Ueberhitzer

[678] Ueberhitzer sind meistens röhrenförmige, seltener plattenförmige Vorrichtungen, in die gesättigter Wasserdampf vom Dampfraum des Kessels oder – bei Zwischenüberhitzung – vom Hochdruckzylinder einer Verbundmaschine aus eingeleitet wird, um durch Wärmeaufnahme bei annähernd konstant bleibendem Drucke überhitzt zu werden. Die Wärmezufuhr erfolgt durch die Heizgase desselben Kessels oder einer selbständigen Feuerung.

I. Bauarten der Ueberhitzer.

Als Baustoff für die Ueberhitzerröhren kommt entweder zähes, feuerbeständiges Gußeisen oder Schmiedeeisen in Betracht. Die Röhren des gußeisernen Ueberhitzers von E. Schwörer (Fig. 1 und 2) erhalten außen zur Vergrößerung der wärmeaufnehmenden Heizfläche radiale Rippen, innen zur Vergrößerung der wärmeabgebenden Heizfläche axiale Längsrippen. Die Außen- und Innenrippen erhöhen außerdem die Festigkeit der Rohrwand in wünschenswerter Weise. Die Röhren werden durch gußeiserne Krümmer miteinander verbunden und bilden einen einzigen Rohrstrang (Hintereinanderschaltung). Die Flanschverbindungen sind den Heizgasen ausgesetzt und werden mit einem eingelegten Stahlring unter Verwendung eines feuerfesten Kittes gedichtet. Die Fig. 35 geben den Einbau eines Schwörer-Ueberhitzers von 50 qm Rippenheizfläche in einen Zweiflammrohrkessel der Sächsischen Maschinenfabrik vorm. Rich. Hartmann von 100 qm Heizfläche, 2,9 qm Rostfläche und 12 Atmosphären Ueberdruck wieder [4], [5]. Die Drehachse der Schamotteklappe ist hohl und steht behufs Kühlung mit dem Schornstein in Verbindung. Der Ueberhitzer gestattet, den Dampf um etwa 100° zu überhitzen. – Bei dem gußeisernen Ueberhitzer der Gebr. Böhmer, Magdeburg-Buckau (Fig. 6 bis 10) sind die Rohre außen gerippt, innen dagegen glatt; eine Wand teilt das Innere eines Rohres in zwei Hälften, die vom Dampfe nacheinander durchströmt werden. Die Verbindung der Rohre erfolgt infolgedessen nur an einem Ende durch besonders ausgebildete Gußstücke, was den Vorteil aufweist, daß sich die Rohre bequem ausdehnen können, ohne die Flanschdichtungen in Mitleidenschaft zu ziehen. Alle Rohre sind hintereinander geschaltet. Die Flanschdichtung ist aus den Fig. 9 und 10 ersichtlich; ein elastischer schmiedeeiserner Ring preßt sich beim Anziehen der Flanschschrauben gegen die eingelegten Drahtseile. Der noch verbleibende Zwischenraum wird von feuerfestem Kitt ausgefüllt.

Ueberhitzer mit schmiedeeisernen Rohren sind in den mannigfachsten Konstruktionen in Gebrauch. Am meisten werden einfache glatte, nahtlose Rohre verwendet. Abweichend hiervon zeigt Fig. 11 den Querschnitt[678] eines Ueberhitzerrohres von B. Meyer, Oberschlesische Kesselwerke, Gleiwitz, bei dem in das glatte Rohr Kreuzeisen eingewalzt wird. Letzteres wird vor dem Einwalzen verdreht, d.h. mit Drall versehen, so daß der durchströmende Dampf in eine drehende Bewegung versetzt wird, durch welche die kälteren und daher spezifisch schwereren Dampfteile, vor allem aber etwa vorhandenes Wasser, infolge der Fliehkraft an die Rohrwand gedrängt werden. Nach Versuchen ist der Wärmedurchgang dieser Rohre um 40–50% höher als bei gewöhnlichen glatten Rohren [1].

Dieser Vorteil wird allerdings durch das etwas größere Gewicht und die höheren Herstellungskosten entsprechend eingeschränkt. – Es sind auch ineinander geschaltete Rohre, sogenannte Doppelrohre, angewendet worden, bei denen der ringförmige Hohlraum vom Dampfe durchströmt wird. Die Außenfläche wird von den Heizgasen bespült, während das innere Rohr entweder, wie beim Ueberhitzer von Adorjan, mit der Luft in Verbindung steht, oder, wie beim Ueberhitzer der Cruse Controllable Superheater Company, von Wasser durchströmt wird, oder endlich, wie beim Ueberhitzer von Fehrmann, mit den Heizgasen in Berührung kommt. Bei dem Ueberhitzer von Fehrmann,[679] Moskau (Fig. 1214), sind in den ringförmigen Hohlraum noch gewellte Kupferbleche eingelegt, welche die Wärmeabgabe von der Wandung an den Dampf erleichtern sollen [3] und [5]. Besondere Vorzüge sind den Ueberhitzern mit Doppelröhren im allgemeinen nicht zuzusprechen, da sich mit dem gleichen Gewichte einfacher glatter Rohre meistens dieselbe, wenn nicht eine höhere Leistung erzielen läßt.

Die Form und Anordnung der Ueberhitzerrohre ist eine sehr verschiedene. Die Fig. 15 und 16 zeigen einen Ueberhitzer mit geraden Rohren am Gehre-Kessel (vgl. a. Bd. 2, S. 569, Fig. 18). Die oberste Reihe des Rohrbündels ist nicht wasser-, sondern dampfgefüllt. Jedes Rohr steht vorn durch einen elastischen Krümmer mit einem Dampfverteilungsrohr in Verbindung, das den Dampf unmittelbar vom Oberkessel empfängt. Am hinteren Kesselende sind die Rohre mit einem Dampfsammelrohr verbunden, welches den überhitzten Dampf in die Dampfleitung führt. Nachteilig ist der große Durchmesser der Ueberhitzerrohre, da die Wärme innerhalb des überhitzten Dampfes schlecht weitergeleitet wird. Aus demselben Grunde erscheint auch die Anwendung gerader Rohre wenig zweckmäßig, weil bei diesen der Dampf keinen Richtungswechsel erfährt und daher nicht so gut durcheinander gewirbelt wird wie bei [680] U- oder S-förmig gebogenen Rohren oder Rohrspiralen. – Die Fig. 1719 zeigen den Ueberhitzer der Düsseldorf-Ratinger Röhrenkesselfabrik vorm. Dürr & Co. Die U-förmig gebogenen Rohre haben 44,5 mm äußeren Durchmesser und sind in der Rohrwand der schmiedeeisernen geschweißten Dampfkammer (Fig. 18) eingewalzt. Von den 48 Rohren sind die Hälfte parallel geschaltet. Die Verbindung der beiden hintereinander geschalteten Hälften geschieht mit Hilfe der Dampfkammer, die durch eingelegte Zwischenbleche in die erforderlichen Kammerabteilungen zerlegt ist (in Fig. 18 punktiert). Die Versteifung der Kammerwände erfolgt mit Hilfe von 28 bezw. 32 mm starken Stehbolzen. Der Einbau des Ueberhitzers geschieht nach Fig. 19 zwischen dem Wasserrohrbündel und dem Oberkessel.

Aehnlich gebaut ist der Ueberhitzer der Guilleaume-Werke, Neustadt a. d. H. (Fig. 20), doch sind hier je vier Rohre zu einem Bündel vereinigt und durch ein gemeinsames Loch in der Dampfkammerwand zugänglich gemacht. Die Zahl der Kammerverschlüsse (konische Innenverschlüsse, wie bei den Wasserkammern) ist hierdurch auf den vierten Teil vermindert; 16 Rohre sind parallel und vier Rohrlagen hintereinander geschaltet. Der Einbau des Ueberhitzers am Kessel der Guilleaume-Werke erfolgt zwischen Wasserrohrbündel und Oberkessel, doch pflegt die Dampfhammer in der hinteren Stirnwand der Kesseleinmauerung zu liegen [4], [5]. – Bei dem Ueberhitzer von Babcock & Wilcox (Fig. 21) sind getrennte Dampfkammern für den Eintritt und Austritt des Dampfes vorhanden. Die Fig. 22 und 23 zeigen einen Schnitt durch die geschweißte Dampfhammer und den Verschluß der Rohrlöcher, der auch hier für vier Rohre gemeinsam erfolgt. Die Verschlußdeckel sind oval und werden mit einem Kupferring abgedichtet. Von den Ueberhitzern mit S-förmigen Rohrschlangen hat besonders derjenige von A. Hering, Nürnberg, weite Verbreitung gefunden. Die Fig. 24 und 25 zeigen die übliche Anordnung der Rohrschlangen. Die Dampfkammern sind zylindrisch und werden meistens aus Gußeisen[681] hergestellt. Die Rohre werden mit Flanschen, die aber außerhalb der Heizkanäle liegen, an den Dampfkammern befestigt; die Firma A. Hering führt jedoch auch schmiedeeiserne geschweißte Kammern mit eingewalzten Ueberhitzerrohren aus. Die Fig. 26 bis 28 geben den Einbau eines Heringschen Ueberhitzers von 35 qm Heizfläche in einen Dreiflammrohrkessel der Firma H. Paucksch von 110 qm Heizfläche, 3,33 qm Rostfläche und 11 Atmosphären Ueberdruck wieder. Zur Regulierung bezw. Absperrung sind die beiden Klappen a und b vorhanden [5]. – S-förmige Rohrschlangen weist auch der Ueberhitzer am Kessel von Göhrig & Leuchs (S. 522) auf. Der gesättigte Dampf strömt (vgl. die Pfeile) den beiden äußeren Dampfkammern zu und wird überhitzt aus der mittleren Kammer abgeleitet. Die erste Hälfte der Rohrschlangen liegt im Parallelstrom, die zweite im Gegenstrom zu den Heizgasen. – Einen weiteren Ueberhitzer mit S-förmigen Röhren an einem Kessel von Petry Dereux zeigt Fig. 1 bei Wasserabscheider (s.d.). Bemerkenswert ist die gute Ausnutzung des Raumes zwischen dem Rohrbündel und dem Oberkessel durch die verschiedene Länge der einzelnen Rohrlagen. – Fig. 29 gibt den Ueberhitzer von W. Schmidt mit spiralförmigen Rohrschlangen wieder. Die Strömung des Dampfes entspricht den Buchstaben a b c d e f g. Die unteren vier Spiralen liegen im Parallelstrom, die oberen sechs im Gegenstrom. Da der kälteste Dampf in der obersten Spirale strömt, so ist eine weitgehende Abkühlung der Gase ermöglicht, was bei dem Einbau des Ueberhitzers [682] am Ende des Heizgaskanales von besonderer Wichtigkeit ist. Außerdem bietet diese Vereinigung von Parallel- und Gegenstrom den Vorteil, daß die unterste Rohrschlange, die mit den heißesten Gasen in Berührung kommt, nicht zugleich den heißesten Dampf enthält, wie es beim reinen Gegenstrom der Fall wäre. Aehnliche Wirkung hat die Vereinigung von Parallel- und Gegenstrom beim Ueberhitzer von Göhrig & Leuchs, doch ist hier die Forderung, daß der kälteste Dampf mit den kältesten Gasen zusammentrifft, nicht von der gleichen Bedeutung, da die Gase hinter dem Ueberhitzer noch die Hälfte der Kesselheizfläche zu bestreichen haben. Eine weitere Ausführung eines Schmidtschen Ueberhitzers an einem Flammrohrkessel ist unter Vorwärmer (Fig. 14) zu finden. – Für Lokomobilen wendet R. Wolf, Magdeburg-Buckau, die in Fig. 30 dargestellte Bauart des Ueberhitzers an. Die Ueberhitzerkammer reicht nach dem D.R.P. Nr. 98980 zur Hälfte in den Dampfkessel hinein. Durch die Kürzung der Heizrohre des Kessels erhält der Ueberhitzer Gase von der notwendig hohen Temperatur. Die erste Spirale ist nach dem D.R.P. Nr. 96592 exzentrisch gewunden, um die Gase gleichmäßig auf den ganzen Ueberhitzer zu- verteilen. Die Schaltung der Rohrspiralen soll nach dem D.R.P. Nr. 85440 derart erfolgen, daß der Dampf von der ersten Spirale b nach der letzten, von dieser zur zweiten, von dieser zur vorletzten, dann zur dritten u.s.w. strömt. Es soll hierdurch für die erste Hälfte der Spiralen Parallelstrom, für die zweite Gegenstrom erreicht werden, doch ist diese Schaltung umständlicher als die bei Fig. 29 angewandte.

Die bisher angeführten Ueberhitzer waren Kesselzugüberhitzer, d.h. der Ueberhitzer lag in den Heizgaszügen des Kessels und wurde mit denselben Heizgasen wie dieser geheizt. Es gibt Fälle, in denen aber der Ueberhitzer getrennt vom Kessel aufgestellt und mit eigner Feuerung versehen werden muß. Die Fig. 31 und 32 zeigen einen solchen Ueberhitzer von W. Schmidt. Die Dampfströmung entspricht den Buchstaben C D, D E. Die Vorteile dieser Schaltung: Kühlung der der Feuerung zunächst liegenden Rohre und weitreichende Abkühlung der Gase durch die mit dem kältesten Dampf gefüllten Rohre sind bei einem Ueberhitzer mit eigner Feuerung noch höher zu veranschlagen, als bei dem am Kesselende liegenden Ueberhitzer (Fig. 29).

Ueberhitzer für Lokomotiv- und Schiffskessel sind in verschiedenen Bauarten zur Ausführung gekommen. Bei dem Rauchkammerüberhitzer für Lokomotiven von W. Schmidt (Fig. 33 und 34) wird an Stelle der unteren Heizröhren ein Flammrohr angeordnet, das einen entsprechenden Teil der Heizgase zu dem aus spiralförmigen Röhren gebildeten, im unteren Teil der Rauchkammer eingebauten Ueberhitzer führt. – Fig. 35 zeigt den Rauchrohrüberhitzer für Lokomotiven von W. Schmidt; hier sind die oberen Heizröhren mit derartig großem Durchmesser ausgeführt, daß sie je vier Ueberhitzerrohre aufnehmen können. Aus einer stählernen, in der Rauchkammer liegenden Dampfhammer gelangt der Dampf durch[683] zwei der vier Ueberhitzerrohre in das Heizrohr hinein und durch die übrigen zwei wieder heraus zu einer andern Abteilung der Dampfhammer. Die erste Abteilung der Dampfhammer steht mit dem Dampfdom, die andre mit der Maschine in Verbindung. – Die Fig. 36 und 37 zeigen noch einen Schiffskesselüberhitzer von W. Schmidt, bei dem die Ueberhitzerrohre in einem Flammrohr liegen, das an Stelle einer entsprechenden Zahl von Heizröhren eingebaut ist. Die Regulierung erfolgt durch Verdrehen eines zylindrischen Rauchgasschiebers.

Ueberhitzer mit plattenförmigen Elementen haben bisher wenig Verbreitung gefunden. Eine neuere Konstruktion ist die von Pregardien, Fig. 38–40, bei der das Ueberhitzerelement aus einem flachen, durch eine Wand in zwei Kammern geteilten Karten besteht, der von kurzen Heizröhren durchdrungen wird. Das ganze Element ist autogen in einem Stück geschweißt. Hervorzuheben ist die geringe Zahl von Dichtungsstellen.

II. Grundsätze für die Konstruktion der Ueberhitzer.

1. Rohrdurchmesser. Da der überhitzte Dampf die Wärme schlecht weiterleitet, so muß die zu überhitzende Dampfmasse in möglichst dünne Fäden zerlegt werden. Der Rohrdurchmesser sei daher klein, für schmiedeeiserne Rohre etwa zwischen 30 und 50 mm; gußeiserne Rohre müssen aus Herstellungsrücksichten größeren Durchmesser erhalten.

2. Wandstärke. Diese bestimmt sich: a) mit Rücksicht auf genügende Festigkeit gegen inneren Druck; b) mit Rücksicht auf ausreichende Sicherheit gegen Durchbrennen; c) mit Rücksicht auf genügende Wärmeaufspeicherung. Gewöhnlich ist b) oder c) maßgebend, da a) für dünne Rohre sehr kleine Werte liefert. Die Wärmeaufspeicherung der Rohrwand soll im allgemeinen so groß sein, daß die mit dem normalen Betriebe verbundenen Unregelmäßigkeiten (Oeffnen der Feuertür, Beschickung des Rostes u.s.w.) keinen erheblichen Einfluß auf die Dampftemperatur auszuüben vermögen. Schmiedeeiserne Rohre erhalten 21/2–6 mm, gußeiserne etwa 20 mm Wandstärke.

3. Rohrform. Die gerade Form ist im allgemeinen nicht zu empfehlen, da zur Erzielung einer guten Durchwirbelung ein mehrmaliger Richtungswechsel des Dampfes erwünscht ist. U-förmig gebogene Röhren sind bequem herzustellen, lassen sich leicht entwässern, bedürfen keiner besonderen Zwischenstützung im Feuerraum, erfordern aber mehr Dichtungsstellen als S-förmig gebogene Röhren. Diese müssen bei großer Länge zusammengeschweißt oder verschraubt werden; die Entwässerung ist schwieriger ausführbar, bei senkrecht hängenden Rohrschlangen überhaupt unmöglich; die einzelnen Windungen müssen besonders unterstützt werden, doch ist die Zahl der Dichtungen gering, auch ermöglicht diese Rohrform eine sehr gute Anpassung an den zur Unterbringung gegebenen Raum. Spiralförmig gebogene Röhren verursachen mehr Arbeit bei der Herstellung; die Entwässerung ist nur bei senkrechter Achse der Spirale möglich; es kann eine verhältnismäßig große Heizfläche auf verhältnismäßig kleinem Raum untergebracht werden.

4. Parallel- und Hintereinanderschaltung der Rohre. Maßgebend ist die Dampfgeschwindigkeit; ist diese zu klein, so ist der Wärmedurchgang ungenügend; ist sie zu groß, so wird der Druckabfall im Ueberhitzer zu bedeutend. Man schaltet soviel Rohre parallel, daß die Dampfgeschwindigkeit möglichst nicht unter 6 m/sec bezw. nicht über 20 m/sec ausfällt. Die übrigen Rohre werden nötigenfalls hintereinander geschaltet.[684]

5. Einbaustelle. Je höher der Dampf überhitzt werden soll, um so heißer müssen die Gase sein, die ihn bestreichen. Einbau im Fuchs ermöglicht nur eine geringe Ueberhitzung, falls der Kessel normal belastet ist. Bei den beiden Ausführungen, Fig. 29 und 30, wo der Ueberhitzer für hohe Ueberhitzung am Ende der Kesselheizfläche liegt, ist die Ueberhitzerheizfläche verhältnismäßig groß gegenüber der Kesselheizfläche, so daß letztere relativ hoch belastet ist und die Gase noch mit hoher Temperatur in den Ueberhitzer treten. Die zweckmäßigste Einbaustelle hängt vorwiegend vom Kesselsystem ab. Beim Flammrohrkessel liegt der Ueberhitzer am Ende der Flammrohre beim Uebergang der Gase aus dem ersten in den zweiten Zug (Fig. 35 und 26–28); das gleiche gilt vom vereinigten Flammrohr- und Heizrohrkessel. Beim einfachen Heizrohrkessel (Lokomobil-, Lokomotiv-, Schiffskessel) erfolgt der Einbau hinter bezw. im Röhrenbündel (Fig. 30 und 3337). Beim Wasserrohrkessel wird der Ueberhitzer regelmäßig zwischen Röhrenbündel und Oberkessel eingebaut (Fig. 15, 16, 19 und 21). Die vorgeschaltete Wasserrohrheizfläche wird hierbei um so kleiner gewählt, je höher der Dampf überhitzt werden soll. Je kleiner die vor dem Ueberhitzer liegende Kesselheizfläche ist, je heißer also die Gase zum Ueberhitzer gelangen, um so kleiner kann für dieselbe Leistung die Ueberhitzerheizfläche gewählt werden, um so größer ist aber die Gefahr einer Beschädigung der Rohre. Wenn irgend möglich, ist der Einbau ohne Vergrößerung des Kesselmauerwerkes zu bewirken. Die Unterbringung in besonderen an- oder aufgebauten gemauerten Kammern (Fig. 35 und 26–28) ist wegen der Vergrößerung der Wärmeausstrahlung nur dann gerechtfertigt, wenn in andrer Weise die Unterbringung der Ueberhitzerheizfläche nicht möglich ist.

6. Gegenstrom und Parallelstrom von Gas und Dampf. Für die Wärmeausnutzung ist reiner Gegenstrom am besten, da hierbei die Gase zuletzt mit dem kältesten Dampf zusammentreffen, also weitgehende Abkühlung der Gase möglich ist. Da aber auch die heißesten Gase mit dem heißesten Dampf zusammentreffen, so ist bei hohen Gastemperaturen bezw. hoher Dampfüberhitzung die Gefahr des Verbrennens der Rohre für Gegenstrom am größten. Da beim Parallelstrom die Rohre gegen Verbrennen besser geschützt sind, so wendet man in solchen Fällen, wo dieser Schutz nicht entbehrt werden kann (hohe Ueberhitzung, Ueberhitzer mit eigner Feuerung), eine Vereinigung von Parallel- und Gegenstrom an, wie sie aus den Fig. 29 bis 32 (auch Fig. 2, S. 522) und den dazugehörigen Beschreibungen ersichtlich ist.

7. Schutzklappen und Schieber. Diese sind notwendig, wenn es sich um hohe Gas- bezw. Dampftemperaturen handelt und der Ueberhitzer zeitweise, z.B. beim Anheizen, nicht vom Dampfe durchströmt wird. Die Zahl der Klappen oder Schieber ist nach Möglichkeit zu beschränken; häufig genügt ein Absperrorgan (vgl. Fig. 2, S. 522, und Bd. 2, S. 569, Fig. 19), da es nur nötig ist, das Vorbeistreichen der Gase zu verhüten, während eine einfache Bestrahlung vom Ueberhitzer meistens gut ertragen wird. Die Klappen werden aus Schamotte oder Gußeisen hergestellt; die Lebensdauer derselben ist bei hohen Temperaturen in der Regel eine geringe. Gußeiserne Ueberhitzer werden häufig ohne Schutzvorrichtungen ausgeführt und haben sich bei zweckmäßiger Beschaffenheit des Eisens gut bewährt.

8. Regelung der Dampftemperatur. Kurz andauernde Einwirkungen, die eine Aenderung der Dampftemperatur veranlassen, sollen durch ausreichend große Masse der Ueberhitzerwandung in ihrem Einfluß möglichst gehemmt werden. Für länger andauernde Einwirkungen hat sich die Regelung des am Ueberhitzer vorbeistreichenden Gasgewichtes durch Einstellen von Regulierungsklappen am zweckmäßigsten erwiesen. Das Einspritzen von Wasser in den Ueberhitzer ist wenig gebräuchlich. Damit sich in den schwer zu reinigenden Rohren kein Kesselstein ansetzt, müßte mit kesselsteinfreiem Wasser gearbeitet werden. Der Hauptnachteil ist die Gefahr von Wasserschlägen bei unvorsichtiger Bedienung. Eine Regelung der Dampftemperatur durch Aenderung der Ueberhitzerheizfläche ist zwar zur Ausführung gekommen (L. Koch, Sieghütte-Siegen), wird aber zu umständlich und zu teuer [1]. Die Mischung des überhitzten Dampfes mit gesättigtem ermöglicht zwar eine Regelung der Dampftemperatur, doch ist das erzielte Gemisch schwer von gleichmäßiger Beschaffenheit zu erhalten. Außerdem kommt die Regelung nur der Verbrauchsstelle zugute, während die Ueberhitzerheizfläche die volle Temperaturänderung aushalten muß.

III. Berechnung der Ueberhitzerheizfläche [5].

Es bezeichne: D die stündlich zu überhitzende Dampfmenge in Kilogramm; B den stündlichen Brennstoffverbrauch in Kilogramm; L die zur Verbrennung von 1 kg Brennstoff erforderliche theoretische Luftmenge; m das Verhältnis der wirklichen Luftmenge zur theoretischen; Hü die Heizfläche des Ueberhitzers in Quadratmeter, k den Wärmedurchgangskoeffizienten, d.h. den stündlichen Wärmedurchgang in Wärmeeinheiten/Quadratmeter Heizfläche für 1° Temperaturunterschied zwischen den Feuergasen und dem Dampfe, T1 bezw. T2 die Temperaturen der Feuergase vor bezw. hinter dem Ueberhitzer, t bezw. t1 die Dampftemperaturen am Ueberhitzer beim Eintritt bezw. beim Austritt, w den Feuchtigkeitsgrad des Dampfes, d.h. das Gewicht Wasser in Kilogramm, das in 1 kg Dampf enthalten ist; c1 die spezifische Wärme für 1 kg Wasserdampf (Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1907, S. 81); c2 die spezifische Wärme für 1 kg Heizgas. Der zur Verdampfung des mitgeführten Wassers und zur Ueberhitzung des Dampfes erforderliche stündliche Wärmebetrag ist

Q = D [c1 (t1 – t) + w (606,5 – 0,717 t)].

1.


Nimmt man den Wärmedurchgang proportional der mittleren, zwischen Heizgasen und Dampf bestehenden Temperaturdifferenz an, so folgt für den stündlichen Wärmedurchgang auch die

Q = k Hü (T1 + T2/2 – t1 + t/2) bezw. Hü = 2 Q/k (T1 + T2 – t1 – t).

2.


Die Werte D, t und t1 sind als gegeben vorauszusetzen; w wird unter normalen Verhältnissen bei kurzer Leitung zwischen Kessel und Ueberhitzer = 0 gesetzt werden dürfen. Ist die Leitung[685] zwischen Kessel und Ueberhitzer verhältnismäßig lang, z.B. bei Ueberhitzern mit eigner Feuerung, so ist die Berücksichtigung des Feuchtigkeitsgehaltes unter entsprechender Schätzung; des in der Leitung kondensierten Dampfes notwendig, da es wirtschaftlich ratsamer sein wird, das Kondenswasser nicht abzuzapfen, sondern dem Ueberhitzer zur Verdampfung und Ueberhitzung zuzuführen. – Zuverlässige Angaben über den Wärmedurchgangskoeffizienten k können zurzeit noch nicht gemacht werden, da der Einfluß der verschiedenen, die Höhe von k bestimmenden Größen noch völlig unaufgeklärt ist. Nach den bisherigen Erfahrungen wird für Kesselzugüberhitzer im allgemeinen k = 10 bis 15 zu setzen sein; doch sind bei praktischen Versuchen an Ueberhitzern außerordentlich verschiedene Werte für k ermittelt worden; insbesondere haben sich bei Ueberhitzern mit eigner Feuerung erheblich größere Werte bis zu k = 30 und darüber gezeigt, ohne daß es bisher gelungen ist, die Gründe für die verschiedene Höhe von k klarzulegen. Nur soviel scheint festzustehen, daß k mit der Größe der an der Ueberhitzerheizfläche vorbeigeführten Gasmenge, also mit der Geschwindigkeit der Heizgase in den Kanälen bezw. der Anstrengung der Anlage erheblich zunimmt. Einen nicht unwesentlichen Einfluß dürfte auch die Führung der Gase ausüben, indem k um so höher ausfallen wird, je vollständiger alle Teile der Heizfläche bestrichen werden. Tote Räume, in denen sich nur eine unvollkommene Gasbewegung ausbilden kann, sind beim Einbau des Ueberhitzers streng zu vermeiden. Bei Ueberhitzern mit eigner Feuerung kann T1 = 800–900° und T2 = 250–300° gesetzt werden. Eine derartig weitgehende Abkühlung ist natürlich nur bei geeigneter Führung von Dampf und Heizgasen zu erreichen. Bei Kesselzugüberhitzern hängt T1 von der Einbaustelle ab. Soll der Ueberhitzer nachträglich am Kessel angebracht werden, so läßt sich T1 durch Messung bestimmen. Bei Neuanlagen kann man für mittlere Kesselanstrengung folgende Angaben verwenden:

1. Hinter Flammrohren: a) bei einfachen Flammrohrkesseln üblicher Länge T1 = 500–600°; b) bei übereinander liegenden Doppelkesseln T1 = 600–800°.

2. Zwischen Wasserröhrenbündel und Oberkessel: a) wenn etwa 2/3 der Kesselheizfläche vorgeschaltet wird, T1 = 400–450°; b) wenn etwa 1/2 der Kesselheizfläche vorgeschaltet wird, T1 = 450–550°; c) wenn etwa 2/5 der Kesselheizfläche vorgeschaltet wird, T1 = 550–650°.

3. In der Rauchkammer von Lokomobilkesseln mit gekürztem Röhrenbündel T1 = 400–450°. Die Temperatur T2 hinter dem Ueberhitzer kann unter der Voraussetzung, daß sämtliche Rauchgase den Ueberhitzer bestreichen und hierbei nur Wärme an diesen abgeben, berechnet werden aus der Beziehung:

Q = B (1 + m L) c2 (T1 – T2) bezw. T2 = T1Q/B (1 + m L) c2.

3.


Das wirkliche Luftgewicht für 1 kg Steinkohle kann zu m L = 15–20 kg, für 1 kg Braunkohle zu m L = 10–16 kg angenommen werden; ferner ist c2 = 0,24. Sind größere Ausstrahlungsverluste zu erwarten (Kammerüberhitzer) oder bestreichen die Gase zugleich mit dem Ueberhitzer einen geringen Teil der Kesselheizfläche (Oberkessel bei Wasserröhrenkesseln), so kann dies durch Schätzung dadurch berücksichtigt werden, indem man den Wert T2, etwas kleiner annimmt, als er sich nach Gleichung 3 berechnet. Gelangt nur ein bestimmter Teil des ganzen Rauchgasgewichtes B (1 + m L), z.B. 1/2, 1/3 u.s.w. zum Ueberhitzer, so hat man in Gleichung 3 den Wert B (1 + m L) mit dem entsprechenden Koeffizienten 1/2, 1/3 u.s.w. zu multiplizieren. Berner [1] empfiehlt, um die Temperatur T2 unberücksichtigt lassen zu können, für die Berechnung von Hü die Formel:

Hü = α · H · 0,48 · (t1 – t)/T1 – t1.

4.


Hierin ist H die Heizfläche des Kessels in Quadratmetern und α ein von t1 abhängiger Wert; innerhalb der gebräuchlichen Temperaturen t1 = 250–380° ist nach Ermittlungen des Verfassers auf Grund der bisherigen Erfahrungen zu setzen [5]:

α = 3,4 – 0,007 t1.

5.


Für Ueberhitzeranlagen, die in ähnlicher Weise mehrfach ausgeführt worden sind und für die bereits gewisse Erfahrungen vorliegen, kann es genügen, die Ueberhitzerheizfläche einfach auf Grund der Kesselheizfläche, der Rostfläche und der Einbaustelle zu schätzen. Ist z.B. bei Wasserröhrenkesseln die Hälfte der Heizfläche vorgeschaltet, so erreicht man erfahrungsgemäß mit einer Ueberhitzerheizfläche von 10–12% der Kesselheizfläche eine Dampftemperatur von 240–260°, von 20% der Kesselheizfläche eine solche von 300–320°.

Wählt man die Ueberhitzerheizfläche zehnmal so groß wie die Rostfläche, so erreicht man bei einer Kesselbelastung von 15 kg für 1 qm Heizfläche und Stunde Dampftemperaturen, wenn 1/2 der Kesselheizfläche vorgeschaltet wird, bis 300°, wenn 1/3 der Kesselheizfläche vorgeschaltet wird, bis 350°. Vorstehende Angaben gelten unter der Voraussetzung, daß die gesamte Heizgasmenge den Ueberhitzer bestreicht und daß hierbei keine erheblichen Wärmemengen an die Kesselheizfläche abgegeben werden.


Literatur: [1] Berner, O., Die Erzeugung des überhitzten Wasserdampfes, Berlin 1904. – [2] Dietrich, Max, Der moderne Dampfkessel der Kriegs- und Handelsschiffe, Rostock i. M. 1908. – [3] Herre, O., Anwendung des überhitzten Dampfes im Dampfmaschinenbetriebe, Mittweida 1899. – [4] Ders., Moderne Dampfkesselanlagen, Mittweida 1903. – [5] Ders., Die Dampfkessel, Stuttgart 1906. – [6] Mentz, W., Schiffskessel, München und Berlin 1907. – [7] Reinert, E., Die modernen Dampfkesselanlagen, Stuttgart 1900. – [8] Schenkel, Der überhitzte Dampf, Wien 1897. – [9] Stach, Entwicklung und Anwendung der Dampfüberhitzung, Gelsenkirchen 1901. – [10] Tetzner, F., Die Dampfkessel, 3. Aufl., Berlin 1907; vgl. a. die Literatur unter Dampfkessel, Heißdampfmaschinen u.s.w.; ferner sind wertvolle Mitteilungen in den technischen Zeitschriften (insbesondere: Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing.; Mitteil. aus der Praxis des Dampfkessel- und Dampfmaschinenbetriebes; Zeitschr. d. bayerischen Dampfkesselüberwachungsvereins; Zeitschr. d. Dampfkesseluntersuchungs- und Versicherungsgesellschaft, A.-G. Wien u.s.w.) enthalten.

O. Herre.

Fig. 1 u. 2.
Fig. 1 u. 2.
Fig. 3–5.
Fig. 3–5.
Fig. 6–8., Fig. 9., Fig. 10.
Fig. 6–8., Fig. 9., Fig. 10.
Fig. 11.
Fig. 11.
Fig. 12–14.
Fig. 12–14.
Fig. 15 und 16.
Fig. 15 und 16.
Fig. 17.
Fig. 17.
Fig. 18.
Fig. 18.
Fig. 19.
Fig. 19.
Fig. 20.
Fig. 20.
Fig. 21.
Fig. 21.
Fig. 22 und 23.
Fig. 22 und 23.
Fig. 24 und 25.
Fig. 24 und 25.
Fig. 26–28.
Fig. 26–28.
Fig. 29.
Fig. 29.
Fig. 30.
Fig. 30.
Fig. 31 und 32.
Fig. 31 und 32.
Fig. 33 und 34.
Fig. 33 und 34.
Fig. 35.
Fig. 35.
Fig. 36 und 37.
Fig. 36 und 37.
Fig. 38–40.
Fig. 38–40.
Quelle:
Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 8 Stuttgart, Leipzig 1910., S. 678-687.
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