[Abbildung: Fig. 99.]
Die Hochdruckmaschinen haben noch eine wesentliche Verbesserung erfahren
durch #Anwendung der Expansion, d. h. durch Verwendung der bedeutenden
Expansivkraft der hoch gespannten Dämpfe: Expansionsmaschinen#. Durch
eine besondere Art von Steuerung läßt man nicht den ganzen Cylinder voll
Dampf anströmen, sondern #sperrt den Dampfzustoß schon ab, wenn ein Teil
des Cylinders z. B. ein Viertel voll# ist. Dieser Dampf von etwa 8
Atmosphären #schiebt den Kolben vermöge seiner Ausdehnungs- oder
Expansionskraft bis ans Ende#. Dabei verliert er naturgemäß an
Spannkraft; denn wenn der Kolben in der Mitte ist, ist die Spannkraft
schon auf 4 Atm., und wenn er am Ende ist, bis auf 2 Atm. gesunken. In
Fig. 99 bedeutet ~a-f~ die Länge des Cylinders, die vertikalen Linien
bedeuten die Dampfspannung; von ~a~ bis ~b~ strömt der Dampf voll ein,
hat also die ganze Spannung; von ~b~ bis ~c~ sinkt er auf die Hälfte,
bis ~d~ auf ¹/₃, bis ~e~ auf ¼, bis ~f~ auf ¹/₅ seiner ersten Spannung.
Indem man also den stark gespannten Dampf veranlaßt, durch seine
Expansivkraft noch Arbeit zu leisten, erzielt man einen beträchtlichen
Gewinn, wie aus folgendem Vergleiche ersichtlich ist.
Eine Hochdruckmaschine und eine Expansionsmaschine sollen gleich viel
Dampf von je 8 Atmosphären erhalten; die Cylinder sollen gleich lang
sein und die Kolben sich gleich schnell bewegen. Wird in der
Expansionsmaschine der Dampf schon beim ersten Viertel abgesperrt, so
darf der Cylinder einen 4 mal größeren Querschnitt haben, um dieselbe
Dampfmenge zu verbrauchen; folglich drückt auf seinen Kolben eine 4 mal
größere Kraft, #er leistet also im ersten Viertel seines Weges schon
dieselbe Arbeit wie der Hochdruckkolben auf seinem ganzen Wege#. Es sei
nämlich dieser Weg = 60 _cm_, die Hochdruckkolbenfläche = 300 _qcm_, so
ist die Arbeit im Hochdruckcylinder = 8 · 300 · 0,6 = 1440 _kgm_; die
Arbeit im ersten Viertel der Expansionsmaschine =
8 · 1200 · 0,6
-------------- = 1440 _kgm_.
4
#Die ganze Arbeit, die im Expansionscylinder in den folgenden ¾ seiner
Länge geleistet wird, ist reiner Gewinn#, und dieser ist so groß, daß
die Leistung der Expansionsmaschine bei demselben Dampf-
(Geld-)verbrauch 2-, sogar 3 mal so groß ist wie der der einfachen
Hochdruckmaschine. Es werden demnach die meisten, insbesondere die
größeren Maschinen als Expansionsmaschinen konstruiert. Mit Vorteil läßt
man den Dampf seine Expansionsarbeit nicht auf einmal, sondern in zwei
Cylindern verrichten, welche er nacheinander durchströmt.
#Compoundmaschinen# (Verbundmaschinen). Sie haben 2 Cylinder: der erste,
kleinere, wirkt als Expansionsmaschine, der Abdampf dieses Cylinders,
der nur mehr eine geringe Spannkraft hat (3-4 Atm.), wird, indem er
durch einen größeren Behälter (^Reciver^, daher ^Recivermaschine^) geht,
in den größeren Niederdruckcylinder geleitet, wo er nochmals expandiert,
und dann als Abdampf kondensiert wird. Solche Maschinen verbinden die
Vorteile des hohen Druckes, der Expansion und der Kondensation und sind
deshalb die besten. Statt zweier Cylinder verwendet man auch 3, sogar 4,
welche der Dampf der Reihe nach durchströmt, und in deren jedem er einen
Teil seiner Spannkraft durch Expansion abgibt. Diese Maschinen mit
mehrfacher (geteilter) Expansion sind jetzt die besten.
Aufgaben:
#86.# Ein Dampfkesselventil von 10 _cm_ Durchmesser soll sich bei einem
Dampfdruck von 6 Atm. öffnen. Wie stark ist es zu belasten? Mit welchem
Gewicht ist der lange Hebelarm zu belasten, wenn der kurze 9 mal kürzer
ist?
#87.# Mit welchem Druck wird bei der Dampfmaschine Fig. 93 der Kolben
niedergedrückt, wenn sein Durchmesser 86 _cm_ und der innere Druck durch
Abkühlen auf ¹/₃ Atm. gebracht wird?
#88.# Bei einem Dampfhammer ist der Kolbendurchmesser 36 _cm_, der
Durchmesser der Kolbenstange (Hammerstiel) ist 16 _cm_, die
Dampfspannung ist 8 Atm. Wie schwer darf der Hammer sein?
#89.# Wenn eine Dampframme 40 Ztr. wiegt, wie groß muß der Durchmesser
des Kolbens bei 5 Atm. Dampfspannung sein, und welcher Nutzeffekt wird
erzielt, wenn die Ramme in der Minute 52 Hübe ~à~ 24 _cm_ macht?
#90.# Wie viele Pferdekräfte leistet eine Dampfmaschine, welche bei 32
_cm_ Kolbendurchmesser und 35 _cm_ Hubhöhe in jeder Minute 64 Doppelhübe
bei 6 Atm. Dampfspannung macht, wenn 10% für innere Arbeit abzurechnen
sind?
#91.# Eine Zwillingsmaschine hat Kolben von 40 _cm_ Durchmesser und 46
_cm_ Hubhöhe und macht bei 2,4 Atm. Kesseldampfdruck und einer
Kondensatorspannung von 12 _cm_ Quecksilberhöhe in jedem Cylinder 54
Doppelhübe pro Minute. Welchen Nutzeffekt kann man von ihr erwarten,
wenn 15% ihrer Leistung für innere Arbeit verbraucht werden?
#92.# Eine Lokomotive macht bei 28 _cm_ Kolbendurchmesser und 32 _cm_
Hubhöhe in jeder Minute 64 Turen. Welchen Effekt hat sie bei 8½ Atm.
Dampfspannung, wenn für innere Arbeit 8% abzuziehen sind?
#93.# Eine Dampfdreschmaschine arbeitet bei 5½ Atm. Dampfdruck; von den
zwei Cylindern hat jeder 11 _cm_ Durchmesser und 14 _cm_ Hubhöhe.
Welchen Effekt hat sie bei 84 Turen pro Minute, wenn 10% für innere
Arbeit abgerechnet werden? Wie viel Dampf verbraucht sie in der Stunde
und wie groß ist dessen Wärmeinhalt? (Siehe Tabelle Seite 121.)
#94.# Eine Wasserhaltungsmaschine arbeitet mit 7½ Atm. Druck bei 40 _cm_
Kolbendurchmesser und 45 _cm_ Hubhöhe. Wie groß ist bei 52 Turen in der
Minute die sekundliche Leistung der Maschine, und wie groß ist die
Nutzleistung, wenn 8% für innere Arbeit abgerechnet werden müssen? Wie
viel Wasser kann in der Stunde auf die Höhe von 24 _m_ gehoben werden,
wenn bei der Pumpe 12% der Arbeit verloren gehen?
#95.# Ein Kilogramm Steinkohle liefert 7000 Kalorien. Seine Wärme wird
ohne Verlust dazu verwendet, um Wasser von 100° in Dampf von 1 Atm. zu
verwandeln, wobei die latente Wärme des Wasserdampfes = 537 Kal. ist.
Welche äußere Arbeit leistet der Dampf durch Überwindung des
Luftdruckes, wenn 1 _kg_ Wasser hiebei 1,696 _cbm_ Dampf liefert?
(Vergleiche Tabelle Seite 121.) Man vergleiche diese Arbeit mit dem
mechanischen Äquivalent der aufgewandten 7000 Kalorien.