Die Abwärmetechnik. Bd. 1, Grundlagen

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VDI-Bücherstube Berlin NW7. Ingenieurhaus Nähe BrandenburgerTor

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DIE

ABWÄRMETECHNIK

V O N

£>t.=3ng. HANS BALCKE

B E R L I N - W E S T E N D

B A N D I : G R U N D L A G E N

M IT 147 A B B IL D U N G E N ,

49 Z A H L E N T A F E L N U N D E IN E M I. S-DIAGRAM M

M Ü N C H E N U N D B E R L I N 1 9 2 8

D R U C K U N D V E R L A G V O N R . O L D E N B O U R G

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î . 9 3

s i n

A lle R e c h te , e in s c h lie ß lic h des Ü b e rs e tz u n g s re c h te s , V o rb e h a lte n . C o p y rig h t 1928 b y R . O ld e n b o u rg , M ü n c h e n u n d B e rlin .

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(6)

V o r w o r t .

N ach E rscheinen m eines Y D I-T asehenhuches „A b w ärm e

v erw ertu n g zur H eizung u n d K rafterzeu g u n g “ t r a t der V erlag R. O ldenbourg m it der A ufforderung an m ich h eran , ein u m fangreicheres W erk ü b e r die A bw ärm etech n ik zu verfassen.

Diesem V orschläge stim m te ich gerne zu, weil ich durch die w arm e A ufnahm e, welche das V D I-T asch en b u ch gefunden h a t, e rm u tig t w urde.

Das T asch en b u ch sollte in g e d rän g ter F orm eine allge

m eine E in fü h ru n g in die A b w ärm etechnik bilden. A uf seiner G rundlage is t das neue W erk au fg eb au t, welches d er Ü b ersich t

lichkeit h a lb e r in 3 B ände g eteilt ist. D er erste B and m it dem U n te rtite l „D ie G rundlagen“ b e sch äftig t sich z u n ä ch st m it den zu r w eiteren A u sn u tz u n g zu r V erfügung steh en d en A bw ärm e

quellen. A bw ärm e g ilt h e u te n ic h t m ehr als „A b fall“ , sondern als w esentliche Quelle fü r E nergie u n d W ärm eversorgung, und deshalb m u ß jedes B eginnen a u f diesem G ebiete m it der U m schau nach b ra u c h b a ren A bw ärm em engen anfangen. H ieran anschließend w erden d an n die G rundelem ente einer jeden A b w ärm everw ertungsanlage in ausführlicher W eise bespro

chen, u n te r Z ugänglichm achung eines um fangreichen Z ahlen

m aterials u n d u n te r E in sch altu n g v o n R echnungsbeispielen.

D er zweite B and b e fa ß t sich m it dem „allgem einen A ufbau v o n A b w ärm ev erw ertu n g san lag en “ aus den im e rsten B ande besprochenen G ru n d b esta n d teilen . E s w ird in diesem B and der N achw eis g e fü h rt, d aß tr o tz d er V ersch ied en artig k eit der einzelnen In d u strie n und tr o tz des zum eist zeitlich u n d nach Menge u n d A rt n ich t zusam m enfallenden A bw ärm eanfalles u n d A bw ärm ebedarfs, alle A b w ärm everw ertungsanlagen au f

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e in e g a n z b e s t i m m t e A u s w a h l v o n S c h a lt u n g e n z u r ü c k g e f ü h r t w e r d e n k ö n n e n , d ie s ic h g r u n d s ä tz li c li w ie d e r h o le n .

D er d ritte B and b e fa ß t sich m it „S on d erg eb ieten d er A b w ärm ev erw ertu n g “ . E r b e ste h t aus einzelnen, n u r lose zu

sam m en h än g en d en A ufsätzen. Es wird liier besonders die V erw ertung von A bw ärm equcllen zur B ereitung v o n d estil

liertem W asser zu allen m öglichen Zw ecken besprochen. Auch w ird der stä n d ig steigenden B edeutung der A bw ärm everw er

tu n g im Schiffbau ein ausführlicher A b sc h n itt gew idm et sowie d er V erteuerung von A nfallgasen u n d der d a m it a k u t w erdenden Ferngasversorgung.

Je d e r B and ist in sich abgeschlossen. Alle 3 B ände u m fassen das gesam te G ebiet d er A bw ärm etechnik. Die Sam m lung soll dem A bw ärm etech n ik er ein F ü h re r sein d u rc h sein a u s

g edehntes A rbeitsfeld. E s soll ihm ein R atg eb er w erden bei A ngeboten, E n tw ü rfen u n d A usführungen. E s soll a b e r auch dem B etriebsingenieur und dem W erksbesitzer die Wege w eisen, wie er seinen B etrieb m it m öglichst einfachen M itteln w ärm ew irtsch aftlich vervollkom m nen kann.

Zu dem hier vorliegenden B and l ist im besonderen noch folgendes zu sagen:

Jed e A bw ärm everw ertungsanlage zerfällt in m ehrere G ru n d b e s ta n d te ile : In W ärm ea u stau sch e r (V erw erter), W ärm e

speicher, W ärm efo rtleitu n g sn etze u n d A rm atu ren . Als A b w ärm equellen kom m en D am pf, F euer und A bgase sowie heiße A bw ässer und zu letzt der elektrische A b fallstro m in -B e tra c h t.

Je n ach d er A bw ärm equelle sind die G ru n d b estan d teile der V er

w ertungsanlage v ersch ied en artig auszubilden. D ieselben w erden d a h er im folgenden nach A rt der A bw ärm equelle geordnet.

D en K onstruktionsbeschreibungon, Z ahlentafeln, G rößen- und G ew ichtstabellen sind die notw endigen th eo retisch en E rö rte rungen in leichtfaßlicher F orm vo rg esch altet. A uf A nw en

du n g der höheren M ath em atik ist, sow eit angängig, v erzich tet w orden.

Die Fülle des Stoffes b rin g t es n atu rn o tw e n d ig m it sich, d aß bei der V efschiedenartigkeit der A bw ärm equellen einer

seits u n d auch der E lem en te der V erw ertungsanlagen an d e r

seits, d er erste B and a u f den ersten Blick einen etw as „k aleid o s

k o p a rtig e n “ E in d ru ck m a ch t. D er geschlossene A ufbau des

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Y Buches w ird a b er sofort dem L eser z. B. beim D urchgehen der R echnungsbeispiele offenbar.

Ein großer Teil des Buches b e sch äftig t sich m it den W ä rm e au stau sch ern ; denn sie sind n ic h t n u r das H erz d er V erw ertungsanlage, sondern ihre M annigfaltigkeit ist au ch am größten.

An m anchen Stellen m u ß te der V erfasser — um sich n ic h t in E in zelh eiten zu verlieren — auf zwei seiner kürzlich erschie

nenen W erke verw eisen. E s h a n d e lt sich um das b ereits e r

w äh n te, im V D I-V erlage 1926 erschienene B uch des V erfassers

„A b w ärm ev erw ertu n g zu r H eizung u n d K rafterzeu g u n g “ , welches als E in leitu n g zu diesem Sam m elw erk ged ach t ist, u n d um das im V erlag R. O ldenbourg, M ünchen-B erlin, 1927 erschienene W erk „D ie K o n d en satio n sw irtsch aft“ , welches ein seh r w ichtiges Sondergebiet d er A bw ärm etech n ik sy n th e tisc h a u fb a u t.

Sollte das W erk dem A b w ärm etech n ik er und W ärm e

in g en ieu r ein u n en tb eh rlich er B e ra te r w erden, so e rach te ich die m ir gestellte A ufgabe als erfüllt. Ich m öchte ab er zum Schluß n ic h t verfehlen, den F irm en, welche m eine A rb eiten durch Z ugänglichm achung eines um fangreichen M aterials gefö rd ert h aben, m einen v erb in d lich sten D a n k auszusprechen.

B e r l i n - W e s t e n d , den 10. D ezem ber 1927.

D er V erfasser.

(9)

(10)

I n h a l t s - V e r z e i e h n i s .

V o r w o r t ...

Z u sa m m e n ste llu n g d e r w ic h tig ste n B e z e ic h n u n g e n ...

A b s c h n itt I.

Die A b w ärm e q u e l l e n ...

I a . A b d a m p f - u n d A n z a p f d a m p f ...

1. E inige E ig e n sc h a fte n des W a s s e r d a m p f e s ...

2. Die B e stim m u n g des D a m p fz u s ta n d e s v o r E i n t r i t t in die V e r w e r tu n g s a n la g e ...

3. Die W ä rm e b ila n z bei D a m p f k r a f ta n la g e n ...

4. Die A b- u n d Z w isc h e n d a m p fv e rw e rtu n g v on K o lb en d a m p fm a sc h in e n u n d T u r b i n e n ...

5. D er D a m p fv e rb ra u c h v on G eg en d ru ck - u n d A nzap f- m a s c h i n e n ...

6. D ie B e trie b sk o n tro lle u n d A u fste llu n g v o n W ä rm e b ila n z e n im M a s c h in e n b e trie b ...

I b . D ie A b g a s e ...

1. D er V e rb re n n u n g sv o rg a n g ...

2. D ie W ä rm e v e rlu ste bei F e u e r u n g s a n l a g e n ...

3. Die R a u c h g a se ...

a) Die B e trie b sk o n tro lle u n d A u fste llu n g v on W ä rm e b ilan zen im K e s s e l b e t r i e b ...

b) M öglichkeiten d e r W ä rm e v e rw e rtu n g v o n R a u c h g asen ...

4. Die A b h i t z e g a s e ...

a) Die a n fallen d e A b w ärm em en g e au s d en A bgasen v o n te c h n . Ö fen u n d V e rb re n m m g sk ra ftm a sc h in e n b) D ie B e stim m u n g d e r a u s n u tz b a re n W ä rm e m e n g e n aus A b h i t z e g a s e n ...

c) M öglichkeiten d e r V e rw e rtu n g v on A b h itzeg a sen I c . N u t z b a r e A b w ä s s e r ...

1. Die K o n d e n s a ti o n s d a m p f m a s c h in e n ...

2. D a m p fv e rb ra u c h sz a h le n bei K o n d en satio n sm asch in en 3. D as K ü h lw asser v o n V e rb re n n u n g sk ra ftm a sc h in e n . . 4. A u sn u tz u n g sm ö g lic h k e ite n des K ü h lw a s s e r s ...

S e ite

I I I X

1 1 1 6 9 11 14 23 25 26 35 36 36 42 42 42 46 49 50 50 52 54 55

(11)

Seite

I d . D ie e l e k t r i s c h e A b f a l l e n e r g i e ... 56

1. Die ele k trisc h e W ä rm e V erw ertu n g im ln - u n d A u slan d e 56 2. Die E n e r g i e u m s e t z u n g ... 57

3. M öglichkeiten v on w irtsc h a ftlic h e r E le k tro w ä rm e v e r w e rtu n g ... 53

A b s c h n itt II. I)ic G ru n d elem en te d er A b w ärm ev erw ertu n g sim in g en . . . . 60

A l l g e m e i n e s ... 60

I I A . D ie W ä r m e a u s t a u s c h e r ... 62

1. Die T heorie des W ä r m e a u s t a u s c h e s ... 62

2. Die E rm ittlu n g d er Ar-Werte fü r die v ersch ied en en W ä rm e a u sta u sc h n iö g lic h k e ite n ... 70

G i'uppe 1: V o r w ä r m e r ... 71

a) D a m p f — W a n d — W asser (D am p fv o rw ärm er) . 71 b) D a m p f — W a n d — L u ft (L u fte rh itz e r) . . . . 77

c) F lü ssig k eit — W a n d — F lü s sig k e it (L au g en v o r- w ä r m e r ) ... 83

G ru p p e 2: R a u c h g a s v e r w e r t e t ... 84

a) R a u c h g a se — W a n d — W asser (E konom iser) . . 84

b) R a u c h g a se — W a n d — L u ft (R a u c h g a s-L u ftv o r w ä rm e r) 88

G ru p p e 3: A b g a s v e r w e r t e r ... 80

a) A bgase — W a n d — W asser (A bhitzekessel) . . 89

b) A bgase — W a n d —- L u ft (A b g a s-L u fte rh itz e r) . 93 G ru p p e 4 : Ü b e r h i t z e r ... 94

a) D a m p f — W a n d — D a m p f (Z w isch en d am p f-Ü b er h itzer) ... 94

b) F eu erg ase — W an d — D a m p f (F risch d am p f- Ü b e rh itz e r) ... 95

3. Die R e in h a ltu n g d er T re n n flä c h e n bei W ä rm e a u s ta u s c h e rn ... 97

a) Die V ersc h m u tz u n g e n d u rc h den h eize n d en S to ff (D am p f od er A b g a s e ) ... 99

b) Die A b lag eru n g en d u rc h den b e h e iz te n S to ff (W asser od er L u f t ) ... 101

c) Die V e rg ü tu n g s m e lh o d e n ... 103

1. Die E n th ä r t u n g v o n W a r m w a s s e r ...103

2. Die E n th ä r tu n g von S p e i s e w a s s e r ...104

3. Die N o tw e n d ig k e it d er W a sse re n tg a su n g . . 105

4. Die B e re c h n u n g d er H eizfläche v on W ä rm e a u s ta u sch ern ... 106

5. Die k o n s tru k tiv e G e sta ltu n g d er W ä rm e a u s ta u s c h e r 107 G ru p p e 1: V o r w ä r m e r ... 107

a) D ie D a m p fv o rw ä rm e r ...107

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IX Seite

b) Die L u f t e r h i t z e r ... 126

c) Die L a u g e n v o r w ä r m e r ... 142

G ru p p e 2 : R a u c h g a s v e n v e r t e r ... 143

a) Die E k o n o m i s e r ... 143

b) Die R a u c h g a s l u f tv o r w ä r m e r ... 154

G ru p p e 3: A b g a sv e rw e rte r ... 162

a) Die A b h itz e k e s s e l... 162

b) Die A b g a s l u f t e r h i t z e r ... 173

G ruppe 4 : Ü b e r h i t z e r ...175

a) Die Z w i s c h e n d a m p f ü b e r h i t z e r ...175

b) Die F r is c h d a m p f ü b e r h itz e r ...178

I I B . D ie W ä r m e s p e i c h e r ... 193

A l l g e m e i n e s ... 193

1. Die D a m p fsp e ic h e r ... 194

a) G le ic h d r u c k s p e ic h e r ... 195

b) R u t h s - S p e i c h e r ...197

c) R a te a u - S p e ic h e r ... 199

d) E l e k t r o - D a i n p f s p e i c h e r ... 208

2. Die H e iß w assersp eich er ... 214

a) G r o ß r a u m s p e ic h e r ... 214

b) B o i l e r ... 220

c) E le k tro -H e iß w a s s e r s p e ic h e r...221

I I C. D a s W ä r m e f o r t l e i t u n g s n e t z ... ■ . . . 224

A l l g e m e i n e s ... 224

1. D as K rite riu m d er W ä r m e t r ä g e r ...224

2. Die B e re c h n u n g von D a m p fro h rle itu n g e n ... 228

3. Die ü b rig e n K essclh au sleitu n g en ...233

4. D as R o h r le itu n g s m a te r ia l... 234

5. Die L a g e ru n g d er R o h r l e i t u n g e n ...237

6. D as D ic h tu n g s m a t e r ia l... 239

7. G ru n d sä tz lic h e s ü b e r den E n tw u rf eines L e itu n g s n etze s ...239

8. D er W ä rm e sc h u tz fü r R o h r l e i t u n g e n ...242

II D. D ie A r m a t u r e n ...250

1. Die A rm a tu re n im n e u z eitlich en D a m p fb e trie b e . . 250

2. Die A rm a tu re n zu r R e in h a ltu n g d e r H eizfläch en von A b w ä r m e v e r w e r t e r n ... .... - 271

a) E n tö l e r ... 271

b) W a s s e r a b s c h e i d e r ... 277

c) R u ß - u n d S ta u b -A b - u n d A u s b l ä s e r ...279

A n h a n g ... T afel 1: IS -D ia g ra m m v o n K n o b lau ch . T a fe l 2 : B e re c h n u n g von D a m p fle itu n g e n . V erzeichnis d er Z a h le n ta fe ln ... 282

S a c h r e g i s t e r ... 2*15

(13)

Z usam m enstellung der w ichtigsten B ezeichnungen.

a t a = ab s. D ru c k in k g /cm 2; 1 a t a = 760 m m QS.

a tü = Ü b e rd ru c k in k g /cm 2.

Q — in z S td . b eim W ä rm e a u s ta u s c h ü b e rtra g e n e W ä rm e m e n g e in k c a l; b ei 3 = 1, in k cal/h .

D = D a m p fg e w ic h t in z S td . in k g ; b ei s = 1, in kg/li.

G = W asser-, R a u c h g a s- bzw . L u ftg e w ic h t iu z S td . in k g ; bei s = l in k g /h .

F = H eizfläch e des O b e rflä c h e n -W ä rm e a u sta u s c h e rs (V erw erters) in m 2.

n = Z ahl d e r R o h re , ,

l = L än g e d e r R o h re in m , ( w elche die W ä rm e - d = D u rc h m e sse r d e r R o h re in m , a u sta u sc h flä c h e b ild en .

<5 = W a n d s tä rk e d e r R o h re in m , ' a = W ä rm e ü b e rg a n g sz a h l in k c a l/m 2h°.

7. = W ä rm e le itz a h l in kcal/m h°.

k = W ä rm e d u rc h g a n g sz a h l in kcal/'m 2h°.

= a b so lu te T e m p e r a tu r des h eiß e n S to ffes I 1 b eim W ä rm e - T 2 — ,, ,, ,, k ä lte re n ,, II ) a u sta u sc h .

&x = T e m p e ra tu re n in 0 C des h e iß e n S to ffes 1 1 b eim W ärm e-

= ;, ,, 0 C ,, k ä lte re n ,, II J a u s ta u s c h A m = m ittle r e r T e m p e ra tu ru n te rs c h ie d zw ischen I u n d II .

fi = E n tla d e -A n fa n g s -T e m p e ra tu r in 0 C bei S p eich ern .

?2 = E n tla d e -E n d - ,, „ 0 C „ „

ts = T e m p e r a tu r des Z u sa tz w a sse rs fü r V e rw e rte r u n d S p eich er.

Qs — R a u c h g a s v e rlu s t in kcal.

W $ = S tra h lu n g s v e rlu s t in kcal.

I I "== o b e re r H eizw ert in k c a l/k g bzw . k c a l/m 3 bezogen, a u f W asser.

I I u — u n te r e r H e iz w e rt in k c a l/k g bzw . k c a l/m 3, b ezogen a u f W a sse rd a m p f.

M = M o lek u larg e w ich t in kg.

c — spez. W ä rm e in k cal/k g .

c v — ,, „ ,, ,, b e i k o n st. D ruck.

c„ = „ ,, ,, ,, „ „ V o lu m en .

y = spez. G ew ich t in k g /m 3 (bzw. k g /d m 3 bei S p eich ern m it fe s te r F ü llu n g ).

us = spez. V o lu m en in m 3/k g . i — W ä rm e in h a lt k cal/k g .

v = D am p f-, L u ft-, G as-, W a sse rg e sc h w in d ig k e ite n in m /sek.

&m = m ittle re T e m p e r a tu r in °G v o n D a m p f, G as o d e r H eiß w asser in n e rh a lb e in er F e rn le itu n g .

t m — m ittle re T e m p e r a tu r in 0 C v o n Iso lierm assen .

(14)

X I Chemische Zeichen.

C = K ohlenstoff.

H , = W assersto ff.

0 2 = S au ersto ff.

N 2 = S tic k sto ff.

S = Schw efel.

CO = K o h len o x y d . C O , = K o h len säu re.

S O , = schw eflige S äu re.

C H 4 = M eth an . C,II., = Ä th y le n . H , 0 = W asser, W a sse rd a m p f.

E inheiten.

1 P S = 7 5 m kg/'sek.

1 k W = 75 X 1,36 = 102 m kg.

W ird die L e i s t u n g v on 1 k W eine S tu n d e la n g g e b ra u c h t, so ist die g e le iste te A r b e i t = 1 kW h.

-1 k cal = 427 m k g = 0,001163 k W h .

■1 k W h = 860 k cal = 367 230 m k g = = 1]36 P g h-

= 632 kcal = j -j = 0,7353 k W h .

(15)

» ü l

- , \ 'i s .

•... g

(16)

A b sc h n itt I.

D i e A b w ü n n e q u e i l e n . I a ) A b d a m p f u n d A n z a p f d a m p f.

1. E inige E igen sch aften des W asserdam pfes.

Die S ied etem p eratu r l is t vom D ruck p abhängig. Z ur E rw ä rm u n g von 1 kg W asser von 0 auf 1° G ( = Siedetem p.

beim D ruck p) is t eine W ärm em enge notw endig, welche als F l ü s s i g k e i t s w ä r m e bezeichnet w ird. Z ur V erdam pfung v o n 1 kg W asser v o n 1° beim D ruck p ist eine W ärm e

menge „ r “ erforderlich, die als V e r d a m p f u n g s w ä r m e be

zeichnet w ird. T ro tz Z ufü h ru n g der V erdam pfungsw ärm e w ird ab er die, füh lb are W ärm e des D am pfes n ic h t größer als diejenige des siedenden W assers, weil die V erdam pfungsw ärm e v o llstän d ig in A rb eit um gew an d elt wird.

Die V erdam pfungsw ärm e se tz t sich zusam m en aus der i n n e r e n u n d ä u ß e r e n V erdam pfungsw ärm e. Die innere V er

dam pfungsw ärm e d ie n t dazu, d en m olekularen Z usam m enhang d e r F lüssigkeitsteilchen zu lösen, die äußere V erdam pfungs

w ärm e w ird zur Ü berw indung des D ruckes bei d er R au m v er

grö ß eru n g b en ö tig t.

Die Sum m e v o n F lüssigkeits- u n d V erdam pfungsw ärm e:

i = q - f r

ste llt die G esam tw ärm e oder den W ä rm ein h alt von tro ck en g e sä ttig te m W asserd am p f beim D ruck p dar.

Z ahlentafel 1 g ib t einen A uszug aus d en T afeln fü r ge

s ä ttig te n W asserd am p f aus d er H ü tte , sow eit diese fü r die A b w ärm etechnik in F rage kom m en.

Die bei der K o n d en satio n v o n tro c k en g esättig tem D am pf freiw erdende K o n d e n s a t i o n s w ä r m e is t gleich der V er

dam pfungsw ärm e r, w elche v o rh in b e n ö tig t w urde, u m sieden

des W asser u n te r dem D rucke p in trocken g e sä ttig te n D am pf von d e r gleichen S p an n u n g zu verw andeln.

B a l c k e , A b w ä r m e te ch n ik I . 1

(17)

Z a h l e n t a f e l 1.

W asserd am p ftab elle fü r g e sä ttig te n D am pf.

(A b g e ru n d e te Z ahlen.)

D a m p f

dru ck p in

a ta

D a m p fd ru ck pa

in

atfl

S ie d e te m p . l in G raden C eis. und zu 

g le ic h F lü s- sig k e its-

w iirm e in kcal

W ä r m e  m en g e i in

kcal für 1 kg D a m p f au s W a sser v o n 0" ( G e- s a m tw ä r m c ) in k c a l1)

R a u m in h a lt v o n 1 kg

D a m p f in

1

G e w ic h t )' v o n 1 m s D a m p f

in

kg

0,1 90 v .H . V ak . 46 620 15 000 0,07

0,5 50 „ „ 81 631 3 270 0,3

1 0 99 637 1 7 0 0 0,6

2 1 120 643 888 1,1

3 2 133 647 600 1,7

4 3 143 650 460 2,2

5 4 151 653 375 2,7

6 5 158 655 320 3,2

7 6 164 657 275 3,7

8 7 170 658 240 4,1

9 8 175 660 215 4,6

10 9 179 661 200 5,1

11 10 183 662 180 5,6

12 11 187 664 165 6,1

13 12 191 665 150 6,5

14 13 194 666 140 7

15 14 197 667 135 7,4

16 15 200 668 127 7,8

S te h t trocken g e sä ttig te r A b d am p f vom D ruck p zu r w eiteren V erw ertung zur V erfügung, so m uß m öglichst dessen ganzer W ä rm e in h alt i au sg e n u tz t w erden. Dieser F all is t z. B.

gegeben, w enn der A bdam pf in einen G egenstrom -O ber- flächen-V orw ärm er g efü h rt w ird, um W asser anzuw ärm en u n d wenn das K ondensat des A bdam pfes in den Kessel zu rü ck gespeist w ird (abzüglich a u ftre te n d e r S trah lu n g s- u n d L e itu n g s

verluste).

') ln d e r A b w ä rm e te c h n ik k a n n m it a u sre ic h e n d e r G e n a u ig k e it a n g en o m m en w erd en , d a ß die F lü s sig k e its w ä rm e ,,q“ im m e r so viel k cal b e tr ä g t, w ie ih r S ie d e p u n k t in 0 C ü b e r d em N u llp u n k t lie g t, B eisp iel: lt . W a s s e rd a m p fta b e lle sie d e t d a s W a s s e r bei 1 2 a ta bei 187 °C , d a h e r b e tr ä g t die F lü s sig k e its w ä rm e bei 12 a ta , q =

187 k c a l/k g . D ie V e rd a m p fu n g sw ä rm e ,,r “ is t gleich i — q , so m it is t in d em an g en o m m en en R ech n u n g sb e isp ie l bei 12 a ta r = i — q = 664 — 187 = 477 k cal/k g .

(18)

3

710

.

⁷⁶⁰

I.t; ™

\ 770

l&700 I iiff

■i SSO1

670

F ü h r t m an tro c k en g esättig tem D am pf w eiter W ärm e zu, so w ird e r ü b e rh itz t. Es m uß dem nach u n terschieden w erden zwischen feuchtem , tro ck en g e sä ttig tem und überhitztem D am pf.

Im I S -D iag ram m (s. Tafel 1, A nhang) ist der Z ustand des tro ck en g e sä ttig te n D am pfes d urch die G renzkurve gekenn

zeichnet. Das G ebiet u n te rh a lb dieser G renzkurve bezieht sich au f feuchten, dasjenige oberhalb auf ü b erh itzten Dam pf.

In neuerer Z eit w ird in M aschinenbe

trieb e n und zu r F e rn leitu n g ü b e rh itz te r D am pf bis 450° a n gew endet. D er ü b er

h itzte D am pf is t also ein ü b e r die T em p era

tu r des tro ck en g e

sä ttig te n Z ustandes hinaus erw ärm ter D am pf, dessen S p a n nung ab er der des S ättig u n g sd ru ck es en tsp ric h t. W enn z. B.

D am pf d urch den an einem D am pfkessel an g eb rach ten Ü b er

h itzer geleitet w ird,

so w ird er z u n äch st g etro ck n et, d. h.

W asser w ird v e rd a m p ft; d an a ch g eh t der alsdann tro c k e n g e sättig te D am pf in ü b erh itzten üb er, wobei auch das V o

lum en eine der T e m p e ratu rsteig eru n g entsprechende Z unahm e e rfä h rt. Das spezifische V olum en des ü b e rh itz te n D am pfes ist also größer als das des tro ck en g esättig te n .

Der W ä rm e in h a lt des D am pfes w ird durch die Ü berhitzung erh ö h t, u n d diese E rh ö h u n g des W ärm cinhaltes ist gleich dem P ro d u k t aus der spezifischen W ärm e u n d d er T e m p e ra tu r

erh ö h u n g ü b er die S ä ttig u n g ste m p e ra tu r hinaus.

D er W ärm e in h a lt des ü b e r h i t z t e n D am pfes is t d a h e r:

620

i bei tu = ,Uo°C

i hei ^■i ^o

i bei tü^«250°C

i Oei tü=?on°r

( ,f t e j £ -

220

200 §

f

160

t

16 16 20

6 S 10 12 17

Dampfdruck in ofa — *-

A b b . 1. Sch au b ild zur B estim m u n g d es W ä rm e

in h a lte s v o n 1 k g D a m p f in k cal bei v e rsch ied en en T em p e ra tu r en und v ersc h ie d e n e n D rü ck en .

etw a m it gerissenes

ia — 9 r 4~ cpm (G — 0'

1*

(19)

D ruck zwischen der A n fa n g ste m p e ra tu r t und der E n d te m p e ra  tu r t. des ü b e rh itz te n D am pfes b ed eu tet. cpm ist bei gleicher T e m p e ra tu r um so höher, je h öher d er D ruck ist, dagegen n im m t sie nach den V ersuchen von K noblauch und Mollier von der S ä ttig u n g ste m p e ra tu r aus m it der T e m p e ra tu r zu

n ä ch st ab, um nach E rreich en eines k lein sten W ertes w ieder zuzunehm en (s. Z ahlentafel 2). Das Schaubild A bb. 1 d ien t zur raschen B estim m ung des W ärm ein h a ltes i von 1 kg D am pf bei verschiedenen T e m p e ra tu re n u n d D am pfdrücken.

Z a h l e n t a f e l 21).

M ittlere spezifische W ärm e c p m des überhitzten W asserdam pfcs nach M itteilung aus der P hysik. Techn. R eichsanstalt von

D r.-In g. M. JaÖob.

D ruck in a la 10

Iiei S ä ttig u n g s- te m p . i B ei Ü b er-

liltz u n g s - te m p . i„ - 1 5 0 °

200°

250°

300»

350»

400°

! 0,482 jo ,499 0,516 0,533 0,549 0,566;0,583

! I I

0,4 7 7 :0,492|0,509u,527

0,600 0,618 0,637

0,5650,5820,599 0,536 0,545 0,554 0,522 0,529 0,536 0,515 0,520 0,526 0,512 0,517 0,522 450» 0,480 0,484 0,489 0,494 0,498 0,503 0,507 0,511 0,515 0,519

0,474 0,485:0,497,0,509 0,522 0,535 0,555 <

0,473 0,482 0,490 0,499 0.503 0,517,0,526 ( 0,474 0,480,0,48710,495i0,5010,508 0,515 ( 0,475 0,481 ¡0,48710.493 0,498 0,504 0,509,1 0,477 0,482 0,487 0.493 0,498 0,503 0,507 (

I

D ruck in ata 11 12 | 13 14 | 15 10 17 18 19 20

B ei Sättigunprs- te m p . t 0,655

1

0,6730,691

1 •

0,710 0,729 0,7490,769 0,789 0,811 0,834

B ei Ü b er-

hit z u n g s- te m p . t . 150»

200» 0,619 0,639:0,673 0,707 — j

~ . V . . 250»

300»

350»

0,564 0,574 0,585 0,596 0,608 0,621 0,634 0,647 0,661 0,676 0,542 ;0,548|0,555 0,562 0,5700,578i0,585 0,592 0,600 0,608 0,541 0,536 0,542 0,548 0,553 0,559 0,564 0.570 0,575 0,581 400» i 0,526 0.530 0,534 0,539 0,543 0,548 0,552 0,557 0,561 0,566 450» ; 0,523 -0,527 0,531 0,535 0,538,0,542 0,546 0,550 0,554 0,558

*) A us Z e itsc h rift des V ereins d e u ts c h e r In g e n ie u re 1912, S. 1984.

(20)

D er R au m in h a lt von 1 kg D am pf is t:

in tro ck en g esättig tem Z u stan d : vs = 47,1 T m 3,s p in ü b e rh itz te m Z u s ta n d :

va =Ä47,1 — — 0,016 m 3, Pi,

in w elchen F o rm eln :

T = der absoluten S ä ttig u n g ste m p e ra tu r, T . = der absoluten Ü b e rh itzu n g stem p eratu r, p = dem S ä ttig u n g sd ru c k in k g /m 2,

p D — dem D am pfdruck in k g /m2 ist.

In Z ahlentafel 3 sind die V olum ina fü r die D rücke von 1 bis 19 a ta u n d fü r T e m p e ra tu ren bis tii — 450° e n th alten .

Spezifisches V olum en des überhitzten W asserdam pfes (nach K n o b l a u c h und J a c o b ) 1).

A bsoluter

Druck 1 3 5 ⁷ ’ 9 11 13 15 17 19

S ätti- gunRstem-

p eratur 99,1 132,9 151,1 164,2 174,0 183,2 190,8 197,4 203,4 .■

208,2 Volumen

bei

Sättigung 1,7281 0,61S2 0,3826 0,2785 0,2195 0,1813 0,1546 0,1346 0,1193 0,1071

Über*

hitzungs- tem peratur

110 120 130 140 150

1,7810 1,8302 1.S789 1,9273 1,9755

0,6305 0,6476

-

M ń + j

* S f5

ü C g

- ü

110 12Ü 130 140 150 160

170 ISO 190 200

2,0237 2,0716 2,1196 2,1674 2,2152

0,6646 0,6814 0,0981 0,7146 0,7311

0,3923!

0,4030' 0,2833 0,4136 0,2913 0,4239! 0,2992 0,4342! 0,3068

0,2232 0,2296 0,2359

0,1862

0,1906 0,1591 0,1359

160 170 180 190 200 220

240 260 280 300

2,3107 2,4060 2,5011 2,5960 2,6909

0,7639 0,7964 0,8828 0,8611 0,8932

0,4544 0,3217 0,4744i 0,3364 0,4942j 0,3509 0,5140 0,3653 0,5337 0,3795

0,2479 0,2597 0,2712 0,2826 0,2930

0,2009 0,2108 0,2205 0.2300 0,2393

0,1683 0,1770 0,1853 0,1935 0,2016

0,1443:0,1259 0,1520| 0,1330 0,1595 0,1397 0,1668; 0,1463 0,173910,1527

0,1113 0,1180 0,1242 0,1302 0,1359

220 240 260 280 300 350

400 450

2,9279 3,1643 3,4006

0,9733 1.0529 1,1323

0,5824:0.4147 0,6306! 0^4496 0,6786! 0,4842

0,3217 0,3491 0,3752

0,2624 0,2850 0,3074

0,2214; 0,1913 0,1683 0,240710,2109! 0,1834 0,2597! 0,2248:0,1981

0,1501 0,1637 0,1771

350 400 450

') A us Z e itsc h rift des V erein s d e u ts c h e r In g e n ie u re 1912, S. 1986.

(21)

2. D ie B estim m u n g des D am pfzustandes vor E intritt in die Y cn vertu ngsanlage.

Z u stan d sän d eru n g en des D am pfes können am b esten a n H and des /5 -D ia g ra m m e s von M ollier oder K noblauch v e r

folgt und b e stim m t w erden. Tafel 1 (A nhang) zeigt die D a r

stellu n g von K noblauch, auf der Abszisse is t die E n tro p ie auf den O rd in aten d er W ä rm ein h alt aufgetragen. A bb. 2 zeigt einen A uszug aus diesem D iagram m für die hier zu b e tra c h te n d e n Fälle.

we we

A b b . 2. D a r ste llu n g d er Z u sta n d sä n d eru n g en d es D a m p fes im /S - D ia g r a m m .

In A bb. 2 en tsp ric h t der P u n k t A dem Z u stan d des F risc h  dam pfes bei 12 a ta und 300° Ü b erh itzu n g . L ä ß t m an den D am pf d urch ein D ruckreduzierventil ström en, so b leib t d er W ärm ein h a lt gleich, w enn eine vollständige Isolierung ange

nom m en w ird. D a der W ä rm ein h alt k o n s ta n t b le ib t, ste llt sich der-V organg im /A -D iagram m als horizontale Linie dar.

D er E n d z u sta n d ist durch P u n k t Dr gekennzeichnet, w enn eine D ruckabnahm e von 12 a ta auf 1,0 a ta erfolgen soll, wobei infolge der E xpansion die T e m p e ra tu r a b sin k t und gleichfalls dem /5 -D ia g ra m m entnom m en w erden kann. D a p rak tisch jedoch stets W ärm everluste v o rh an d en sind, so liegt der E n d

(22)

z u stan d des D am pfes zw ar auf der D rucklinie 1,0 a ta , aber w eiter u n te n , z. B. bei D rl. Der gleiche D rosselvorgang stellt sich ein, w enn s t a t t des D ruckreduzierventils eine enge L eitu n g v o rh an d en ist.

Ganz anders wie bei den eben b e tra c h te te n D rossel-V or

gängen g e sta lte t sich die Z u stan d sä n d eru n g des Dam pfes, w enn sein D ruck durch E x p an sio n im Z ylinder einer K olben

dam pfm aschine oder in einer D am p ftu rb in e h erab g em in d ert w ird. H ier w ird dem D am pf ein Teil seines W ärm einhaltes entzogen und in A rb eit um gesetzt.

F ü r den A bw ärm etech n ik er ist die B estim m ung des W ärm ein h altes i2 des der K raftm aschine en tströ m en d en A b

dam pfes beim E in tr itt in die angehängte V erw ertungsanlage w ichtig, um diese zw eckentsprechend entw erfen zu können.

Dieser W ärm ein h alt ist b e stim m t d urch den A nfangszustand des Frischdam pfes v o r der M aschine, der W ärm eau sn u tzu n g in der K raftm asch in e u n d den W ärm ev erlu sten zwischen M a

schine und V erw ertungsanlage.

D er W ä rm ein h alt ix des F rischdam pfes v o r E in tr itt in die M aschine is t gegeben (s. P u n k t A A bb. 2). Die W ärm eau s

n u tz u n g in d er M aschine erg ib t sich aus dem V erhältnis:

D am p fv erb rau ch d er v erlu stlo sen M aschine k g /P S h w irklichen D am p fv erb rau ch k g /P S h

D er theoretische D am p fv erb rau ch Z)th d er „v erlu stlo sen “ Ma

schine, lä ß t sich m it Hilfe des /¿'-D iag ram m es erm itteln . Bei einer solchen „v erlu stlo sen “ M aschine erfolgt die A rb e its

leistu n g u n te r rein a d ia b atisc h er E xpansion des D am pfes zwi

schen einem gegebenen A nfangs- und gegebenen E n d d ru c k ; die E n tro p ie b le ib t also k o n sta n t. M an k an n d ah e r den U n te r

schied der W ärm ein h a lte tx u n d i2 des Frisch- und A bdam pfes oder das th eoretische W ärm egefälle 2tll — welches in der „ v e r

lu stlo sen “ M aschine in A rb eit um gesetzt w ird — sofort erm itteln , w enn m an d u rc h den A nfangszustand des Z udam pfes (z. B. A A bb. 2) die S enkrechte, und zw ar bis auf die Linie des gew ünsch

te n G egendruckes, z. B. bis B , D oder C zieht. D er D am p fv er

b ra u ch d er „v erlu stlo sen “ M aschine is t d a n n : W ärm ew ert von 1 P S h 632,5

(23)

Z ur E rm ittlu n g des spez. D am pfverbrauches D c bei D am p ftu rb in en bei gegebenem A nfan g szu stan d des D am pfes, gegebenem G egendruck (aucli K ond en sato rd ru ck ) u n d ge

gebener N orm alleistung b e d ien t m an sich zw eckm äßig des zeichnerischen V erfahrens von F o rn e r1).

D as w irklich au sg e n u tzte Gefälle is t d a n n :

D er W ä rm ein h alt des A bdam pfes ist alsdann )'2 = ¿1—• }.e kcal/kg. Z ieht m an n u n von P u n k t A im /N -D iagram m (Abb. 2), w elcher dem A nfan g szu stan d des Z udam pfes e n t

sp rich t, die Senkrechte A — E = Xe und d urch E die W ag erech te bis zum S c h n itt m it d er Linie des gew ählten G egendruckes, so erg ib t dieser S c h n ittp u n k t F den F eu c h tig k eitsg eh alt des A b

d am pfes2).

In W irk lich k eit kom m en ab er noch Wrärm ev erlu ste h in zu, so daß der E n d z u sta n d des die M aschine verlassenden A bdam pfes tiefer au f d er L inie gleichen D ruckes liegt. D er P u n k t V liegt zum eist im nassen G ebiete, d. h. es w ird ein Teil des D am pfes zu W asser k o n d en siert m itgerissen. D er D am pf ist infolgedessen v o r E in tr itt in die V erw ertungsanlage sorg

fältig zu entw ässern. Die A bdam pfm enge ist d an n um den in der M aschine k o n d en sierten B etrag geringer als die F risch dam pfm enge. W ie groß diese WMssermenge ist, lä ß t sich aus der Lage des P u n k te s F aus dem /S -D ia g ra m m e rm itteln . D er P u n k t F w ird von einer Linie gleicher F eu c h tig k e it (z. B. x = 0,95) g esch n itten , d. h. d er D am pf e n th ä lt in diesem F alle 5 v .H . W asser.

N ach der „ I l ü t t e “ k a n n — bei K olbenm aschinen je nach M aßgabe d er V erhältnisse — m it einem W ärm ev erlu ste v o n 100 bis 120 k cal/P S i u n d S tu n d e gerechnet w erden. Bei ü b e r

h itz te m D am pfe u n d hohem D ruck sind diese W ärm ev erlu ste größer als bei g esättig te m D am pfe u n d niedrigem D rucke. — Wird, der D am pf v o r dem E in tr itt in den Z ylinder e rst d urch dessen M antel geleitet, so ist außerdem noch die F lüssigkeits

w ärm e des N iederschlagsw assers in den M änteln in A bzug J) F o r n e r , „ D e r D a m p fv e rb ra u c h v on D a m p ftu rb in e n “ , Z. d.

V . d. I. 1922, S eite 955.

2) Siehe L inie gleich er F e u c h tig k e it d u rc h E in A S-Tafel, A n h a n g .

(24)

9 zu bringen. Die F lüssigkeitsw ärm e ric h te t sich nach dem in den M änteln herrschenden D rucke, u n d d a dieses K o n d en sat m eist d urch besondere L eitu n g en a b g efü h rt w ird, so ersch ein t es n ic h t m ehr beim D a m p fa u stritt aus der M aschine. Be

zeichnet Cm dieses M antelkondonsat, so tre te n v o n der fü r 1 P S i der M aschine zugeführten D am pfm enge l ) t au ch n u r {Di — C m) aus der M aschine aus.

Das M an telk o n d en sat b e trä g t bei Z ylinderm aschinen 10 bis 15 v .H . bei g esättig te m , 2,5 bis 4,5 v.M. bei ü b erh itztem D am pfe, bezogen auf die der M aschine für 1 P S i zugeführte D am pfm enge, w obei die niedrigeren Zahlen für die volle B e

lastu n g , die höheren Z ahlen für T eilb elastu n g bis zu 40 v. II.

der N orm alleistung g e lte n 1). (Bei M aschinen m it d ire k te r M antelheizung, bei w elchen also der D am pf vo r dem E in strö m en in die Z ylinder n ic h t erst den D am pfm antel d u rc h strö m t, is t n a tü rlic h ein diesbezüglicher A bzug n ich t zu m achen.)

B e i s p i e l : E in e Z w e iz y lin d e r-K o n d e n sa tio n sm a sc h in e m it einem D a m p fv e rb ra u c h e v o n 6,8 k g /P S i a rb e ite m it 10 a t D a m p fd ru c k , w obei d e r d e r M aschine z u strö m e n d e D a m p f 3 v.M . W a ss e r e n t

h a lte . D er W ä rm e v e rlu s t TF d e r M aschine sei m it 110 k c a l/P S i a n g en o m m en . — D ie M a n te lh e iz u n g soll 10 v .H ., also Cm = 0,68 kg b e tra g e n . E s is t d e r W ä rm e in h a lt d e s a u s d e r M a s c h in e a u s t r e t e n d e n D a m p f e s z u b e s t i m m e n . — D e r W ä r m e i n h a l t des z u s t r ö m e n d e n D am p fes m it 3 v .H . W a ss e rg e h a lt is t

¡'j = 181,2 + 0,97 • 482,6 = 649,3 k c al/k g .

Die F lü s sig k e its w ä rm e des im M a n te l u n te r 10 a t k o n d e n sie re n d en D am p fes is t q' = 181,2 k cal/k g . D an a c h is t d e r W ä rm e in h a lt des a u s tre te n d e n D a m p fe s :

D i • iy — 632,32 — W — C m q'

U~ " 6,8

6,8 • 649,3 — 632,32 — 110 — 0,68 -181,2

~ 6,8

f., = 522,01 k c a l/k g 2).

3. D ie W ärm ebilanz bei Dampi'krat'tanlagen.

A n dem W ä rm e in h a lt des D am pfes h a t die V erdam pfungs- bzw. K ondensationsw ärm e den H a u p ta n te il. 1 k g D am pf von 12 a ta und 300° w eist z. B. an Flüssigkeitsw ärm e 189,9 kcal,

1) Siehe S c h r ö d e r u n d K o o b : Z. d. V . d . I. 1903.

2) S. a. V a le riu s H ü t t i g : „ H e iz u n g u n d L ü ftu n g s a n la g e n in F a b rik e n “ . S. 341 u. f. V erlag O tto S p a m e r, L eip zig 1923.

(25)

a n V erdam pfungsw ärm e 478,2 kcal und an Ü b erh itzu n g s

w ärm e 61,9 kcal auf u n d g e sä ttig te r D am pf v o n 1;2 a ta , e n t

h ä lt an F lüssigkeitsw ärm e 105, an V erdam pfungsw ärm e 536 kcal. Dies is t der G rund, w eshalb der D am pf nach der A rbeitsleistung in einer D am p fk raftm asch in e w ärm etechnisch im m er noch sehr hochw ertig und besonders zu H eizungs

zw ecken sehr g u t zu verw enden ist.

Um zu zeigen, wie sich die W ärm e in einer D a m p fk ra ft

anlage v e rte ilt u n d was an A bdam pfw ärm e zur V erfügung ste h t, sei hier folgendes Beispiel an g efü h rt:

In der Kesselanlage w erde S teinkohle m it einem H eizw ert v o n 7000 k cal/k g v erfeu ert. U n ter A nnahm e eines K essel

w irkungsgrades von 80 v .H . gehen an das K esselw asser 5600 kcal über. Soll in d er K esselanlage D am pf von 12 a ta und 300° Ü b erh itzu n g erzeugt w erden, so ist sein W ä rm e in h alt

= 729 k cal/k g (s. A bb. 1). H a t das Speisew asser 70°, so sind z u r E rzeugung von 1 kg D am pf som it 659 kcal aufzuw enden, oder es können aus 1 kg Kohle j 85 kg D am pf erzeugt w erden. Diese D am pfm enge e n tsp ric h t ungefähr dem D am pf

v erb rau ch pro P S h einer 5 0 0 -P S - G egendruckm aschine. T h e o retisch e n tsp ric h t 1 P S h einer W ärm em enge von

7 5 -3 6 0 0 . . . .

— = 632 kcal,

4 2 /

d. h. es sind für effektive A rbeitsleistung vom W ä rm e in h a lt 632 kcal einzusetzen. W erden die L eitungs- und SträE lungsver- luste der M aschinen und der R ohrleitung m it 5 v.H . d er a u f

gew endeten W ärm e = 350 kcal angenom m en, so erg ib t sich folgende W ä rm e b ila n z :

W ärm cbilanz einer D am pfkraftanlage.

Bezogen auf den H eizw ert der Kohle ( = 7000 k c a l/k g ):

1. V erlu st im K e s s e l ... 1400 kcal = 2 0 v .H . 2. V erlu st in der A nlage . . . . 350 ,, = 5 „ 3. In effektive A rb eit um g esetzt . 632 „ == 9 ,, 4. Im A bdam pf e n th a lte n . . . . 4618 „ = 66 „

(26)

11 Bei der A ufstellung v o n W ärm ebilanzen is t d arau f zu a c h te n , daß ein Teil d er W ärm e in R eib u n g sarb eit um g esetzt w ird. Diese A rb eit se tz t sich allerdings w ieder in W ärm e um . Dieselbe w ird aber auf verschiedene W eise abgefülirt. Bei den D am pfm aschinen g eb t z. B. die d u rch die K olbenreibung e n t

steh e n d e W ärm e a n den A b d am p f über, die d urch L agerreibung erzeugte dagegen in F orm von L e itu n g u n d S tra h lu n g verloren.

Bei D a m p ftu rb in e n k o m m t n u r die L agerw ärm e in F rage, welche in d er H au p tsa ch e durch

Öl nach einem Ö lkühler ab g efü h rt w ird. Bei V e rbrennungsm otoren g e h t die K olbenreibungsw ärm e in die Abgase oder in das K ü h l

w asser über. Sollte d a h e r in den W ärm eb ilan zen kein besonderer P o sten für R eib u n g sarb eit v o r gesehen w erden, so ist dieselbe

je nach dem b etreffen d en F alle . . . ,

A bi). 3. In d er A b b ild u n g ist C =

dem A b d am p f oder d er A bgas- der m it d en K oh len zu g efü h rten

w ärm e oder der K ühlw asserw ärm e w a n n t o u t i a e i l v u n i wassei warm e Leitungs. W ä rm e, K — und S tra h lu n g sv e rlu steK e sse lv e rlu ste, L — zuzuschlagen bzw. auf das K o n to d er R o h r le itu n g en und d e r D a m p r- r ;.„ r ___ j c . i i - m a sch in e, A = d er in e ffe k tiv e

LeitungS- und S trah lu n g sv er- A rb eit u m g e s e tz te n W ä rm e, H —

lu ste ZU buchen. A bb. 3 zeigt die w» H eiz zw e c k e n v erfü g b a re A b-

, . , , ,, , . d a m p fw ä rm e, W = W ä rm eu m la u f

graphische D arstellu n g üb er die ¡m K o n d en sa t.

W ärm ev erteilu n g in D am p fm a

schinen und D am p ftu rb in en a n lag en . M an erk e n n t darau s, daß d er große B etra g / / , w elcher die A bdam pfw ärm e d a r

stellt, auf jeden F all auf die G ew innseite herübergezogen w erden m uß, u n d zw ar d urch m öglichst w irtschaftliche V er

w ertu n g des A bdam pfes zu allen m öglichen Zwecken.

4. D ie Ab- und Z w ischendam pfverw ertung von K olbendam pf- m ascliin en und Turbinen.

F ü r alle D a m p fk raftm asch in en — gleichgültig, ob K olben- m aschincn oder T u rb in en gew ählt w erden — ergeben sich zwei M öglichkeiten d er D am p fen tn ah m e: E n tw ed e r k a n n d e r ge

sam te A b d am p f auf die A bdam pf-V erw ertungsanlage arb eite n oder die D am p fen tn ah m e für die angeschlossene V erw ertungs

anlage k an n a n einer oder m eh reren A nzapfstellen a n d er Ma-

(27)

schinc selbst vorgenom m en w erden, oder es können bei E inzcl- fällen beide M öglichkeiten angew endet w erden.

Soll der gesam te A bdam pf von der n ach g csch alteten V er

w ertungsanlage aufgenom m en w erden, so h a t die zur V er

w endung gelangende G egendruckm aschine auf den g esam ten G egendruck der angeschlossenen A b w ärm everw ertungsanlage zu arbeiten. Der D ruck des A bdam pfes (und auch des Zwi

schendam pfes) h a t sich dabei nach dem V erw endungszw eck zu richten. W ährend m an z. B. bei V akuum heizungen m it U n te r

d rück ausk o m m t, erfordern N iederdruckdam pfheizungen einen geringen Ü b erd ru ck von 1-—1,4 a ta u n d M itteld ru ck h eizu n g en einen solchen von 1,4— 2 a ta , w ährend für H o ch d ru ck -D am p f

heizungen oder zur F e rn le itu n g des D am pfes D rücke v o n 6— 8 a ta in F rage kom m en.

Je höher der gew ünschte G egendruck ist, um so größer is t d er D am p fv erb rau ch pro P S h. D eshalb sollte auf keinen F all der G egendruck h in te r der M aschine d u rch v erm eid b are W id e r

stän d e, z. B. zu enge R ohrleitungen oder unnötige E inzelw ider

stän d e, höher als ab so lu t erforderlich g esteigert w erden.

Die G egendruckm aschinen arb e ite n ohne K on d en satio n und sind d a n n am P latze, w enn die abzugebende H eizdam pf

menge > 50 v .H . d er D am pfm enge b e tr ä g t, w elche d er K raftm aschine zur A rb eitsleistu n g zugeführt w ird, V oraus

setzung ist aber eine einigerm aßen gleichbleibende B elastung d er M aschine und der H eizdam pfentnahm e.

F ü r die zweite M öglichkeit der D am p fen tn ah m e bei v e r

schiedenen S p annungen kom m en A nzapfm aschinen in F rage, welche in der M ehrzahl auf K ondensation arb eiten . Sie kom m en zu r A nw endung, w enn der D am p fv erb rau ch d er angeschlossenen V erw erteranlage unregelm äßig und u n ab h än g ig von d er A r

beitsleistung der K raftm aschine erfolgt oder, w enn der D am p f

b edarf des V erw erters — auch im H öchstfälle — u n te r 50 v .H . der zur K raftleistu n g notw endigen D am pfm enge b leibt.

G ewöhnlich findet die E n tn a h m e von D am pf bei einem zwischen 1,1 u n d 4 a ta liegendem D ruck s ta tt. E in E n t n ah m edruck von 8 a ta is t für T u rb in en günstig.

N un ist noch eine o ft in P ap ier-, chem ischen oder Z ucker

fab rik en verw endete Z usam m enschaltung b eid er besprochenen E inzelsystem e zu einer „A nzapf-G egendruckm aschine“ mög-

(28)

13 lieh, w elche je nach B edarf D am pfm engen von verschiedenem D ruck abgeben k an n . H inzu k o m m t als w eitere A b a rt, die

„A n zap f-G eg en d ru ck -K o n d en satio n sm asch in e“ , welche sowohl auf G egendruck, als au f K o n d en satio n arb eiten kann.

Die F rag e, u n te r w elchen U m stän d en einer K olbenm aschine o d er einer T u rb in e d er V orzug gegeben w erden soll, is t an H and des vorliegenden B etriebes zu entscheiden. A llgem ein w ird ü b er 1000 kW L eistu n g der T u rb in e der V orzug gegeben, ob

w ohl bei D a m p ftu rb in en im H o ch druckgebiet die S p a ltv e r

lu ste wegen kleiner spezifischer V olum en groß w erden und d ah er den W irk u n g sg rad u n g ü n stig beeinflussen. H eute, wo das H o ch d ru ck g eb iet m eh r u n d m eh r zur A rb eitsleistu n g h eran g e

zogen w ird, v e rd ie n t die T atsach e B each tu n g , daß die H och

druck-K o n d en satio n sm asch in e eine w esentliche S teig eru n g des W ärm egefälles m it w achsendem F risch d am p fd ru ck bei gleicher F ris c h d a m p fte m p e ra tu r n u r bis 35 a ta zeigt, weil — wie an H and der ZN-Tafcl leich t festzustellen is t infolge des V er

laufes der K u rv en gleicher T e m p e ra tu r ein w esentlicher Z u

w achs an W ärm egefälle v o n einem F risch d a m p fd ru ck oberhalb 35 a ta au f K o n d e n sato rsp an n u n g n ic h t m ehr gew onnen w erden k an n . Bei reinen C iegendruckrnaschinen k a n n die Grenze h öher gezogen w erden. Im H och d ru ck g eb iet zwischen 35 u n d 100 a ta is t vorläufig die K olbenm aschine als geeigneter zu b e tra c h te n , weil die M aterialfrage fü r die B eschaufelung von T u rb in e n für solche hohen D rücke noch n ic h t g ek lä rt ist. Das N ied erd ru ck g ebiet von 1 a ta bis 0,04 a ta g eh ö rt der T u rb in e bzw . der

G leichstrom dam pfm aschine. In G renzfällen, u n d zw ar bei G egendruckm aschinen des M itteldruckgebietes, entscheiden andere E ig en sch aften wie T ourenzahl, ölfreier D am pf, U m ste u e rb a rk e it usw. die G eeignetheit dieser oder je n e r K ra ft

m aschine im jew eilig vorliegenden Sonderfall.

Als G egendruckm aschine im M itteld ru ck g eb iet von

~ 13— 1,5 a ta , a rb e ite t die T u rb in e besonders günstig, weil d e r H o ch d ru ck teil oberhalb 13 a ta und der N iederdruckteil u n te rh a lb 1,5 a ta a b g esch n itte n sind, also die beiden D ruck -

•teile, w elche den W irk u n g sg rad der T u rb in e besonders beein

trä c h tig e n , u n d zw ar d er H och d ru ck teil wegen seiner S p a lt

v e rlu ste u n d d er N iederdruckteil wegen d er d o rt a u ftre te n d e n D am pffeuchte, wobei 10 v .H . D am p ffeu ch tig k eit eine V er

(29)

sch lechterung des G esam tw irkungsgrades der T u rb in e v o n ungefähr 1 v .H . zur Folge h at.

Als A nzapfm aschine a rb e ite t die T u rb in e wegen der te il

weisen A rbeitsverlegung in das U n te rd ru ck g eb iet sehr w irt

schaftlich. Desgleichen k o m m t auch n u r die T u rb in e hei A us

n u tz u n g des A bdam pfes auf Zechen- u n d H ü tte n w e rk e n zu r w eiteren K rafterzeugung in F rage, weil die gew öhnliche K olbenm aschine gegenüber höherem V ak u u m (> 85 v .II.) u nem pfindlich ist.

5. D er D a m p fv erb ra u ch v o n G eg en d ru ck u n d A n z a p f- m a s c h in e n .

Ü ber den D am p fv erb rau ch v o n G egendruck-K olben

m aschinen und G eg endruck-D am pfturbinen geben die Z ahlen

tafeln 5 und 6 A ufschluß1). Den die D am p ftu rb in en b etreffen den A ngaben (s. Z ahlentafel 5) sind für L eistungen bis h in u n te r au f 2000 P S D rehzahlen von n = 3000 U m l./m in zugrunde gelegt. F ü r kleinere L eistungen können rascher laufende T u r

binen gew ählt w erden, w enn zwischen D am p ftu rb in e und G enerator ein Vorgelege eingeschaltet w ird. In diesem F alle gelten die in der Z ahlentafel 5 gem achten A ngaben auch fü r höhere D rehzahlen = 6000 U m l./m in. Z ahlentafel 6 b ezieh t sich auf den D am pfverbrauch v o n K olbendam pfm aschinen, und zw ar beziehen sich die W erte fü r 0,06 a ta au f E in zy lin d er- G leichstrom dam pfm aschinen m it E in sp ritz k o n d en satio n . Alle übrigen A ngaben dagegen gelten für A bdam pfm aschinen, welche nach dem W echselstrom prinzip g e b a u t sind.

W ie schon gesagt, k o m m t es bei G egendruckm aschinen

— gleichgültig, ob K olbenm aschinen oder T u rb in e n — w eniger d ara u f an, wie groß d er D am pfverbrauch pro P S ist, sofern sich der A bdam pf in einer Menge von > 50 v .H . v erw erten lä ß t.

E s können zutreffendenfalls, z. B. bei einkränzigen K lein

d a m p ftu rb in e n u n d bei D am pfanfangsdrücken von 2— 3 a ta , 100—-150 u n d noch m eh r kg D am pf v e rb ra u c h t w erden, ohne d aß die W irtsch aftlic h k eit d er G esam tanlage d a ru n te r zu leiden b ra u c h t.

x) H o t t i n g e r : „ A b w ä rm e v e rw e rtu n g “ . V e rla g R a u s te in , Z ü rich 1922, je t z t V erlag J . S p rin g er, B erlin.

(30)

Z a h l e n t a f e l 5. D a m p fv e rb ra u c h in k g /P S h von D a m p ftu rb in e n bei versch ied en en M asch in en g rö ß en , A n fa n g s- u n d G eg en d rü ck en des

D am pfes. (N ach H o t t i n g e r . )

M a sc h in en le istu n g e n in P S

a n d er T u r b in e u w e lle 500 1000 5000 1 0 0 0 0 15 000 D a m p fzu sta n d

v o r d er M aschin e

G eg en d ru ck h in te r der M asch in e

a ta

D a m p fv e r b r a u c h in k g /P S h

20 a t a 0,06 4,4 4,0 3,7 3,6 3,6

3 00“ C 0 5 6,8 6 ,0 5,6 5,6

1 ,0 8 ,8 7,6 6 ,8 6 ,8

2,0 10,8 9,4 8 ,6

4,0 14,0 12,0 11,0

6 ,0 16,8 15,0 13,9

13 a ta 0,06 5,0 4,5 3,9 3,8 3,8

300° C 0,5 8,0 7,0 6 ,1 6 ,0

1 ,0 10,0 8 ,8 7,8 7,7

1,5 11,5 9,8 8,7 8 ,6

2,0 13,0 11,0 9,6 9,5

4,0 17,0 15,0 14,0

9 a t a 0,06 7,0 6 ,0 5,0 4,9 4,8

tr o c k e n g e s ä ttig t 0,5 10,0 9,5 8,2 8,1 8 , 0

1,0 13,0 11,8 10,0 9,9 9,9

1,5 16,0 13,5 11,8 11,7

2,0 18,0 15,5 13,8 13,7

3,0 44,0 21,0 19,2

Z a h l e n t a f e l 6. D a m p fv e rb ra u c h in k g /P S e h v on K o lb e n d a m p fm a sc h in e n bei v ersc h ie d e n e n M asch in en g rö ß en , A n fa n g s- u n d Gegen

d rü c k e n des D am p fes. (N ach H o t t i n g e r . )

M a sc h in en le istu n g in PS» 50 100 500 1000 1500 2000

D a m p fzu sta n d vor d . M asch in e

G egen druck h in t.d . M asch in e

a ta

D a m p fv er b r a u c h in kg/P S eh

20 a t a 0,06 5,50 5,30 5,00 4,85 4,70 4,55

300° C 0,5 6,75 6,55 6,30 6,15 6,00 5,85

1,0 7,40 7,25 7,00 6,85 6,70 6,55

1,5 8,00 7,80 7,55 7,40 7,35 7,20

2,0 8,60 8,40 8,15 8,00 7,85 7,70

4,0 10,90 10,70 10,45 10,30 10,15 10,00

6,0 13,30 13,10 12,85 12,70 12,55 12,4

13 a t a 0,06 5,50 5,30 5,00 4,85 4,70 4,55

300° C 0,5 7,00 6,85 6,65 6,50 6,35 6,20

1,0 7,80 7,65 7,45 7,30 7,15 7,00

1,5 8,40 8,25 8,05 7,90 7,75 7,60

2,0 9,20 9,05 8,85 8,70 8,55 8,40

4,0 12,80 12,65 12,45 12,30 12,15 12,00

9 a ta 0,06 7,85 7,55 7,20 7,00 6,85 6,70

tro c k e n g e 0,5 9,50 9,20 8,90 8,70 8,55 8,40

s ä t ti g t 1,0 10,60 10,30 10,00 9,80 9,65 9,50

1,5 11,80 11,50 11,20 11,00 10,85 10,70

2,0 13,10 12,80 12,50 12,30 12,15 12,00

3,0 17,00 16,70 16,40 16,20 16,05 15,90

(31)

A bb. 4 zeigt den D am p fv erb rau ch einkränziger K lein d a m p ftu rb in en je P S (nach H o ttin g e r)1) bei verschiedenen D am pfanfangsdrücken und D rehzahlen u n d einem G egendruck h in te r der T u rb in e von 1,2 a ta . A llgem ein lä ß t sich sagen, daß d er D am pfverhrauch u n d d a m it auch die A bdam pfm enge bei gleichbleibendem G egendruck um so kleiner au sfällt, je höher der D am pfdruck vor der T u rb in e u n d die U m laufszahl des T u rb in en rad es gesteigert w ird. W ie aus der A bb. 4 w eiter herv o rg eh t, können kleine U nterschiede im K ra ftb e d a rf oder in der U m laufzahl oder i n d e m Z ud am p fd ru ck ganz erhebliche

V erschiedenheiten im

kg Dampf pro PSe

2strr< i — — — — — — — — D am p fv erb ra u ch m it sich b rin g en , und zw ar besonders dann, w enn der v o r der T u rb in e zu r V er

fügung stehende D am p fd ru ck 3 a ta u n te rsc h re ite t. Je tiefe r der Z u d a m p f

druck v o n 3 a ta aus ab fä llt, um so erh e b

licher steig t der D am p fv erb rau ch und wird au ß ero rd en tlich hoch bei D rücken u n te r 1 a t a ^ F ern er zeigt die A bb. 4, d aß der D am p fv erb rau ch je P S d u rch S te i

gerung des Z udam pfdrucks v o r der T u rb in e bei k o n s ta n t ge

h alten e r U m laufszahl sich n u r u n te r 10 a ta beeinflussen lä ß t, weil er d a rü b e r hin au s m it w achsendem A nfangsdruck k o n

s ta n t b leibt.

Diese U m stän d e sind nun für den A bw ärm etech n ik er von B edeutung, w enn der A bdam pf in einer H eizein rich tu n g o h n e Ü b e r s c h u ß au fg eb rau ch t w erden soll, d. h. w enn eine b e

stim m te A bdam pfm enge n ic h t ü b e rsc h ritten w erden darf.

Soll z .B . die T u rb in e bei n = 1500 U m l./m in 1,0 P S leisten 12at

Dampf-Überdruck

A b b . 4. D a m p fv erb ra u ch ein k rä n zig er K lein - d a m p ftu rb in e n pro P S bei v ersc h ie d e n e n D a m p f

a n fa n g sd rü ck en und D reh za h len u n d ein em Ge

g e n d r u c k h in te r d er T u rb in e v o n 1,2 a ta .

0 H o t t i n g e r : „ A b w ä rm e v e rw e rtu n g “ .

Z ü ric h 1922, j e t z t V erlag J . S p rin g er, B erlin. V e rla g R a u s te in ,

(32)

17 und dabei n ic h t m e h r als 220 kg A b d am p f v o n 1,2 a ta ergeben, so m u ß nach A bb. 4 d er D am p fd ru ck v o r der T u rb in e m in destens 1,7 a ta b e trag en .

Die B en u tzu n g v o n K le in d a m p ftu rb in e n ein fach ster B a u a r t u n d d a m it m it v e rh ä ltn ism ä ß ig hohem D am p fv erb rau ch zu r B elieferung v o n H eizungsanlagen ist in A m erika w esen t

lich v e rb re ite te r w ie bei u n s. Z. B. w erden m it besonderer V or

liebe K lein d a m p ftu rb in e n zum A n trieb v o n K o n d en satio n s

pu m pw erken zu solchen Zw ecken verw en d et. D er A m erik an er is t großzügiger wie d er D eutsche, es k o m m t ih m in solchem Falle viel m e h r au f die E in fa ch h eit u n d d a m it B illigkeit der T u rb in e an, als wie auf einen m it kostspieligen M itteln m ög

lichst v e rrin g e rte n D am p fv erb rau ch , u n d zw ar o tt au ch in solchen F ällen, wo der A b d am p f n ic h t m ehr w eitgehend in einer V erw ertungsanlage a u sg e n u tz t w ird.

K o lbendam pfm aschinen m it Z w ischendam pfentnahm e aus dem zwischen H o ch - u n d N iederdruckzylinder eingeschalteten A ufnehm er passen sich in g ü n stig er W eise allen v o rkom m enden F ällen d er V erw ertu n g v o n A nzapfdam pf an, weil sie:

1. H eizdam pf in ziem lich w eiten G renzen u n ab h än g ig von der B elastu n g abgeben können,

2. die H eizdam pfabgabe m it v e rän d erlich er S p an n u n g ohne V ersch lech teru n g des therm o-dynam isclien W irk u n g s

grades d er M aschine einfach d u rc h V erstellu n g des D ru ck reglers erfolgt,

3. die Z w ischendam pfspannung v o llstä n d ig se lb sttä tig auf dem einm al gew ählten D ruck g eh a lte n w erden kann.

W e n n der U m b au a lte r V erb u n d m asch in en in E n tn a h m e m aschinen gelingen soll, so m u ß d er D am p fd ru ck v o r der M a

schine zum E n tn a h m e d ru c k in einem geeigneten V erh ältn is stehen, d a andernfalls w eder die a lte M aschinenleistung erzielt w erden k an n noch eine ruhige R egulierung erreich b ar ist. Bei 3, 4, 5 a ta E n tn a h m e d ru c k soll der zulässige D am p fan fan g d ru ck n ic h t u n te r 11,5, 12,5, 13,5 a ta liegen1).

D er V orteil der E n tn a h m em asch in e gegenüber einer reinen G egendruckm aschine ist d arin zu sehen, daß die H eiz

1) D r.-In g . L u d w . S c h n e i d e r : „ A b w ä rm e v e rw e rtu n g “ . V er

lag J u liu s S p rin g e r, B erlin 1923.

B a l c k e , A b w ä r m e te c h n ik I . 2