51° 25′ 31.84″ N, 0° 24′ 13.20″ W
Eine funktionierende Dampfmaschine zu Gesicht zu bekommen, ist ein seltenes Vergnügen, vor allem dann, sie auch noch »in situ«, d.h. genau an dem Ort, an dem sie eingesetzt wurde, besichtigt werden kann. In Kempton Park wurde eine riesige 3-fach Expansionsdampfmaschine, Worthington Nummer 6, genutzt, um täglich 72 Millionen Liter Wasser nach Nordlondon zu pumpen. Diese Maschine und ein Zwilling liefen 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche, von den späten 1920ern bis 1980.
Heute versorgt das Wasserwerk Kempton Park mit Hilfe elektrischer Pumpen London immer noch mit Wasser (etwa 284 Millionen Liter pro Tag). Erfreulicherweise wurde Nummer 6 wieder in einen funktionsfähigen Zustand versetzt. Dazu musste ein neuer Dampfkessel gebaut werden, da der alte beschädigt war. Nun kann die Maschine wieder an sieben Wochenenden im Jahr bei der Arbeit beobachtet werden.
Die Maschine ist fast 19 Meter hoch und wiegt 725 Tonnen. Sie besteht aus drei Zylindern unterschiedlicher Größe. Dampf tritt mit dem 14-fachen atmosphärischen Druck in den ersten (kleinsten) Zylinder ein, von dort mit weniger Druck in den zweiten, größeren Zylinder und schließlich in den dritten und größten Zylinder. Jeder Zylinder besitzt einen Kolben. Die Kolben sind alle mit dem gleichen Mechanismus zum Antrieb der Pumpen verbunden.
Der in den ersten Zylinder eingeleitete Dampf ist überhitzt, d.h. er wurde über den Siedepunkt hinaus erwärmt. In Kempton wird der Dampf um zusätzliche 65°C überhitzt. Dieser überhitzte Dampf erhöht den Wirkungsgrad der Maschine, weil er weniger kondensiert als Dampf mit niedrigeren Temperaturen.
Um die Maschine am Laufen zu halten, waren 12 Tonnen Kohle pro Tag nötig, die über eine speziell dafür gebaute Eisenbahn angeliefert wurden. Das Gebäude, in dem die Maschine steht, ist ein Denkmal für eine Zeit kommunaler Größe.
Den Wirkungsgrad messen
Bei einem Besuch in Kempton sollten Sie sich auch die Instrumente genauer ansehen, die die Leistung der Maschine überwachen. Zwei Instrumente sind von besonderem Interesse: der Strömungsmesser und die Verbrennungsanzeige.
Der Strömungsmesser misst die geförderte Wassermenge mit Hilfe des Venturi-Effekts. Das Wasser verlässt die Pumpstation durch eine Verengung, die sogenannte Venturi-Düse. Der Wasserdruck wird durch die Düse verringert. Dieser Druckunterschied ist proportional zur Menge des durchfließenden Wassers (Abbildung 53.1).
Der Strömungsmesser in Kempton leitet den Druckunterschied an ein mit Quecksilber gefülltes U-Rohr weiter. Das Quecksilber bewegt einen Stift, der die Durchflussmenge auf einem Papierzylinder festhält. Der Zylinder dreht sich alle sieben Tage einmal um sich selbst. So wird die entsprechende Durchflussmenge auf Papier festgehalten. Um die Gesamtmenge des gepumpten Wassers zu bestimmen, fasst ein mechanischer Computer die Durchflussmenge zusammen und gibt das Ergebnis auf einer Reihe von Zählscheiben aus.
Das andere interessante Instrument ist die Verbrennungsanzeige. Sie misst den Wirkungsgrad der Kohleverbrennung. Dazu wird das Gas im Rauchabzug abgefangen und die vorhandene Menge CO2 gemessen. Die Menge an CO2 im Abgas ist ein direktes Maß für die Effektivität der Kohleverbrennung – ein höherer CO2-Anteil deutet auf eine ineffiziente Verbrennung hin.
Um den CO2-Anteil zu messen, wird auch ein Druckunterschied genutzt. Gas aus dem Rauchabzug tritt in zwei Bälge ein. Ein Balg empfängt das Gas direkt aus dem Rauchabzug, der andere, nachdem das Gas durch einen Natronkalkfilter geströmt ist, der das CO2 absorbiert und einen Druckunterschied erzeugt. Durch den Druckunterschied wirkt eine entsprechende Kraft auf einen dafür vorgesehenen Stift, der dann eine Linie auf ein rotierendes Diagramm zeichnet. Auf diese Weise wird dann die Verbrennungs-Effizienz von einer Woche aufgezeichnet.
Natronkalk ist einem Mischung aus Kalziumhydroxid (Ca(OH)2), Wasser und Natronlauge (NaOH). Wenn Natronkalk mit Kohlendioxid in Verbindung kommt, wird er einer Reihe chemischer Reaktionen unterzogen. Dabei wird das Kohlendioxid absorbiert und es werden Kalziumkarbonat (CaCO3) und Wasser (Gleichung 53.1) erzeugt.
3-fach Expansionsdampfmaschinen waren bei der Wasserförderung weit verbreitet, spielten aber auch bei maritimen Antrieben eine wichtige Rolle. Die RMS Titanic wurde von zwei etwas größeren, aber vergleichbaren Dampfmaschinen angetrieben.
In Kempton sind auch Dampfturbinen zu sehen, bei denen der genutzte Dampf den gleichen Druck und die gleiche Temperatur aufweist wie bei den Dampfmaschinen. Die Turbinen wurden 1933 installiert und wiegen nur noch jeweils 25 Tonnen. Zwischen den Dampfmaschinen und den Turbinen steht die Pumpstation, die täglich 326 Millionen Liter Wasser liefern konnte.
Neben der Pumpstation befinden sich die Filterbecken, in denen man das Wasser filterte, bevor es in einem nahegelegenen Reservoir gespeichert wurde.
Das Wasserwerk liegt 35 Minuten westlich von London und ist mit dem Zug zu erreichen. Details finden Sie unter http://www.kemptonsteam.org/. Man kann auch eine spezielle Führung vereinbaren, bei der Sie die Maschine bedienen können, Dampf einlassen und die Geschwindigkeit bei 18 Umdrehungen pro Minute halten.
Wenn Sie es nicht nach Kempton schaffen, können Sie sich eine 3-fach Expansionsdampfmaschine auch im Kew Bridge Steam Museum in London ansehen. Das Museum besitzt eine Reihe historischer Dampfmaschinen, die an vielen Wochenenden in Betrieb sind. Die älteste Maschine des Museums wurde 1820 von Boulton und Watt gebaut und ist immer noch funktionsfähig. Details zu diesem Museum finden Sie unter http://www.kbsm.org/.