkung) kurz gewählt werden. (Der Dampfverbrauch wurde auf zweifache Weise festgestellt.)Google Scholar
  36. 1).
    Die Versuchsdauer konnte mit Rücksicht auf die getroffenen Versuchseinrichtungen (vergl. S. 14 Fußbemerkung) kurz gewählt werden. (Der Dampfverbrauch wurde auf zweifache Weise festgestellt).Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1914

Authors and Affiliations

  • E. Heinrich
    • 1
  1. 1.Kgl. Technischen Hochschule StuttgartDeutschland

Personalised recommendations