Dampfkesselberechnung [2]

Dampfkesselberechnung (s. Bd. 2, S. 572). Die Formeln für die Endtemperatur der Heizgase T₂ und den Wirkungsgrad η₂ der Heizfläche müssen lauten:

Für ortsfeste Kessel darf gesetzt werden η₂ = 0,75 bis 0,87, für Lokomotivkessel η₂ = 0,60 Q bis 0,75. Ueber neuere Werte von D : H und H : R, die wenig höher liegen als die angegebenen, s. [1], [2].

Brennmaterialbedarf. Mit der Geschwindigkeit v der Luft durch die Rostspalten kann bei sehr günstigen Zugverhältnissen und kurzen Zügen bis 2 m/Sek., bei künstlichem Zug bis 4 m/Sek. gegangen werden. Ueber die Höhe der Verdampfungsziffer für verschiedene Brennstoffarten und Ausnützungen s. [1].

Raumbeanspruchung, Wasserinhalt, Dampfinhalt und verdampfende Oberfläche (Bd. 2, S. 575). Neuere Werte, die von den angegebenen wenig abweichen, sich jedoch auf weitere Kesselarten beziehen, s. [3].

Schornstein. Bezeichnet F den lichten oberen Querschnitt in Quadratmetern, B die stündlich verfeuerte Brennstoffmenge in Kilogramm, G_kg bezw. G_cbm die von 1 kg Brennstoff erzeugte tatsächliche Gasmenge in Kilogramm bezw. Kubikmeter, s. Rauchgasuntersuchung, α den Ausdehnungskoeffizienten der Gase = 1/273, t₀ die Austrittstemperatur der Gase aus dem Schornstein, γ = 1,293 kg das Gewicht von 1 cbm mitteltrockener Luft von 0° und 760 mm Quecksilbersäule, δ im Mittel = 1 die Dichte der Rauchgase bezogen auf Luft, v_n die Austrittsgeschwindigkeit an der Mündung, so berechnet sich der lichte obere Schornsteinquerschnitt aus F₀ = (B · G_kg (1 + α t₀))/(γ · δ · 3600 · v) oder = (B · G_cbm (1 + α t₀))/(3600 v_n); v_n kann gesetzt werden für 1 bis 2 Kessel = 4 m, für 3 Kessel = 5 m, für 7 Kessel 6 m, für 12 Kessel 7 m/Sek. Für mittlere Verhältnisse v_n = 4 m/Sek., t₀ = 235° wird F₀ = (B · G_kg)/10000 oder für G = 19 kg, bei guter Steinkohle F₀ = 0,0019 B. – Nach Angabe von v. Reiche ist der obere Schornsteindurchmesser d₀ = 0,09 B^0,4 bis 0,1 B^0,4. – Das kleinste Maß für gemauerte Schornsteine ist d₀ = 0,6 m. – Die Schornsteinhöhe kann berechnet werden aus H = 15 d₀ + (10 bis 15), (für d₀ < 1 m im ist 15, für d₀ > 1 m im 10 zu nehmen). Kommt Economiser in Betracht, durch welchen die Temperatur im Schornstein und damit die Zugstärke erniedrigt wird, ist die Schornsteinhöhe reichlich zu wählen. Weiteres s. [1], [4].

Material der Dampfkessel. Die Kesselbleche aus Schweißeisen werden heute nur noch in zwei Qualitäten hergestellt:

1. Feuerblech für Teile der Kesselwandung, die im ersten Feuerzug liegen;

2. Bördelblech für alle andern Kesselteile.

Angaben über Zugfestigkeit und Dehnung entsprechen noch den alten Angaben (s. Bd. 2, S. 576).

[126] Bleche über 25 mm Dicke pflegen weniger Zugfestigkeit zu haben als aus gleichem Material gefertigte Bleche unter 25 mm Dicke. Auf je 2 mm Vergrößerung der Dicke rechnet man mit 0,5 kg Festigkeitsabnahme.

Für Kesselbleche aus Flußeisen kommen bis auf weiteres drei Blechsorten zur Anwendung, und zwar

Flußeisen darf keine geringere Zugfestigkeit als 34 kg/qmm und in der Regel keine höhere Festigkeit als 51 kg/qmm haben. Bezüglich Mindestdehnung aller Bleche gilt folgende Zahlentafel:

Für diejenigen Teile des Kessels, welche gebördelt werden oder im ersten Feuerzug liegen, dürfen nur Bleche von Sorte I, für Teile, die nicht gebördelt oder nicht im ersten Feuerzug liegen, können Bleche der II. oder III. Sorte verwendet werden. – Der Unterschied zwischen Mindest- und Höchstfestigkeit darf bei einem einzelnen Blech sowie bei Blechen gleicher Qualität innerhalb einer Lieferung bei Blechlängen bis 5 m höchstens 6 kg/qmm, über 5 m höchstens 7 kg/qmm betragen, jedoch nur innerhalb der festgesetzten Zugfestigkeitsgrenzen. – Bezüglich des Verhaltens des Materials bei der Biege-, Schmiede- und Lochprobe s. [5] und [6]. Daselbst finden sich auch Vorschriften über die übrigen zur Dampfkesselfabrikation nötigen Materialien (Schrauben, Nieten, Stehbolzen, Wasser- und Ankerrohre u.s.w.).

Bleche aus Flußeisen, welches im Flammofen erzeugt worden ist, haben folgende Bezeichnung zu tragen, sofern ihre Festigkeit

41 kg/qmm nicht übersteigt: , höher als 41 kg/qmm ist:

Bleche aus Thomaseisen haben folgende Bezeichnung zu tragen, sofern ihre Festigkeit

41 kg/qmm nicht übersteigt: , höher als 41 kg/qmm ist:

Berechnung der Materialstärken. Nach den neuen, Bauvorschriften für Dampfkessel, s. [5] und [6], ist die Blechdicke s in Millimeter für zylindrische Kessel Wandungen mit innerem Ueberdruck zu berechnen aus s = D · px/200 · K · Z + 1. Hierin ist D der größte innere Durchmesser des Kesselmantels in Millimeter, p der größte Betriebsüberdruck in Atmosphären, Z das Verhältnis der Mindestfestigkeit der Längsnaht zur Zugfestigkeit des vollen Blechs, K die Zugfestigkeit des zum Mantel verwendeten Materials = 33 kg/qmm bei Schweißeisen, = 36 kg/qmm bei Flußeisen Sorte I, 40 kg/qmm bei Sorte II und = 44 kg/qmm bei Sorte III. Der Wert x schwankt zwischen 4,75 und 4, je nach Art und Ausführung der Nietung, s. [6]. – Die Fertigkeit gut und überlappt geschweißter Nähte kann zu 0,7 der Fertigkeit des vollen Bleches angenommen und bei nahtlos gewalzten Mantelschüssen kann x = 4 und Z = 1 gesetzt werden. Tabellen über Blechstärken und Durchmesser von flußeisernen Dampfkesselmänteln bei verschiedenen Dampfspannungen und Nietungsarten s. [3]. Ueber Berechnung der Nietverbindungen s. ferner [7], sowie S. 128 u. f.

Berechnung der Blechdicken von Dampfkesselflammrohren mit äußerem Ueberdruck. Bezeichnet s die Blechdicke in Millimeter, d den inneren Durchmesser zylindrischer Flammrohre, bei konischen Flammrohren den mittleren inneren Durchmesser in Millimeter, p den größten Betriebsüberdruck in Atmosphären, a einen Zahlenwert, l die Länge des Flammrohrs in Millimeter, zutreffendenfalls die größte Entfernung der wirksamen Versteifungen voneinander, so ist

Hierin ist zu wählen:

Ueber wirksame Versteifungen und Bauvorschriften für Dampfkessel s. [5], [6].

Die Blechdicke s in Millimeter von Wellrohren und gerippten Rohren nach den Systemen Fox, Morison, Purves und Deighton (s. Dampfkessel, S. 117) sind zu berechnen aus s = p · d/1200 + 2, wenn p den größten Betriebsüberdruck in Atmosphären und d den kleinsten inneren Flammrohrdurchmesser in Millimeter bedeutet, s_min = 7 mm.

Gekrempte ebene Kesselböden aus Flußeisen erhalten nach den Bauvorschriften für Landdampfkessel eine Blechdicke s = 1/98 [d – r (1 – 2 r/d)] √p mm, worin p den größten Betriebsüberdruck in Atmosphären, d den inneren Durchmesser des Bodens in Millimeter, r den Wölbungshalbmesser der Krempung bedeutet.

Bezüglich der Berechnung der Blechdicken ebener Wandungen aus Flußeisen, die durch Stehbolzen sowie Längsanker oder durch Eckanker versteift sind; von rechteckigen Platten aus Flußeisen, die am Umfang befestigt und; von Kupferplatten, welche durch Stehbolzen oder Anker unterstützt werden; von Rohrplatten für Heizrohrkessel; von Feuerbüchsen, bei denen die Decke nicht durch Anker oder in andrer Weise mit dem Kesselmantel verbunden, sondern durch Bügel- oder Deckenträger unterstützt ist, s. [5]–[7].

[127] Gewölbte volle Böden ohne Verankerung gegenüber innerem Ueberdruck werden berechnet aus s = p · r/200 k, worin s = Blechdicke in Millimeter, p = größter Betriebsüberdruck in Atmosphären, r = innerer Halbmesser in der Mitte der Wölbung in Millimeter, k = zulässige Belastung in Kilogramm-Quadratmillimeter.

Ist der Krempungshalbmesser ausreichend groß gewählt, darf k genommen werden bis zu 5 kg/qmm für Schweißeisen, bis zu 6,5 kg/qmm für Flußeisen, bis zu 4 kg/qmm für Kupfer bis zu 200° C. Dampftemperatur.

Gewölbte Flammrohrböden mit Aus- oder Einhaltung für 1 oder 2 Flammrohre. Bei ausreichend großen Krempungshalbmessern und ausreichend großem Abstand der Flammrohre von den Krempen sowie bei Verwendung elastischer Flammrohre kann die Blechdicke berechnet werden aus s = p r/200 k, mit k bis 7,5 kg/qmm.

Auch über die Berechnung der Schrauben und Verschraubungen, der Anker und Stehbolzen sowie der Bügel- und Deckenträger für Feuerbüchsdecken s. [5]–[7].

Literatur: [1] C. Lányi, Berechnung der Dampfkessel, Feuerungen, Ueberhitzer und Vorwärmer, 2. Aufl., 1911. – [2] R. Spalckhaver u. Fr. Schneiders, Die Dampfkessel nebst ihren Zubehörteilen und Hilfseinrichtungen. – [3] Hütte, Des Ingenieurs Taschenbuch, 21. Aufl., Bd. II. – [4] Lang, Der Schornsteinbau. – [5] Allgemeine polizeiliche Bestimmungen über Anlegung von Dampfkesseln vom 17. Dezember 1908, in Kraft getreten am 1. Januar 1910, mit Anlage I »Deutsche Bauvorschriften für Dampfkessel« und Anlage II »Deutsche Materialvorschriften für Dampfkessel«. – [6] R. Baumann, Die Grundlagen der deutschen Material- und Bauvorschriften für Dampfkessel, mit einem Vorwort von C. Bach, Berlin 1912. – [7] C. Bach,. Maschinenelemente, 1 l. Aufl., Bd. 1.

R. Stückle.