Die Kondensation des Dampfes


Das Diagramm 
Abb.5 zeigt uns, daß zur Erzielung einer möglichst großen indizierten Arbeit der Gegendruck, den der aus dem Zylinder strömende Dampf zu überwinden hat, möglichst gering gehalten werden muß, damit die Linie d e dicht über der Atmosphärenlinie verläuft. Sobald wir den Dampf in die freie Luft ausströmen lassen, läßt sich dieser Gegendruck nicht geringer als 1 Atm. halten, und die Arbeit, die der Dampf dabei leistet, ist für die Maschine verloren.

Man kann aber die Linie d e bis nahe an die Linie des Vakuums herabziehen, wenn man den Dampf abkühlt, so daß er als Wasser niederschlägt, kondensiert und dabei einen luftverdünnten Raum bildet, in den der Kolben hineingesaugt wird.
Maschinen, die nach diesem Verfahren arbeiten, heißen
Kondensations – Dampfmaschinen im Gegensatz zu den
Auspuffmaschinen.
Der Vorteil der Kondensationsdampfmaschinen besteht darin, daß man die Arbeit des Auspuffdampfes gewinnt, deren Größe in Abb.16 durch die schraffierte Fläche
e d d1 e1 veranschaulicht wird.
Die Maschine kann also bei derselben Füllung mehr leisten, oder bei gleicher Leistung genügt eine geringere Füllung; es wird also Dampf gespart.
Die theoretisch mögliche Dampfersparnis wird bis auf 37 % berechnet; in der Praxis wird dieser Betrag wohl durch einigen Verlust infolge größerer Abkühlung der Zylinder vermindert, kann aber bei guten Ausführungen 20 bis 25 % gegenüber Auspuffmaschinen betragen.
Die Kondensation des Abdampfes geht in einem besonderen mit dem Dampfzylinder durch ein möglichst kurzes Rohr verbundenem Gefäß, dem Kondensator vor sich. Man unterscheidet Mischkondensatoren und
Oberflächenkondensatoren.

a) Mischkondensation

Dem aus dem Zylinder in den Kondensator übertretenden Dampf wird ein kalter Wasserstrahl entgegengeleitet. Um eine gründliche Kondensation zu erzielen, ist die Düse, aus der das Wasser austritt, so geformt, daß das Wasser zerstäubt.
Die Menge Kühlwasser, die man zur Kondensation nötig hat, ergibt sich leicht aus folgender Überlegung, wenn man annimmt, daß die Temperatur des Kühlwassers
beim Eintritt in den Kondensator 10°C. und nach der Mischung mit dem Dampf 35°C. beträgt. Der mit einer Spannung von 1 bar in den Kondensator tretende Dampf enthält 637 Wärmeeinheiten in 1 kg, x kg Einspritz-wasser von 10°C. enthalten 10 · soviel Wärmeeinheiten. Da die gesamte Wärmemenge nach der Mischung ebensogroß sein muß wie vor ihr, so besteht folgende Gleichung:
Vor der Mischung Nach der Mischung
1 · 637 + x · 10 = (1+x) · 35
woraus x = 24 folgt.

In der Regel rechnet man den Bedarf an Kühlwasser zum 25- bis 30 fachen Betrage des Dampfgewichts. Die Endtemperatur von 35° ist gewählt, weil bei ihr noch eine annehmbare Luftverdünnung von 0,1 bar im Kondensator erzielt wird.
Zum Betrieb des Kondensators gehören noch Vorrichtungen, um ihm das Kühlwasser zuzuführen und um die Mischungsprodukte, das erwärmte Wasser, die aus dem Wasser abgeschiedene Luft sowie den Wasserdampf abzuleiten. Für die Kühlwasserzuführung braucht man in der Regel nur ein Zuleitungsrohr, da der Kondensator infolge der Luftleere das Wasser selbst ansaugt; dabei ist es aber im Interesse der Betriebssicherheit nicht zu empfehlen, eine größere Saughöhe als 6-7 m anzuwenden. Steht das Kühlwasser in solcher Tiefe unter dem Kondensator nicht zur Verfügung, so muß es durch Pumpen gehoben werden. Das bedingt natürlich einen Arbeitsaufwand, der die Nutzleistung der Maschine vermindert. Daher ist bei größeren Förderhöhen zu untersuchen, ob nicht der Nutzen der Kondensation dadurch in Frage gestellt wird. Das gilt besonders für solche Fälle, in denen der Abdampf der Auspuffmaschinen zu Heiz- oder Kochzwecken verwendet werden kann, wie in chemischen Fabriken.
Meistens ist aber Wasser in geringerer Tiefe zu haben. Zur Fortschaffung der Kondensationsprodukte dient die Luftpumpe, die durch die Maschine entweder über die verlängerten Kolbenstange oder von der Kurbel aus angetrieben wird. Das Wasser braucht nur so weit gehoben zu werden, daß es abfließen kann. – Bei der Konstruktion der Luftpumpe ist zu bemerken, daß zwei verschiedenartige Körper, Wasser und Luft, gehoben werden sollen. Es muß daher mit besonderer Sorgfalt darauf geachtet werden, daß keine Stöße entstehen können. Mitunter wird die Einrichtung getroffen, für Luft und Wasser je eine besondere Pumpe anzuordnen. Hat man Grund zu der Befürchtung, daß der Kühlwasserzufluß gelegentlich versagen könnte, so muß die Rohrleitung zwischen Dampfzylinder und Kondensator mit einem Wechselventil versehen sein, damit man nach Bedarf den Dampf direkt ins Freie lassen, also die Maschine auch mit Auspuff betreiben kann.

b) Rückkühlanlagen

In manchen Fällen ist nicht soviel Kühlwasser vorhanden, wie man zum Betriebe der Kondensation braucht. Um auch dann nicht auf den Nutzen der Kondensation verzichten zu müssen, verwendet man wiederholt dasselbe Wasser, nachdem es vorher abgekühlt wurde. Dafür müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden. Die einfachsten derartigen Anlagen sind Kühlteiche, in denen die Oberfläche des Wassers mit der Luft in Berührung kommt und durch Verdunstung die Wassertemperatur erniedrigt wird. Sie sind am Platz, wo der Grund und Boden nicht sehr wertvoll ist, denn für 1 PS der Dampfmaschine braucht man 3 -4 qm Teichfläche.
Wirksamer sind die Gradierwerke, lange mit Reisig oder Latten ausgerüstete Gestelle, an denen das Wasser herabrieselt, sich in viele Tropfen auflöst und dadurch der abkühlenden Wirkung der Luft eine große Oberfläche bietet.

 

Auf einem noch geringeren Raume ist die Kühlwirkung der Luft bei den Kaminkühlern (Abb.17) konzentriert. Das sind hölzerne Türme, die in ihrem unteren Teil mit Lattenwerk ausgebaut und mit breiten Öffnungen für das ungehinderte Eintreten der Luft versehen sind. Das Mischwasser wird durch Pumpen auf die oberste Lattenschicht gehoben und dort verteilt; dann rieselt es in einen gemauerten Behälter hinunter, aus dem es vom Kondensator zurückgesaugt wird. Der Turm über dem Lattensystem dient der Erzeugung eines kräftigen Luftzuges, der die Verdunstung und Abkühlung wirksam besorgt.
Bei allen diesen Einrichtungen geht ein Teil des Wassers durch Verdunstung verloren und muß stetig durch frisches Wasser ersetzt werden, doch ist die Ersparung an Wasser immer noch beträchtlich.

c) Oberflächenkondensation

Mit der Kondensation verbindet man häufig den Neben-zweck, reines Wasser für die Kesselspeisung zu beschaffen, besonders dann, wenn das sonst zur Verfügung stehende Wasser für diesen Zweck unbrauchbar ist, wie z.B. das Seewasser. Das sich beim Abkühlen des Dampfes bildende Kondenswasser ist destilliertes Wasser, also frei von allen Beimischungen, die gewöhnliches Wasser hat. Um es zu erhalten, darf die Kondensation nicht durch Mischung mit dem Kühlwasser erfolgen.
Man läßt den Dampf in ein Gefäß strömen, das von einer großen Anzahl dünnwandiger Messing- oder Kupferröhren durchsetzt ist, und treibt durch diese Röhren einen beständigen Strom kühlen Wassers hindurch. Dann schlägt der Dampf auf der Oberfläche der Röhren nieder und kann durch eine Pumpe abgesaugt und dem Kessel zugeführt werden.
Dieses Gefäß nennt man den Oberflächenkondensator.
Zur Unterhaltung des Kühlwasserstromes dient eine Zirkulationspumpe. Da eine direkte Berührung zwischen Dampf und Wasser nicht stattfindet, ist der Verbrauch an letzterem größer als bei den Einspritzkondensatoren, und zwar 40 – 50 kg für 1 kg Dampf.
Diese Kondensation wird allgemein bei Seeschiffen angewendet.

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