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Kondensator [2]

[593] Kondensator für Schiffsmaschinen wird seit Einführung hoher Dampfspannungen und mehrfacher Expansionsmaschinen als Oberflächenkondensator ausgeführt. Nur auf Flüssen und in Meeresbuchten von geringem Salzgehalt fahrende Dampfer sind vereinzelt mit Einspritzkondensatoren versehen.

Letztere haben den Nachteil, daß das aus denselben entnommene Speisewasser zu viel Salzgehalt besitzt, wodurch Niederschläge und Kesselsteinbildungen im Kessel entstehen, die seine Lebensdauer gefährden. Der Einspritzkondensator besteht aus einem Kondensationsraum, in welchen der Exhauftdampf entweicht und durch feinzerteiltes Einspritzwasser, das durch das Einspritzrohr und den Einspritzhahn von See aus eintritt, kondensiert und niedergeschlagen wird. Die Kondensationsprodukte werden durch die Luftpumpe unter Einschaltung zweier Wände mit Sang- und Druckventilen in den Warmwasserraum – Luftpumpendruckraum – befördert, von wo dieselben durch das Saugrohr der Speisepumpe in den Kessel oder durch das Ausgußrohr und das Luftpumpenausgußventil nach Außenbord geschafft werden.

Der Oberflächenkondensator bezweckt einerseits Verringerung des Gegendrucks im Niederdruckzylinder, anderseits Wiedergewinnung des verbrauchten Dampfes als Kesselspeisewasser. Aus letzterem Grunde werden auch die wichtigsten Hilfsmaschinen an Bord der Schiffe an den Hauptkondensator oder einen besonderen Hilfskondensator angeschlossen [7]. Der Exhauftdampf der Maschine wird durch Kühlung mittels Seewasser, das von dem Dampf durch dünne metallene Wandungen getrennt ist, zu destilliertem Wasser niedergeschlagen und mit Hilfe der Luftpumpe in die Luftpumpenzisterne gedrückt, von wo das Wasser für die Speisung der Kessel wieder verwertet wird. Die Wandungen zwischen Abdampf und Kühlwasser bestehen aus 0,75 bis 1,5 mm dicken messingenen (60–70% Kupfer bei 40–30% Zink), außen und innen verzinnten [593] Rohren von 17–22 mm äußerem Durchmesser, die an den Enden bezw. auch in der Mitte durch bronzene Rohrplatten von 20–26 mm Stärke hindurchgeführt und an den Enden in diesen stopfbüchsenartig in Baumwollenschnur verpackt und wasserdicht gedichtet sind (Fig. 1). Die Rohre werden in Zickzackform angeordnet, und es beträgt die Entfernung t der Rohrmitten voneinander wenigstens t = d + 9 mm; d der äußere Durchmesser der Kühlröhre [4]. Je nachdem der Dampf durch die Rohre geht und in ihnen kondensiert oder diese umstreicht, unterscheidet man Innen- und Außenkondensation. Letztere findet wegen ihrer mannigfachen Vorzüge – leichtere Untersuchung und bequemeres Auswechseln lecker Rohre, gleichmäßiger Wasserdurchfluß – allgemeinere Anwendung. Das Kühlwasser kommt von See durch das Bodenventil des Saugrohrs der Zirkulationspumpe, wird mittels dieser (eine mit der Hauptmaschine gekuppelte Kolbenpumpe oder besser eine durch eine besondere Dampfmaschine betriebene Zentrifugalpumpe) durch den Kondensator, getrieben bezw. gesaugt. Die Zirkulation des Seewassers erfolgt meist nach dem Prinzip der Gegenströmung, und das Kühlwasser im Kondensator soll mindestens einen Weg von 6 m zurücklegen. Man läßt daher das Wasser ein- bis dreimal im Kondensator hin und her gehen. Bei Außenkondensation muß alsdann der Raum zwischen Rohrwand und Kondensatordeckel so getrennt werden, daß das Zirkulationswasser nur einen Teil der Rohre nach einer Richtung und den andern Teil nach der entgegengesetzten Richtung durchfließt (Fig. 2 und 3). Das Kühlwasserquantum richtet sich nach seiner Temperatur und der Temperatur des Exhaustdampfes sowie nach der Kühlfläche. Im allgemeinen rechnet man pro 1 PS_i-Stunde bei Zweifachexpansionsmaschinen 250–300 l, bei Dreifach- oder Vierfachexpansionsmaschinen 200–250 l [4]. Die Kühlfläche wird am besten nach der absoluten Endspannung des Dampfes benimmt und schwankt zwischen 0,14 bis 0,16 qm pro 1 PS_i-Stunde bei Zweifachexpansionsmaschinen und 0,1 bis 0,14 qm bei Dreifachexpansionsmaschinen [4]–[6]. Diese Werte müssen für Schiffe, die nur in den Tropen fahren, um etwa 20% vergrößert werden [1], [2]. Pro 1 kg in der Sekunde zu kondensierenden Dampfes ergibt sich die Kühlfläche

Die Form der Kondensatoren ist eine vielseitige. Bei den Hammermaschinen der Handelsmarine werden dieselben von länglicher, parallelepipedischer Form und mit den Zylinderständern aus einem Guß hergestellt (Fig. 2 und 3). Neuerdings baut man die Kondensatoren für größere Maschinen ebenso wie diejenigen der Kriegsschiffsmaschinen aus Gewichtsersparnis gesondert in Walzenform von kreisrundem oder ovalem Querschnitt, und zwar für Handelsdampfer aus geschweißtem, verzinktem Stahlblech [4], [6], [7], für Kriegsschiffe aus innen verzinntem Kupferblech. Dieselben werden zurzeit nur noch liegend mit horizontalliegenden Kühlrohren angeordnet und je nach den Raumverhältnissen im Schiff getrennt von den Hauptmaschinen gelagert [1], [6]. Der Dampfeintritt erfolgt von oben, und unterhalb desselben wird eine durchlöcherte Platte aus verzinktem Eisenblech angebracht, um den Dampf auf die ganze Länge der Kühlröhre zwischen dieselben zu leiten. Das Kühlwasser tritt oben ein und unten aus oder umgekehrt. Die Luftpumpe saugt aus dem untersten Teil des Kondensators. Der sogenannte »Contraflo«-Kondensator zeigt gegenüber dem gebräuchlichen Oberflächenkondensator wesentliche Vorteile (s. Fig. 4). Das Kondensatorgehäuse besteht der Höhe nach aus mehreren miteinander in Verbindung stehenden Kammern von abnehmender Größe, durch die der Abdampf um die Kühlröhre strömt. Das hierbei kondensierte Wasser wird in jeder Kammer durch den geneigten Boden direkt zum Luftpumpensaugkasten geführt, so daß die Kühlrohrflächen der unteren Kammern nicht durch Kondenswasser in ihrer Wirkung beeinträchtigt werden. Der nichtkondensierte Dampf tritt mit abnehmender Temperatur und ziemlich trocken in die nächste Kammer zum weiteren Flüssigmachen über und gelangt schließlich zum Saugrohr der trockenen Luftpumpe. Durch diese[594] frühzeitige Trennung von Kondenswasser und Dampf mit Luft wird eine höhere Temperatur des Kondenswassers und demnach für die Kesselspeisung ein höherer thermischer Wirkungsgrad erzielt. Der »Contraflo«-Kondensator erfordert eine geringere Kühlwassermenge, kleinere Abmessungen und geringeres Gewicht. Kühlfläche 0,04 qm pro 1 PS_i. Wegen seines günstigen Vakuums eignet er sich ferner besonders für den Dampfturbinenbetrieb auf Schiffen. Das Kühlwasser tritt bei demselben oben ein und unten Taus [10]. Für Schiffsturbinen werden die Kondensatoren meist mit getrennter Trocken- und Naßluftpumpe ausgestattet zur Erhöhung des Vakuums [9]. Die Trockenluftpumpe wird dann entweder als besondere Dampfpumpe ausgebildet oder von der Zirkulationspumpenmaschine angetrieben. Bei Verwendung des Vakuumvermehrers von Parson [8] genügt eine Naßluftpumpe. Dieselbe wird dann etwa 1 m unterhalb des Kondensators aufgeteilt, und zwischen dem mit einem Luftsack versehenen Saugrohr und dem Kondensator wird ein Hilfskondensator von etwa ¹/₂₀ Kühlfläche des Hauptkondensators eingeschaltet; in diesen bläst ein Dampfinjektor die aus dem Hauptkondensator abgesogene Mischung von Dampf und Luft zum Niederschlagen und leitet das Kondensat in das Saugrohr. Die Luftpumpe wird auf diese Weise entlastet und das Vakuum durch Absaugen von Dampf und Luft gesteigert.

Die Vorteile der Oberflächenkondensation gegenüber der Einspritzkondensation bestehen in folgendem: Die Luftleere ist eine günstigere, da fast keine Luft in den Kondensator gelangt; das Speisewasser ist frei von Salzgehalt, da der Dampf mit dem Seewasser nicht in Berührung kommt, so daß der kondensierte Dampf ohne Schaden für den Kessel wieder zum Speisen desselben benutzt werden kann (2% des Gesamtverbrauchs verloren gehendes Wasser muß jedoch durch Zusatzwasser ersetzt werden), es entstehen keine Verluste durch Salzausblasen, und daher verringert sich der Kohlenverbrauch, Der Hauptvorzug besteht jedoch in der Möglichkeit, hohe Dampfspannungen. anzuwenden, da man ohne Schaden für den Kessel bei dem verhältnismäßig reinen Speisewasser die Temperatur des Kesselwassers über 144° C. erhöhen kann. Um jeglichen Niederschlag von Stoffen bezw. Salzen auf den Kesselwandungen zu vermeiden, verwendet man jetzt für Kessel mit hohem Druck stets Süßwasser als Zusatzwasser, welches in besonderen Räumen im Doppelboden mitgeführt wird. Für Dampftemperaturen von 180–200° C. genügt jedoch auch dieses Wasser nicht mehr, da dasselbe die Bildung von Niederschlagen auf den vom Feuer berührten Kesselwänden nicht verhindert. Man ergänzt daher neuerdings das Kesselwasser durch Speisewasser, welches in besonderen Destillierapparaten gewonnen wird, und verbindet hiermit zugleich sogenannte Kesselspeisewasserreiniger (s.d.), welche die mitgeführte Luft und die aus der Maschinenschmierung entgehenden Fettbestandteile aus dem Speisewasser entfernen. Mit Hilfe dieser Apparate ist der Oberflächenkondensator für die modernen Schiffsmaschinen einer der wichtigsten Faktoren geworden [3]. Bei Dampfturbinenschiffsbetrieb gelangen keine Fettbestandteile in das Kondensat, so daß eine Reinigung desselben sich erübrigt.

Literatur: Busley, C., Die Schiffsmaschine, Kiel 1886. – [2] Scaton, A manual of marine engineering, London 1904. – [3] Busley, C., Die Entwicklung der Schiffsmaschine, Berlin 1892. – [4] Bauer, G., Berechnung und Konstruktion der Schiffsmaschinen und -kessel, Berlin 1904. – [5] Bertin, L.E., Machines marines, Paris 1899. – [6] Wilda, H., Die Schiffsmaschinen, Hannover 1905. – [7] Klamroth, G., Leitfaden für den Unterricht in der Maschinenkunde, Berlin 1907. – [8] Turbine-driven steamer »Manksman«, Engineering 1904, II, S. 500. – [9] Beding, G., Neue Versuche über Oberflächenkondensation mit getrennter Kaltluft- und Warmwasserförderung, Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft, Berlin 1904. – [10] Weighton, R.L., The efficiency of surface-condensers, Engineering 1906, I, S. 497.

T. Schwarz.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.