Heft 13, l ag" 3- I9~9J

Das Zeitalter des Hochdruckdampfes. 213

M i t t e l e u r o p a a u f g e k a u f t u n d sofor t in I angen E i s e n b a h n z i i g e n z n m V e r s a n d g e b r a c h t wird.

So s t e h t a n c h diese S t e p p e a n der Schicksals- w e n d e zweier Ze i t en : , ,Dich te rsee len s tehen , y o n B e w u n d e r u n g h inger i ssen , vo r de r n n e n d l i c h e n E b e n e u n d s t a u n e n r o l l E n t z i i c k e n a u f das n o c h hie gesehene Schausp ie l der F a t a m o r g a n a . Der

kale r e c h n e n d e W a n d e r e r des \ ¥ e s t e n s a b e r s i eh t n u r die 6de S teppe u n d k o m m t zu d e m SchluB: Dieses L a n d toni3 a n c h h e u t e n o c h Mlzu re ich sein, da es sich den L u x u s l e i s ten k a n n , T a u s e n d e y o n H e k t a r e n n n g e n i i t z t zu l a s sen . "

1 p. MAGYAR, 1. C.

Das Zeitalter des Hochdruckdampfesh "Von Energiewirtschafe in groBem MaBstabe kann

erst seit Einfflhrung der Dampfmaschine geredet werden, die es erm6glieht, die Wgrmeenergie der Kohle in mechanisehe Arbei t nmznsetzen, Die weiteste Aus- dehnung der Energiewireschaft brachte abet erst die Elektrotechnik, die eine sichere und weitverzweigte Ver- teilnng anch anf groge Ent fernungen erm6glichte. Die GroBenergiewirtschaft, ohne die die heutige Technik niche denkbar w~ire, beginnt erst mit der Erfindung der Dampfturbine, die gestattet, ant kleinstem Ranm gr6Bte Leistungen zu erzeugen. DaB die Verbrennungs- kraitmaschine zeitweise nnd noch heute fiir gewisse Industriezweige met der Dampfturbine in Wet tbewerb frat, liege an ihrer besseren W~rmeausnntzung, die aber durch Hochdrnckdampfanlagen ebenfalls erreicht wet- den kann.

Da, enfgegen den Ansichten der letzten Jahre, nachweisbar ist, dab eine Erh~bhnng des Dampfdruckes auch fiber 35 Arm. hinaus, einem Druck, der eine Zeie- lang als wirtschaftl icher Grenzdruck angesehen wurde, die I)rucksteignng doch nennenswerte wirtschaftliche Vorteile bringt, ist es verstgndlich, dab seit lgngerer Zeie Beserebungen im Gange send, den Dampfdrnck erheb- lieh zu steigern. Hierbei ist die Zwischenfiberhitznng wichtig und unerlgBlich, um einerseies zu hohe Dampf- feuehtigkeit bei der Expansion in den Tnrbinenschaufeln zu vermeiden, andererseits auch, nm die nicht unbe- trgehtl iche Verbesserung der Wgrmeausnuezung niche vertoren gehen zu lassen.

Die Furch t der t, 'achleute vor dem t tochdruck und besonders vor hohen Temperaeuren schien begrfindet, solange man an den herkOmmlichen Kesselformen Iest- hielt. Nachdem aber yon versehiedenen Seiten neue Verfahren zum Erzeugen hochgespannten Dampfes entwickelt nnd erprobt sind, die hohe Drucke und Tem- peraturen mi t Sicherheit beherrschen, liege heute keine Veranlassung mehr vor, den Sprung zur Anwendnng hochgespannten Dampfes zur Energieerzengung niche zu wagen.

Bei der Anwendung des Hochdruckes sind natfirl ich niche allein die Kohlenersparnisse, sondern in erster Linie die wirtschaftl ichen Ersparnisse maBgebend. Die heute betriebene Elektrizit~itswireschaft, die auf Zentralisation der Energieerzeugung hinausgeht (hohe Verteihmgskosten der Energie durch hohe Anlagekosten fiir KabeI nnd Verteilerstationen), k6nnte wesenflich durch Aufstellung kleiner, zentral zum Verbraucherort gelegener Hochdruckzentralen verbessert werden, deren Abdampf in weitesegehendem MaBe zu Heiz- und Fabri- kationszweeken ausgenutzt wird (Fernheizwerke) ; denn gerade bei Gegendruckantagen br ingt die An- wendung des Hoehdruckdampfes die gr6Bten Voreeile e.

IBM Kesseln normaler Bauar t en ts teht dutch ein- seitig stgrkere Beheizung im Kesselsystem ein natfir- l icher Wasserumlauf und Dampfbi ldung auf der

1 Auszug aus Z. d. V. D. I. 72 , H. 39, 42 und 45. LOFFLER, ,Das Zeifalter des Hochdrnckdampfes".

2 Vgl. Naturwiss. 16, H. 29, 57o--571.

stgrker beheizten SeiteK Je h6her der Druck wird, desto kleiner send die sich bildenden Dampiblasen, desto geringer ihr Auftrieb und damit der Wasserum- lane. Schlecheer \Vasserumlanf bedingt die Ansamm- lung yon Dampf im Rohrsystem des Kessels, der infolge seiner schlecheeren Wgrmefibergangszahl leicht V6r- anlassung znr 6rt l ichen {~berhitzung und Zerst6rung des Rohrsyseems dutch I )nrchbrennen gibe.

Schon seit langem versncht man daher, diese Schwie- rigkeifen durch zwangslgufige Beherrschung der Dampf- bildung zu umgehen, z. ]3, nach Fig. i durch indirekte Beheizung miitels eines zwangslgufig dnrch eine Pnmpe bewegten ~Wgrmetrggers. AIs Wgrmefrgger kommen Flfissigkeifen met hohem Siedepunkt in Frage, z. 13. Quecksilber, Naphthal in , 0Ie. Anch Wasser nnd Wasserdampf k6nnen dazu dienen, sofern see nn te r h6herem Druck stehen, als der eigentliche Kessel.

Letzteres Verfahren wenden SCI:II~gtDT-HARTMANN in ihrem Dampferzeuger an (Fig. 2). Dieser verzichtet auf den zwangsweisen Umlaut des Wgrmetr~gers nnd benntzt , wee in gew6hnlichen Kesseln nnr den Gewiehts- unterschied des ant- und absteigenden Wassers zum Hervorrnfen des Umlauts, d e r n u r du tch Anordnnng eines K~hlers K i m absteigenden Ast etwas vers t~rkt wird. Der Heizdampf en ts teh t aus destilliertem Wasser; er scheidet sich im Dampfabscheider D Yore ~¥~sser nnd gibe dutch Kondensaeion im Wgrmeaustauscher R seine Wgrme zur Dampferzeugnng im Verdampfer g a b . Der Kfihter K wird met Speisewasser beschickt nnd wgrmt dieses gleichzeitig vor.

Ms gemeinsamer Nachteil beider Systeme ist zu be- t rachten, dab schon geringe Kesselseein- oder Schlamm- ablagerungen an den Verdampferheizflgchen den W~rm- fibergang anBerordentlieh versehleehtern und ins- besondere beim ScH~IDm-Veriahren znr Erh6hnng des Druckes des Wgrmetrggers zwingen, um die znm Warmedurchgang erforderliche Temperaturdifferenz zn erzielen.

AuBerdem bleiben die met dem nat~rl ichen Wasser- umlauf verbundenen Sehwierigkeiten auch ffir den SCEmD~'-Kessel bestehen. Auch m~ssen die Anschaf- fungskosten ziemlich hoeh werden, well die Heizflgche fast doppelt so" groB wird, wee bee einem normalen I(essel (Heizflgchen bee H und bee ~).

Am einfachsfen und billigsfen ware ein Hochdruck- kessel naeh Fig. 3, d e r n n r aus einem beheizten Rohr- system ~ besteht , durch das mittels der Pumpe ~p Wasser zwangslgufig gedrfickt wird nnd sich auf diesem IVege in Dampf verwandett. Dieses Yerfahren ist aber nur bee oder fiber krifischem Druck durchf~hrbar , weil sonst Verdampfungserscheinungen den WasserftuB stbren, w~rden. Es ise yon BENSON vorgesehlagen wor- den und unter diesem Namen bekannt 2.

Seit Anfang 1924 wurde yon Professor L6FFLE*{ zun~chst rnit der Vfiener-Lokomotiv-Fabriks-A.G.,

* Vgl. Naeurwiss. I6, H. 29, 565. Ausf*ihrliches fiber das Bensonverfahren siehe

Naturwiss. I928, H. 29, 363 u. folgende,

2I 4 Das Zeitalter des

sparer auch mit der ~¥itkowitzer ]3ergbau- und HGtten- Gewerkschaft ein Hochdruckverfahren durchgebildet und ausgefhhrt , das als Dampfumw~lzverfahren be- zeiehnet werden kann (Fig. 4), denn bei ihm dient als l~eizmittel hochfiberhitzter Dampf, der einem Ver- dampfer V als Sa t tdampf en tnommen und mit tels der Dampfpumpe jP zur l jberh i tzung durch ein Heiz- system H gedruekt wird, um dann wieder in das Wasser

~ t t T ~ Fig. I. Mittelbare Dampferzeugung durch

zwangst~iufig umgepumpte Heizmittel. H l~ohrsehlange mi t Feuerung. P Umlaufpumpe, R Rohrschlange 1flr Verdampfung.

Hochdruckdampfes. [ Die Natur- [wissenschaften

Verffigung steht. Je h6her der Druck des Hilfsdampfes ist, desto rascher gelangt der Kessel aui den Betriebs- druek.

Die Temperatur des flberhitzten Dampfes betr~igt ca. 500 o C. Noch h6here Tempera turen sind nach An- sicht yon L6FFLER bei Wahl geeigneter W~erkstoffe sicher beherrschbar. Aus den ]3etriebsdiagrammen eines Dampfumw~lzkessels ist ersichflich, dab Be-

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Fig. 2. Dampferzeugung nach SCmMoT-HARTMA~>r.

D Dampfabschneider. K Kfihler.

des Verdampfers V eingeblasen zu werden und in diesem eine gr6Bere Menge Sa t tdampf zu entwickeln. Ein Teil des umgew~lzten Dampfes wird nach der Uberhi tzung dem Verbrauch zugefflhrt.

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Fig. 4. Dampferzeugung mittels zwangsl~tufiger Dampf- umwMzung.

D Maschinendampf. i ° UmwMzpumpe. H Heizvorrichtung. V Verdampfer.

Die Inbetr iebsetzung geht so vor sich, dab der Dampfumwiilzraum mi t Dampf niedriger Spannung geffillt wird und nun dieser Dampf mi t der Umw~ilz- pumpe un te r gleichzeitiger ]3eheizung des I-Ieizsystems umgepumpt wird, Dies ha t eine allmiihtiche Druek- steigerung im Verdampferraum zur Folge, bis Betriebs- druck erreicht ist. Die Zeit der Inbetriebsetzung ist etwa 2 Stunden, wenn Hilfsdampl von I2-- 15 Arm. zur

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Fig. 3. Dampferzeugung bei- Zwangsstr6mung mittels Speise-

pumpe Sp,

las tungsschwankungen die ~Jberhitzungstemperatur nur unwesentl ich beeinflussen. Diese kann vielmehr in einfacher Weise du tch ~nderung der Urnw~ilz-Pumpen- drehzahl geschehen.

Es ist selbstverst~indlich, dab das Speisewasser rn6g- l ichst hoch vorgew~rmt wird, urn erstens die umzu- wAlzende Dampfmenge m6glichst klein zu hal ten und zweitens die Rauehgase des eigentlicben Kessels best- m6g!ichst auszunutzen.

Bei einem Betr iebsdruck yon i i o Arm. und einer i Jberhi tzungstemperatur yon ca. 51o ° C ist die umzu- pumpende Dampfmenge, unter der Voraussetzung, dab das Speisewasser so hoch vorgewArmt wird, dab ibm nur 5o kcal/kg bis zur Erreichung der Siedetempe- ra tu r zuzuffihren sind, ca. 3,6 kg/kg verbrauchsdampf . Da die Leistung der Umw~ilzpumpe yore gef6rderten Dampfvolumen abh~ingig ist, n i m m t ihre Leistung bei s inkendem Betr iebsdruek s tark zu, so dab das Verfahren bei einem Betr iebsdruck unter 5o Atrn. unwirtschaft] ich wird. Die Umw~lzleistung ist bei IiO Arm. etwas fiber 2 %, bei 50 Arm. sehon fiber lO% der gesamten erzeug- ten Leistung, wobei der yon ihr zu flberwindende Druckuntersehied, der in der Hauptsaehe yon der ge- wi~hlten Darnpfgesehwindigkeit im Heizsystem ab- h~ingig ist, bei i i o Arm. Betr iebsdruck ca. 3,8 Atm., bei 5 ° Atm. ca. 7 Arm. betr~gt.

Die Vorteile des Dampfumw~lzverfahrens sind folgende: Die Kesseltrommeln (Verdampferk6rper) sind der Einwirkung der Feuergase entzogen, also keinen sch~idlichen W~rmebeanspruchungen ausgesetzt. Sie sind nicht, wie bei Kesseln normaler Bauart , durch zahl- reiehe ]3ohrungen zur Einbringung des Heizsystems

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Entdeckungsflt~ge im Sadpolargebiet.

geschw~cht. Da ein Einwalzen yon Rohren in die Trommelwandungen nicht stattzufinden braucht, kann ftir alle Kesselteile hat ter Stahl verwendet werden, der bei hoher Temperatur hbhere Festigkeit aufweist als weicher Stahl.

Da der Kessel nut die Meinen, vom Wasser bert~hrten Vorwarmer-Heizfl~chen hat, geniigt eine chemische Vorbehandlung des Speisewassers und teuere Destitla- tionsanlagen sind nicht erforderlich. BeschXdigungen des Heizsyste:ms sind ungeffi.hrlich, well nur Dampf, kein Wasser austreten, kann,

Die erste Ausfahrung war ein Kessel mit Wander- rostfeuerung ft~r eine stfindliche Leistung yon 8 t Dampf bei I1O Atm. und 48o ° C. Er ist mit Speisewasser- vorwXrmer und Lufterhitzer ausgerfistet. Per t(essel besitzt zwei Verdampfertrommeln yon je 7 m Lange und 80o mm 1. W. Der Wirkungsgrad betr~gt bei einer Luftvorw~rmung yon 13o--I5 °° C etwa 8o%.

Der zweite KesseI wurde in Witkowitz aufgestellt; er wird mit Steinkohlenstaub beheizt nnd erzeugt stiindlich 15 t Dampf bei max. !2o Arm. lind 5oo ° C. Die Verbrennungsluft wird auf 3oo ° C vorgew~rmt. Bemerkenswert ist, dab ein Tell der Heizfl~che als sog. Strahlungsiiberhitzer direkt an der Rt~ckwand der Brennkammer zu deren Kiihlung angeordnet ist, also der direkten Flammenstrahlung ausgesetzt ist, ohne dab bisher hierdurch Schwierigkeiten entstandeli w~ren. Die UmwMzpumpe ist, ebenso wie bei dem Wiener Kessel, Ms Zweikolbenpumpe mit der Kesselspeise- pumpe vereinigt und wird durch einen Elektromotor angetrieben, dessen Drehzahl regelbar ist.

Im ]~au ist eine Lokomotive mit LOffler-Kessel, ausgerfistet mit Rostfeuerung und rauchgasbeheiztem Zwischent~berhitzer. Der Hochdruckdampf wird, nach- dem er in 2 Hochdruckzylindern bis auf 15 A*m. expan- diert ist, in WXrmeaustausehern kondensiert. Die in diesen abgegebeneW~rme wird dazu benntzt, Nieder- druckdampf von 15 Atm. zu erzeugen, der dann ira Zwischent~berhitzer fiberhitzt wird. Der WXrme- austauscher, der also eigentlich ein mit Dampf beheizter Niederdruekkessel ist, ha t einen grogen Wasserinhalt, dient daher auch gleichzeitig als Speicher (zum Anfahren und beim Anhalten). Der Niederdruckdampf arbeitet im Niederdruckzylinder und entweicht dann ins Freie.

Eng verbunden mit der Entwicklung der t toch- druckdampferzeuger ist die Kohlenstaubfeuerung. Nfil3erfolge mit dieser Feuernng kbnnten nur dutch

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grobe Fehler im Bau und Betrieb veranlaBt sein. Die Bedingungen far eine gute Kohlenstaubfeuerung sind hohe Luftvorwarmung, gute Mischung des Kohlen- staubes mit der Verbrennungsluft, rasche Abstrahlung der erzeugten W~rme dutch unmittelbax im Feuerraum angeordnete tteizfl~chen. Auch bei Braunkohle sei es wirtschaftlicher, die Kohle vor der Verbrennung zu trocknen und zu vermahIen, da durch geringere Ver- brennungstemperaturen und schlechteren Kessel- wirkungsgrad die HeizflXchen aul3erordentlieh ver- gr613ert werden mfissen. Das spielt nati~rtich gerade bei I~Ioehd~ckkesseln, deren HeizflXche an sieh teuerer ist, eine groBe Rolle.

Hochdruckdampfbetrieb ist ohne Zwischenaber- hitzung nicht mbglich, well sonst die groBe bei der Ex- pansion in ]~raftmaschinen en t s t ehende Dampf- feuchtigkeit die Maschine rasch zerst6ren wtirde. 13e- sonders Turbinen sind dagegen sehr empfindlich. Die Zwischent~berhitznng bringt einen Warmegewinn yon 5--1o%. Zur Beheizung yon Zwischent~berhitzern eignet sieh am besten der Hochdruckdampf selbst, yon dem knrz vor der Kraftmasehine ein Tell abgezapft wird. Bei einem Anfangsdruck voli i 3o - - i6o Atm. ist der W~rmegewinn aus der Zwischenflberhitzung am gr6gten.

Bei der Vc'ahl der Kraftmaschinen far Hochdruck- dampf mug bertieksichtigt werden, dab das Dampf- volumen bei hohen Drucken sehr klein wird. Hoch- druckdampfturbinen kbnnen nut ffir groBe Dampf- Inengen gebaut werden, well sonst die Schaufelh6hen zu klein und damit die Wirkungsgrade zu gering werden. F~r kleinere Leistungen eignet sich mehr die Dampf- maschine, deren Entwicklung bisher zugunsten der Dampfturbine stark vernachlassigt wurde. Die bis- herigen, mit Dampf aus Umw~lzkesseln betriebenen Dampfmaschinen und Dampfturbinen -- es handelt sich um eine stehende, doppelt wirkende Einzylinder- maschine ft~r i2o Atm., 480 ° C bei 60o PS Leistr~ng, und eine Turbine ft~r 12o Atm., 5oo ° C bei 18o0o kW, far die allerdings vorl~ufig nut ein kleiner Tell der er- fordertichen Hochdruckdampfmenge zur Verft~gung steht, haben bewiesen, dab der hohe Druck nnd die hohen Temperaturen sicher beherrscht werden kbnnen und auch wirtschaftlich die gehegten Erwartungen er- fiillen, wie es sich t~berhaupt gezeigt hat , dab die Ge- samtanlagekosten fiir Hochdruckdampfanlagen nicht wesentlich h6her sind, als fiir Niederdruekanlageli.

H. RABE.

Entdeckungsfliige Die Verwendung yon Luftfahrzeugen ftir geo-

graphische Forschungszwecke hat neuerdings so gute Erfolge gezeitigt, dal3 mall nunmelar mit grot3er Energie den Versuch unternommen hat, auch den letzten IIoeh unbekannten Kontinent, die Antarktis, auf dem Luft- wege unserer Kenntnis zu erschlieBen. Man solIte meinen, dab Flugexpeditionen im Sfidpolargebiet aus dem Grunde leichter auszuftihreli seien, als im Nord- polargebiet, wei! in der Antarktis das feste Land eine sichere Grund!age far sotche Unternehmungen bietet, w&hrend das mit schwimmenden Eisschollen bedeckte nbrdliche Eismeer ein aberaus gefXhrliehes Flugterraili darstellt, auf welehem, ein Niedergehen yon Fhgfahr - zeugen mit grol3en Gefahren verkniipft sind, wie die Katastrophe des Luftschiffes , ,Italia" im Mai 1928 und die Rettungsversliche mit Flugzengeli beson- ders deutlich gezeigt hat tem Gewil3 lassen sich auf dem antarktischen Festlande all jeder belleBigeli Ste!le Niedertagen yon Lebensmittetn, Betriebsstoff und Er-

im Siidpolargebiet. satzmaterial anlegen, die nicht, wie es in der Arktis 6fter gesehah, einer Zerst6rung durch Eisb~iren oder Menschen ausgesetzt sind. Aber mail mnB auch sieher sein, dab man diese Depots erreichen kann. Die grSl3ten Hindernisse sind bier Nebel und namentlich Wind. Bekanntlich ging der Englander, Kapit~n ScQTT, ira M~rz 1912 mit seinen Gef~hrten zugrunde, well er wegen eines andauernden Schneesturms IO Tage lang das Zelt nicht verlassen und nicht zu dem nur 2o km entfernten, ret tenden Depot ge!angen konnte. Dazu kommt, dab in manchen Gebieten fast standig so starke Stt~rme herrschen, dab sie fiir Luftfahrzeuge unzug~ng- lich bleiben werden. Hat doch der Australier D. MAW- son in Ad&lie-Land im Jahresmittel eine Wind- geschwindigkeit yon 24 m/sec gemessen, die zeitweilig bis zn 9o m/sec anwuchs. Ferner ist zu bedenken, dab dem Mensehen im Inneren des Stidpolarkontinents jede M6glichkeit fehlt, sein Leben etwa dutch Jagd zu fristen, ein Ausweg, der im Nordpolargebiet fast fiberaI1