Kondensation [3]

Kondensation, bei Dampfmaschinen die Verdichtung des wirksam gewesenen Dampfes durch Wasserkühlung in einem besondern, mit dem Dampfzylinder durch eine Rohrleitung in Verbindung stehenden Raum (Kondensator). Durch die Steuerung der Dampfmaschine wird der Kondensator stets mit derjenigen Seite des Dampfzylinders verbunden, aus welcher der verbrauchte Dampf austritt. Hierdurch wird vor dem Kolben (bezogen auf dessen Bewegungsrichtung) die Spannung des austretenden Dampfes bedeutend unter den Atmosphärendruck herabgebracht, es wird ein Unterdruck (hier Vakuum genannt) erzeugt, so daß der Überdruck des hinter dem Kolben wirksamen Dampfes (bei der doppelt wirkenden Maschine) oder der hinter dem Kolben befindlichen Atmosphäre (bei der einfach wirkenden Maschine) erhöht und somit die Leistung der Dampfmaschine ohne Erhöhung des Dampfverbrauchs vergrößert wird. Allerdings kann in der Regel nicht die ganze durch die K. gewonnene Arbeit nutzbar gemacht werden, da ein Teil zum Betrieb des Kondensationsapparates verwendet werden muß. Immerhin verbleibt jedoch ein Arbeitsgewinn in solcher Höhe, daß für die gleiche Leistung der Dampfmaschine ein beträchtlich niedrigerer Dampfverbrauch und damit eine Brennmaterialersparnis von 25–33 Proz. erzielt wird. Wenn nun doch nicht jede Dampfmaschine mit einer Kondensationseinrichtung ausgestattet wird, so liegt das teils daran, daß eine solche Einrichtung die Dampfmaschine komplizierter macht, ihre Ausstellung und Wartung erschwert und ihre Anschaffungskosten erhöht, teils daran, daß die im Verhältnis zum Speisewasser sehr bedeutende Kühlwassermenge sich nicht beschaffen läßt, oder daß das Brennmaterial sehr billig ist und somit eine Ersparnis daran nicht nötig erscheint. Man baut ohne K. Lokomotiven, die meisten Lokomobilen und sonstigen transportabeln Dampfmaschinen (ausgenommen die Schiffsmaschinen), ebenso kleine, billige Dampfmaschinen, ferner in vielen Fällen die Fördermaschinen der Bergwerke und die Walzenzugmaschinen, deren besondere Betriebsverhältnisse für die Anwendung der K. Schwierigkeiten ergeben.

Je nachdem der zu kondensierende Dampf mit dem Kühlwasser unmittelbar in Berührung gebracht wird oder aber durch Metallwände von ihm getrennt bleibt, unterscheidet man Mischkondensation und Oberflächenkondensation. Bei großen Anlagen mit mehreren Dampfmaschinen ist oft nicht jede einzeln mit einem Kondensator versehen, sondern der Abdampf einer Reihe von Dampfmaschinen wird in einem gemeinsamen Kondensator verdichtet: Zentralkondensation.

Fig. 1. Querschnitt. Fig. 2. Längsschnitt und Ansicht. Fig. 1 und 2. Einspritzkondensator mit liegender Luftpumpe.

Um auch bei Mangel an Kühlwasser die Vorteile der K. ausnutzen zu können, werden Rückkühlanlagen (s. d.) zu Hilfe genommen. Das bei der K. des Abdampfes erwärmte Wasser wird hierbei durch geeignete Vorrichtungen (Kühlteiche, Gradierwerke, Kaminkühler, Poppertürme, Streudüsen) gekühlt und dann von neuem zur K. benutzt. Der Kühlwasserverbrauch beträgt je nach der Temperatur dieses und des aus dem Kondensator abfließenden warmen Wassers durchschnittlich 25–40 kg bei Mischkondensation oder 40–50 kg bei Oberflächenkondensation für 1 kg zu kondensierenden Abdampf.

Die meisten Kondensationseinrichtungen (ausgenommen die später beschriebenen Strahlkondensatoren) bestehen aus einem geschlossenen Raum, in dem der Dampf niedergeschlagen wird, und den Vorrichtungen (gewöhnlich einer oder mehreren Pumpen) zum Beschaffen des Kühlwassers und zum Entfernen des bei der K. entstehenden warmen Wassers und des im Kondensator sich ansammelnden Gemenges von Luft und nicht kondensiertem Dampf.

Fig. 3. Einspritzkondensator mit stehender Luftpumpe (Vertikalschnitt).

Sowohl im Kühlwasser als auch im Dampf (durch das Kesselspeisewasser in diesen gelangt) ist Luft enthalten, ferner dringt solche infolge von Undichtigkeiten in den Kondensator ein. Die im Wasser absorbiert enthaltene Luftmenge beträgt bis 2 Raumprozent bei atmosphärischem Druck und 15°. Fig. 1 u. 2 zeigen einen Einspritzkondensator, wie er für liegende Dampfmaschinen viel Verwendung findet. Bei a tritt der von der Maschine kommende Abdampf ein, durch Rohr b wird das Kühlwasser infolge des im Kondensator herrschenden Unterdruckes (bis auf etwa 7 m Saughöhe) angesaugt. Die Menge des Kühlwassers kann mittels des Hahnes c geregelt werden, während eine gute Verteilung desselben durch das in den Kondensationsraum hineinragende gelochte Einspritzrohr d bewirkt wird. e ist der Zylinder, f der Kolben, gg sind die Saugklappen, hh die Druckklappen (aus Gummi, dafür auch Ventile aus Metallblech) der sogen. Luftpumpe, die jedoch nicht nur Luft fördert, sondern das sich in dem Kondensationsraum i sammelnde Gemisch aus erwärmtem Wasser, Luft und Dampf ansaugt und nach dem Raume k drückt, von wo aus bei l der Abfluß erfolgt. Die Luftpumpe, die hier doppelt wirkend ist, wird, da sie auch Wasser mitfördert, als nasse Luftpumpe bezeichnet. Der Kondensator wird tiefer als die Dampfmaschine aufgestellt oder in gleicher Höhe mit ihr hinter dem Dampfzylinder. Der Antrieb der Luftpumpe erfolgt meist von dem Kurbelzapfen der Dampfmaschine oder von der nach hinten verlängerten Kolbenstange, seltener vom Kreuzkopf aus. Vgl. hierzu auch Tafel »Dampfmaschinen II«, Fig. 10 u. 13.

Fig. 3 zeigt eine Kondensationseinrichtung mit stehender, einfach wirkender Luftpumpe, wie sie häufig bei stehenden Dampfmaschinen ausgeführt wird. Der eigentliche Kondensator ist hier konstruktiv von der Luftpumpe getrennt. Der Dampf tritt bei a in den Kondensator ein. Die Verteilung des Kühlwassers und die Regelung von dessen Menge erfolgt durch den verstellbaren Einspritzkegel b. Bei der Luftpumpe ist bemerkenswert, daß sie ohne Saugventile arbeitet (Konstruktion von Brown, verbessert von Kuhn). Öffnungen c in der Lauffläche des Pumpenzylinders d werden bei der Bewegung des hohlen Kolbens e während eines Teiles des Nieder- und des Ausganges frei und gestatten dabei dem Dampf- und Luftgemisch und dem Wasser den Zutritt in den Pumpenraum. Sobald beim Ausgang des Kolbens die Öffnungen c geschlossen sind, wird bei der Weiterbewegung desselben durch den Verdränger f zuerst das Luftdampfgemenge und darauf ein Teil des eingeschlossenen Wassers durch die aus Kautschuk bestehenden Ventile g gedrückt.

Fig. 4. Gegenstromkondensator nach Weißchem System.

Der Antrieb der Luftpumpe erfolgt bei stehenden Maschinen vom Kreuzkopfzapfen aus mittels Schubstangen und Balancier (wie aus Tafel »Dampfmaschinen III«, Fig. 20, ersichtlich) oder von einem Ende der Kurbelwelle aus mittels Kurbelgetriebe.

Die in Fig. 1–3 beschriebenen Kondensatoren sind Parallelstromkondensatoren. Die Kondensationserzeuqnisse (warmes Wasser, Luft und Dampf) werden hierbei durch die nasse Luftpumpe gemeinsam abgesaugt und verlassen an derselben Stelle den Kondensator.

Fig. 5. Strahlkondensator von Körting (Längsschnitt).

Bei der Gegenstromkondensation, die namentlich von F. J. Weiß in Basel ausgebildet worden ist, bewegen sich Wasser und Dampf im Kondensator entgegengesetzt, das warme Wasser und die Luft werden getrennt an verschiedenen Stellen des Kondensators durch gesonderte Pumpen abgeführt.

In Fig. 4 ist ein Gegenstromkondensator nach Weißschem System schematisch dargestellt. In den hoch angeordneten Kondensator C tritt unten durch Rohr B der zu kondensierende Abdampf ein, während oben durch Rohr D das Kühlwasser zugeführt wird. Letzteres wird durch die Überfälle Z verteilt und gelangt mit dem entgegenströmenden Dampf in Berührung, wobei dessen K. erfolgt. Das warme Wasser wird unten in der Nähe des Dampfeintrittes, wo es am heißesten ist, aus dem Kondensator abgeführt und zwar durch ein unter dem Wasserspiegel des Warmwasserbehälters ausmündendes, 10 m hohes sogen. barometrisches Fallrohr A. An Stelle des Fallrohres kann auch eine Warmwasserpumpe treten, in welchem Falle die hohe Lage des Kondensators nicht nötig ist. Die Luft (hier nur mit wenig Dampf gemischt) wird oben aus dem Kondensator an der Stelle, wo es wegen des dort eintretenden Kühlwassers am kühlsten ist, durch die Rohrleitung E F abgesaugt, in die der Wasserabscheider J mit Fallrohr G eingeschaltet ist. Die Zuführung des Kühlwassers erfolgt durch die Kaltwasserpumpe M, die durch die Saugwirkung des Kondensators unterstützt wird. Die Luftabführung geschieht durch die trockne Luftpumpe L. Kaltwasserpumpe und Luftpumpe erhalten ihren Antrieb durch eine besondere Dampfmaschine T (wie es bei Zentralkondensationsanlagen häufig der Fall ist). K und H sind Rückschlagklappen, die schädliche Schwankungen der Wassersäulen in den Fallrohren verhüten sollen. P ist eine Vorrichtung, die bei nicht normalem Arbeiten des Kondensators (Eintritt von Wasser in die Luftleitung E) in Tätigkeit tritt und den normalen Zustand wiederherstellt (durch Einlassen von Luft in das Saugrohr F). Bei Gegenstromkondensation wird bei kleinerm Kühlwasserverbrauch ein besseres Vakuum erzielt als bei Parallelstromkondensation.

Fig. 6. Geschlossener Oberflächenkondensator (Längsschnitt).

Strahlkondensatoren sind Strahlapparate (s. d.), in die der Abdampf und das Kühlwasser eintreten, und in deren Mischdüse sich die K. vollzieht. Dabei wird die dem Abdampf noch innewohnende Triebkraft dazu benutzt, dem Mischwasser (kondensierter Dampf und Kühlwasser) eine solche Geschwindigkeit zu erteilen, die es befähigt, beim Austritt aus dem Apparat den Gegendruck der Atmosphäre zu überwinden. Eine Luftpumpe ist bei den Strahlkondensatoren also nicht erforderlich. Fig. 5 (S. 359) zeigt einen sogen. Universalkondensator von Gebrüder Körting in Hannover. Bei B wird der Abdampf zugeführt und gelangt durch zahlreiche schräge Löcher in die Mischdüse C, wo er mit dem bei F eintretenden, die Düse E durchströmenden Kühlwasser zusammentrifft. Der Ausfluß des Mischwassers erfolgt bei A. Zur Inbetriebsetzung des Kondensators läßt man während kurzer Zeit bei D mittels einer dritten Düse G Frischdampf in die Wasserdüse eintreten, wodurch das Kühlwasser (auf 3–5 m) angesaugt und durchgetrieben wird. Läßt man nun den Abdampf eintreten, dann arbeitet der Kondensator weiter, und der Frischdampf kann abgestellt werden. Die Mischdüse läßt sich der jeweils zu kondensierenden Abdampfmenge entsprechend regulieren durch Verschieben des Düsenrohres J mittels des von außen zu betätigenden Hebels H.

Bei den Oberflächenkondensatoren gewinnt man den kondensierten Dampf als destilliertes Wasser wieder. Dieses kann immer wieder zur Speisung der Dampfkessel benutzt werden. Wo man kein zur Kesselspeisung verwendbares Wasser sich billig verschaffen kann, also auf Seedampfern oder in manchen Grubenbezirken, wo man nur saure Wasser hat, deren Reinigung zu kostspielig wäre, da greift man deshalb notgedrungen zur Oberflächenkondensation.

Fig. 7. Zentralkondensationsanlage.

Oberflächenkondensatoren bestehen der Hauptsache nach in der Regel aus einem System von Röhren, die von Kühlwasser durchflossen und von dem zu kondensierenden Dampf umspült sind oder umgekehrt. Fig. 6 (S. 359) stellt einen liegenden, geschlossenen Oberflächenkondensator dar. In dem kesselartigen, zylindrischen Behälter (daher auch Kesselkondensator) sind zwischen zwei ebenen Rohrböden a a zahlreiche Messingrohre b dicht eingesetzt, die von dem bei c eintretenden Abdampf umspült werden. Das Kühlwasser wird bei d zugeführt, durchströmt die Messingrohre und verläßt den Kondensator bei e. Das Kondensationswasser wird bei f, die Luft bei g durch je eine Pumpe entfernt. Kondensationswasser und Luft können auch gemeinsam durch eine nasse Luftpumpe abgeführt werden. Ein Oberflächenkondensator mit nasser Luftpumpe in Verbindung mit einer stehenden Schiffsmaschine ist abgebildet auf Tafel »Dampfmaschinen III«, Fig. 19 und 20. Bei den offenen Oberflächenkondensatoren ist ein Röhrenbündel entweder liegend in einem offenen Wasserbehälter angeordnet (Bassinkondensator), wobei der Dampf durch die Rohre strömt, oder stehend, wobei das Kühlwasser in den vom Dampf umspülten Rohren aufsteigt. Bei den Rieselkondensatoren rieselt das Kühlwasser über die Oberfläche eines geeignet gestalteten Kondensatorkörpers herab. Letzterer kann aus einem System von liegend angeordneten Messingröhren, die mit gemeinsamen, stehenden Sammelrohren zu freistehenden Wänden vereinigt sind, gebildet werden. Rieselkondensatoren sind sehr wirksam und erfordern wenig Kühlwasser, weil die Wärmeabgabe durch Verdunstung unterstützt wird. – Bei den geschlossenen Oberflächenkondensatoren unterscheidet man ebenfalls Parallelstrom- und Gegenstromsystem, je nachdem sich im Kondensator Dampf und Kühlwasser gleichgerichtet oder entgegengesetzt bewegen. Der in Fig. 6 abgebildete Oberflächenkondensator ist nach dem Gegenstromprinzip eingerichtet.

Fig. 7 stellt eine Zentralkondensationsanlage dar (für 23,000 kg Dampf in der Stunde, ausgeführt von Balke u. Komp. in Bochum für das Hasper Eisenwerk in Haspe). Der Kondensator a ist als Mischkondensator nach dem Gegenstromprinzip gebaut. Er ruht auf der Warmwasserpumpe b. Diese und die trockne Luftpumpe c sind hintereinander angeordnet mit gemeinschaftlicher Kolbenstange. Der Antrieb beider Pumpen erfolgt hier durch einen Elektromotor.

Der aus einer Dampfmaschine ausströmende Abdampf enthält gewisse Mengen Zylinderschmieröl. Soll das bei der K. erhaltene warme Wasser (Mischwasser, bez. Kondensationswasser) zur Kesselspeisung verwendet werden, dann muß es von Öl gereinigt sein. Die Ölabscheidung erfolgt entweder aus dem Abdampf vor Eintritt desselben in den Kondensator mittels sogen. Ölabscheider (s. d.), oder aus dem den Kondensator verlassenden warmen Wasser durch geeignete Mittel und Einrichtungen (s. Wasserreinigung). Vgl. Weiß, Kondensation (Berl. 1901); Hausbrand, Verdampfen, Kondensieren und Kühlen (3. Aufl., das. 1904), und zum Teil die bei »Dampfmaschine« genannten Werke.