Die maschinellen Einrichtungen für Dampf, Rohöl, Gas und Wasser. Vorarbeiten, Entwurfsgestaltung und Betriebsführung

582 Pages·1936·24.667 MB·German

by  Dipl.-Ing. Herbert Kyser (auth.)

Die elektrische
Kraftfib ertragung
Von
Dipl.-Ing. Herbert Kyser
Oberbaurat
Dritter Band
Bau uud Betrieb des Kraftwerkes
Erster Teil
Die maschinellen Einrichtungen flir Dampf, RohOl, Gas und Wasser
Vorarbeiten, EntwurfsgestaItung und BetriebsfUhrung
Dritte
vollstandig umgearbeitete und erweiterte Auflage
Mit 380 Abbildungen und 50 Zahlentafeln
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1936
ISBN 978-3-642-90153-9 ISBN 978-3-642-92010-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-92010-3
Aile Rechte, insbesondere das der Dbersetzung
in fremde Sprachen, vorbehalten.
Copyright 1936 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Ursprunglich erschienen bei Julius Springer in Berlin 1936.
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1936
Vorwort.
Einem vielseitigen Wunsch der Fachkollegen folgend ist der
IH. Band des vorliegenden Werkes bei seiner Neubearbeitung in zwei
Teile aufgeteilt worden, um ihn handlicher zu gestalten und für die
Praxis leichter benutzbar zu machen. Es werden nunmehr die ma
schinellen und elektrischen Anlageteile getrennt behandelt.
Die großen Fortschritte der letzten Jahre auch auf dem Gebiet
aller maschinellen Einrichtungen neuzeitiger Kraftwerke bedingten
eine vollständige Neubearbeitung. Bei der außerordentlichen Viel
gestaltigkeit der Einzelteile konnte nicht auf alle Einzelheiten ein.
gegangen werden. Das hätte das Werk nur unnötig belastet und unüber·
sichtlich gemacht. Trotzdem ist versucht worden, nach den Erfahrungen
des Betriebes dem Elektroingenieur auch aus dem Maschinen- und
Baugebiet das zu vermitteln, was ihm für die Aufstellung von neuen
Kraftwerksentwürfen, für die Erneuerung oder Erweiterung bestehender
Anlagen, für die Begutachtung von Vorschlägen und die Überprüfung
von Angeboten als Rüstzeug zur Verfügung stehen muß. Nicht immer
ließ es sich dabei vermeiden, kleine Wiederholungen zu bringen, um
das Studium zu erleichtern und das oft lästige Zurückgreifen auf bereits
Gesagtes zu beschränken.
Die betriebswissenschaftliche Bearbeitung von Wärmekraftanlagen
ist dem Elektroingenieur zumeist weniger geläufig. Hier soll ihm der
dritte Band helfend zur Seite stehen, ohne ihn mit theoretischen Ab
handlungen zu belasten, die durchzuarbeiten ihm zumeist Zeit und
Ruhe fehlen. Ähnliches gilt für betriebstheoretische Feststellungen bei
den Wasserkraftanlagen.
Formeln, soweit sie für die Beurteilung der Betriebswirtschaft er·
forderlich sind, wurden kurz erläutert, um sie besser verwerten zu
können, und den Einfluß ihrer einzelnen Glieder zu übersehen.
Beschreibungen von Patenten und Konstruktionen sind wiederum
vollständig fortgelassen worden.
Nicht unerwähnt soll bleiben, daß in der gewählten Stoffbehandlung
auch auf die Jungingenieure und Studierenden besonders Rücksicht
genommen wurde, um ihnen die Einführung in die Praxis auch auf
diesem Gebiet zu erleichtern.
Den Wünschen meiner Fachkollegen um Vervollständigung mancher
Abschnitte bin ich mit besonderem Dank auch an dieser Stelle für das
mir entgegengebrachte Interesse gerne gefolgt. Um das Formelverzeich
nis und das ausführlich gehaltene Sachregister beim Studium des
dritten Bandes bequem zur Hand zu haben, sind einem ebenfalls
IV Vorwort.
mehrfach geäußerten Wunsch entsprechend beide zu einer Anlage
zusammengefaßt und so beigeheftet worden, daß sie herausgenommen
und besonders benutzt werden können.
Zu danken habe ich weiter den Firmen, die mich durch Überlassung
technischer Angaben und Bildvorlagen unterstützten, insonderheit
der Verlagsbuchhandlung Julius Springer für die große Mühe und
wertvolle Beihilfe bei der Bearbeitung und Drucklegung auch dieses
Bandes.
Eine berechtigte Freude ist es mir, meinen Sohn, Dipl.-Ing. Karl
Heinz Kyser, erstmalig als Mitarbeiter erwähnen zu können, der mir
bei der Durchsicht der Handschrift, beim Korrekturlesen und besonders
bei der Formelbearbeitung mit dem Buchstabenverzeichnis wesentlich
geholfen hat.
Weimar, im Juli 1936.
Kyser.
Inhaltsverzeichnis.
Erster Abschnitt.
Das Stromversorgungsgebiet.
Seite
1. Die Belastungsverhältnisse . . . . . . . . . . . . . I
2. Betriebs- und wirtschaftstechnische Grundverhältnisse 15
3. Stromart und Spannung. 26
a) Allgemeines . . . . . . . . . . 26
b) Gleichstrom . . . . . . . . . . 27
c ) Wechselstrom . . . . . . . . . 32
d) Kraftwerke mit zwei Stromarten 34
Zweiter Abschnitt.
Die Dampfkraftanlagen.
4. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5. Der Aufbau einer Dampfkraftanlage im allgemeinen . 37
6. Die Maschinenleistung . . . . . . . . . . . 39
7. Die Vorarbeiten für die Entwurfsaufstellung 42
a) Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . 42
b) Die Lage des Kraftwerkes . . . . . . . 43
c) Die Brennstoffbeschaffung . . . . . . . 45
d) Die Wasserbeschaffung für das Kesselspeise- und Kondensatorkühl-
wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
e) Die geologischen und hydrologischen Untersuchungen des Baugrundes 50
f) Besondere Einzelheiten. . . . . . . . . . . . . . 52
g) Der thermische Wirkungsgrad, der Wärmeverbrauch. 53
h) Dampfdruck und Dampft emperatur . . . . . . . 57
i) Erweiterung und Umbau bestehender Kraftwerke. 68
8. Die Dampfturbinen. . . . . 72
a) Der mechanische Aufbau. 72
b) Die Leistung der Turbine. 76
c) Die Drehzahl der Turbine 78
d) Die Getriebeturbine . . . 79
e) Die Welle. . . . . . . . 82
f) Die Lager und der Zusammenbau mit dem Generator. 83
g) Die Lagerschmierung . . 85
h) Die Wahl des Öles. . . . . . . . 86
j) Die Grundplatte ........ 88
k) Die Regelvorrichtungen . . . . . . 89
1) Dampfverbrauch und Wirkungsgrad 93
m) Der Raumbedarf und die Fundierung 103
n) Betriebstechnische Einzelheiten 107
9. Die Kondensationsanlagen . . . III
a) Allgemeines . . . . . . . . III
b) Der Oberflächenkondensator. . 115
c) Die Kühlrohre. . . . . . . . 116
d) Das Kühlwasser. . . . . . . 118
e) Die Auft eilung des Kondensatorkessels . 123
f) Die Kondensationspumpen und der Pumpenantrieb 125
g) Die Kühlwasserpumpe . . . . . . . . . . . . . 125
VI Inhaltsverzeichnis.
Seite
h) Die Luftpumpe 128
i) Die Kondensatpumpe. 132
k) Doppeltes Pumpwerk . . 133
1) Der Pumpenantrieb • . 134
m) Die Rückkühlanlagen. • • • . . .. 136
n) Allgemeine Angaben für den Entwurf und die Ausführung von Kamin-
kühlern • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . • 141
Dritter Abschnitt.
Die Dampfkesselanlagen.
10. Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
11. Dampfbildung, Dampfspannung, Dampft emperatur .......... 146
12. Die Kesselgröße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
13. Dampfmenge, Heizfläche, Brennstoffverbrauch, Verlust, Kesselwirkungs-
grad . . . . . . 155
14. Die Brennstoffe ......................... 169
a) Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
b) Feste Brennstoffe ....................... 174
Steinkohle. S. 174. - Braunkohle S. 175. - Torf S. 177. - Holz
S.178.
c) Flüssige Brennstoffe . . 178
d) Gasförmige Brennstoffe. . . . . . . . . . . . . . . 178
15. Das Kesselspeisewasser . . . . . . . . . . . . . . . . 179
a) Allgemeines. • . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
b) Das chemische Reinigungsverfahren des Zusatzwassers . 182
c) Das thermische Reinigungsverfahren . . 189
d) Die Behandlung des gasfreien Wassers. 191
e) Die Entölung . . . . . . . . 192
f) Betriebsvorschriften . . . . . 193
g) Die Speisewasser-Vorwärmung. 193
16. Die Kesselbauformen • . . . . . 200
a) Der Großwasserraumkessel . . 201
b) Der Wasserrohrkessel. . . . . 206
Der Schrägrohrkessel S. 206. - Der Steilrohrkessel S. 216. - Die
La Mont-Verdampfung mit Zwangsumlauf S. 224. - Bautechnische
Einzelheiten für beide Kesselbauformen S. 228. - Besondere Merkmale
zwischen Schräg- und Steilrohrkessel S. 230.
c) Der Umlaufkessel •...•.................. 231
Der Löfflerkessel S. 232. - Der Bensonkessel S. 233. - Der BBC-
Velox-Dampferzeuger. . . . . . 236
17. Die Feuerungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . 237
a) Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
b) Die Rostfeuerung im allgemeinen . . . . . . . . . . . . . . . . 241
c) Die Feuerungsanlagen für Großwasserraumkessel.. . . . . . . . . 241
Die Rostfeuerung mit Aufwurfbedienung S. 241. - Die Unterwind
feuerung S. 242. - Der Unterwind-Planrost S. 244. - Die Unter
schubfeuerung S. 245. -Die Stokerfeuerung S. 247.
d) Die Feuerungsanlagen für Wasserrohrkessel ............ 250
Der Wanderrost S. 250. - Die Roststäbe S. 262. - Die Stoker
feuerung S. 262. - Die Feuerungseinrichtungen für Rohbraunkohle 265
e) Die Kohlenstaubfeuerung .................... 274
Die einfache Feuerung S. 274. - Die Lopulco-Feuerung S. 279. - Die
Krämer-Mühlenfeuerung S. 280. - Die Rohstaubfeuerung S. 282. -
Die Kohlenstaub-Zusatzfeuerung S. 283.
18. Der Überhitzer. . . . . . . . . . . . . 285
a) Der Berührungsüberhitzer . . 285
b) Der Strahlungsüberhitzer . . 287
19. Die Abgasverwertung . . . . . 288
a) Der Speisewasservorwärmer . 289
Inhaltsverzeichnis. VII
Seite
b) Der Luftvorwärmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Abnahmeergebnisse an ausgeführten Kesselanlagen S.295.
20. Das Kesselmauerwerk . . 295
a) Das Außenmauerwerk . . 295
b) Das Innenmauerwerk • . . 300
21. Die Luftzuganlagen . . . . . 302
a) Der gemauerte Schornstein 302
b) Der eiserne Schornstein. . 307
c) Die Saugzuganlagen . . . . 310
22. Die Ruß- und Flugaschebekämpfung . 313
23. Die Entaschungsanlagen. . . . . . . 316
a) Die Handentaschung. . . . . . . 316
b) Die mechanische Entaschung . . . 317
Die Spülwasserentaschung S. 318. - Die Saugluftentaschung S. 321.
24. Die Rohrleitungen . . . . . . . . . 322
a) Die Durchbildung . . . . . . . . . . . 322
b) Die Einzelberechnung . . . . . . . . . . . . . 325
c) Baustoff und Art der Herstellung. . . . . . . 333
d) Die Kessel- und Rohrleitungszubehörteile . . . . 334
e) Speisepumpen - Frischdampfleitungen, Saug- und Druckwasser-
leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
25. Die Kesselspeis~pumpen. . . . . . . . . . . . . . . . 338
26. Die Meß- und Uberwachungseinrichtungen für den Betrieb 345
a) Kesselanlage . . . . . . . . . . . . . . 346
b) Pumpenanlage . . . . . . . . . . . . . 359
c) Maschinenanlage . . . . . . . . . . . . 362
27. Die mechanischen Kohlenbewegungsanlagen . 364
a) Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . 364
b) Die Förderungen von einer benachbarten Grube 364
Der Wagenkipper S.365. - Die Elektrohängebahn S.366.
c) Die Bewegungsanlagen zum und vom Werkslagerplatz. . . . 370
Die fahrbare Verladebrücke mit Drehkran S. 370. - Der fahrbare
Kabelkran S. 372.
d) Die Förderung im Kesselhaus. . ................ 373
Der Gurtförderer S. 373. - Der Plattenbandförderer S. 375. - Das
Pendelbecherwerk S.375.
e) Steuer- und Überwachungseinrichtungen . . . . . . . . . . 378
f) Der Kohlenbunker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
28. Die bauliche Ausgestaltung von Dampfkraftwerken . . . . . . 384
a) Die Lage von Kessel-, Maschinen- und Schalthaus zueinander 384
b) Allgemeines über die Bauausführung . 395
c) Maschinenräume 396
d) Pumpenräume 398
e) Kesselhaus 398
f) Hochbau . . . 399
Vierter Abschnitt.
Die Kolbenkraftmaschinen.
29. Die Betriebsanforderungen im allgemeinen. 401
30. Die Dieselmotoren • • . • . . • . . . . . . 404
a) Allgemeines • . . . . . . . . • . . . . . 404
b) Die Brennstoffe (Treibstoffe) • . . . . . . 404
c) Der Aufbau und die allgemeine Arbeitsweise 407
d) Leistung, Drehzahl, Brennstoffverbrauch . 412
e) Die Steuerung und Zündung .... 418
f) Der Antrieb der Generatoren . . . . 418
g) Der Ungleichförmigkeitsgrad . . . . 422
h) Die Regelung ..••.•.•... 424
i) Der Raumbedarf und die Fundierung 426
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
k) Beurteilung verschiedener Angebote .. 431
..
1) Die Wirtschaftlichkeit und der Betrieb. 434
m) Die Abwärmeverwertung . 438
31. Die Gasmaschinen ..... 440
a) Allgemeines . . . . . . . 440
b) Aufbau und Arbeitsweise . 441
c) Leistung und Drehzahl. . 445
d) Die Regelung . .'. . . . . . . . . 449
e) Der Raumbedarf und die Fundierung 452
f) Wirtschaftlichkeit und Betrieb . . . 453
g) Die Abwärmeverwertung ..... . 456
Fünfter Abschnitt.
Die Wasserkraftanlagen.
32. Die Grundlagen für die Entwurfsbearbeitung 460
a) Einleitung. . . . . . . . . . . . . 460
b) Bedarf und Deckung. . . . . . . . . 460
c) Die Ausbauverhältnisse . . . . . . . . . 465
d) Gliederung und Rechnungsgrundlagen . . 470
33. Die Wasserturbinen. . . . . . . . . . .. .... 476
a) Leistung, Wassermenge, Fallhöhe, Drehzahl und Wirkungsgrad. 476
b) Entwurfs· und Betriebsangaben . . . . . . . . . . . . . .. 484
c) Die Turbinenbauformen ..................... 486
Die liegende Welle S.487. - Die stehende Welle S. 487. - Der
Generator S. 488. - Zahnradgetriebe S. 488. - Die Freistrahlturbine
S. 489. - Die Francisturbine S. 491. - Die Kaplan. und Propeller.
turbine S. 497.
d) Die Regelung. . . . . . . 503
e) Die Wahl des Reglers . . . 513
34. Das Kraftwerk. . . . . . . . 515
a) Das Flußwasserkraftwerk . . 515
b) Das Speicherwasserkraftwerk 516
c) Die Druckrohrleitungen . . . . 518
d) Die Neben· und Hilfsanlagen . . . . . 524
e) Die Raumdurchbildung und Raumgestaltung . 527
35. Das Pumpspeicherwerk . . . . . . 530
a) Rechnungsgrundlagen . . . . . . 530
b) Die Pumpen. . . . . . . . . . 535
c) Der Antrieb der Pumpen. . . . 538
d) Das Anlassen und die Regelung 540
Verzeichnis der Formelzeichen 553
Sach verzeichnis . . . . . . . . . 562
Druckfehlerberichtigung.
Seite 165, Zeile 24 von oben nicht "H", sondern H u ... = nutzbar gemachte
Wärmemenge.
Seite 259, Zeile 4 von unten nicht "sind", sondern "und Schnellgang".
Erster Abschnitt.
Das Stromversorgungsgebiet.
1. Die Belastungsverhältnisse.
In Deutschland ist die Elektrizitätsversorgung bereits bis in die
kleinsten und entlegensten Dörfer vorgedrungen. Für Beleuchtungs
zwecke ist das Gas fast vollständig verdrängt. Für Kraftzwecke in
industriellen und gewerblichen Betrieben, in der Landwirtschaft und
sonstigen ortsfesten Anlagen wetteifert jedoch nur für kleine Leistun
gen noch der Rohöl- oder Dieselmotor mit dem Elektromotor. Lediglich
für Wärmezwecke im Großen ist die Stromverwendung noch gering.
Infolge dieser außerordentlichen Verbreitung, die die Nutzanwendung
elektrischer Energie gefunden hat, wurden die vorhandenen Kraftwerke
entsprechend ausgebaut, so daß Neubauten in Deutschland nur noch
vereinzelt ausgeführt werden. Daher kommt der entwerfende Elektro
ingenieur heute nicht mehr so häufig und allgemein dazu, sich mit
der schwierigsten, aber auch mit der interessantesten Aufgabe der elek
trischen Kraftübertragung befassen zu müssen, ein Kraftwerk mit
allen seinen Einzelheiten zu bearbeiten und zu bauen. An ihre Stelle
ist eine neue, unzweifelhaft gleich interessante Aufgabe getreten, die
in der fortgesetzten Neugestaltung, der Erweiterung und dem Zusam
menschluß vorhandener Kraftwerke besteht. Das Betätigungsfeld
auf diesem Gebiet ist so umfangreich, daß es heute nicht mehr vom
Elektroingenieur allein beherrscht werden kann. Es treten betriebs
technische und betriebswirtschaftliche Fragen oft größten Ausmaßes
hinzu, die nur von Sonderfachleuten bearbeitet und beantwortet wer
den können. Als Leiter größerer und größter elektrischer Kraftüber
tragungsanlagen wird aber letzten Endes stets ein Elektroingenieur
tätig sein müssen, da im Grunde genommen immer elektrotechnische
und elektrowirtschaftliche Einzelheiten für das Zusammenwirken aller
Anlageteile den Ausschlag geben. Die Betriebsgestaltung, die Betriebs
führung und das wirtschaftliche Ergebnis verlangen reiches Wissen,
umfangreiche Erfahrungen, gute Beurteilungsgabe für andere Betriebe,
wirtschaftliches Denken, Entschlossenheit und ziel bewußtes Handeln.
Im II1. Band werden Forderungen und Erfahrungen aus dem Ge
samtbetrieb elektrischer Kraftwerksanlagen die Grundlagen für die
Bearbeitung der einzelnen Abschnitte bilden. In dieser Form wird es
dann leichter sein, das zu erkennen, was zur Beurteilung von Strom
erzeugungsanlagen in ihrem jeweiligen Zustand, für Erweiterun
gen, Zusammenschlüsse, Betriebsführung, Lastverteilung und Wirt
schaftlichkeit von besonderer Bedeutung ist. Daraus werden weiter
Kyser, Kraftübertraguug. III. 3. Auf!. 1
2 Das Stromversorgungsgebiet.
Folgerungen für Erweiterungen und letzten Endes solche für die Ent
wurfsbearbeitung von Neuanlagen leichter gezogen werden können.
Oftmals wird sich dabei zeigen, daß die Anforderungen, die der Be
trieb an die Einrichtungen der Stromerzeugungsanlagen stellt, sogar
neue Entwürfe bis zur vollständigen Umgestaltung beeinflussen, wenn
sie in richtiger und bestimmender Form herangezogen und bewertet
werden. Neben unbedingter Betriebssicherheit und schnellster Betriebs
bereitschaft sind schließlich die Stromselbsterzeugungskosten und die
Wirtschaftlichkeit die bestimmenden Richtlinien.
Allen Feststellungen voran werden zunächst die Lastverhältnisse
der mit Strom zu versorgenden Gebiete einer Beurteilung unterzogen.
Ihnen muß die Stromerzeugungsanlage jederzeit genügen, wenn es sich
um öffentliche Stromversorgung handelt.
Es ist bekannt und im 1. und H. Band wiederholt erwähnt worden,
daß die Belastung eines Werkes - die Netzlast - innerhalb 24 Tages
stunden außerordentlich schwankt, sich jeder Tag von dem folgenden
im Verlauf der Belastung sowohl nach der Höhe der Leistung als auch
nach ihrer zeitlichen Beanspruchung unterscheidet, die Sommermonate
bedeutende Abweichungen gegenüber den Wintermonaten aufweisen,
ein neues Jahr schließlich wesentlich andere Verhältnisse bringen kann.
Jedes Versorgungsgebiet hat zudem seine Eigenart, entsprechend seinen
volkswirtschaftlichen und allgemeinwirtschaftlichen Verhältnissen.
Ländliche Bezirke haben einen anderen Lastverlauf als Städte kleineren,
mittleren oder größeren Umfangs. Der Einfluß der angeschlossenen
Groß- oder Kleinindustrie verändert den Verlauf der Belastung unter
Umständen ausschlaggebend. Wesentlich mitbestimmend für den Be
lastungsverlauf zu allen Zeiten eines Betriebsjahres ist die Verwendung
elektrischer Energie für Koch- und Heizzwecke im Haushalt, für elek
trochemische und elektrometallurgische Aufgaben im Großbetrieb, für
den Betrieb von Klein- und Großbahnen u. dgl. Die vorauszuschät
zende Weiterentwicklung des Stromversorgungsgebietes schließlich
bestimmt die erforderliche Größe der Kraftwerksanlagen und die
Deckung des Strombedarfes in Verbindung mit Aushilfs- und Siche
rungseinrichtungen. Die störungsfreie Betriebsführung für ein Strom
versorgungsgebiet ist daher auch eine der bevorzugten Aufgaben, die
dem Elektroingenieur gestellt werden können. Hier gehört schon für
kleinere Anlagen, ganz besonders natürlich für Anlagen größeren und
größten Ausmaßes ein ganzer Mann auf den Posten, soll die unbedingt
zu fordernde Betriebssicherheit einmal im Hinblick auf die Folgen
auch der geringsten Störung, dann aber auch für eine befriedigende
Weiterentwicklung des Stromabs atzes gewährleistet sein und gegebenen
falls schneller und weittragender Entschluß gefaßt werden müssen.
Aus dieser kurzen Skizze ist schon zu erkennen, daß die Feststellung,
für welche Leistung ein neu zu entwerfendes Kraftwerk zu bauen ist,
wie die einzelnen Maschinengrößen zu bemessen, welche Reserven vor
zusehen sind oder wie eine Erweiterung zur Durchführung zu bringen
ist, sorgfältige Überlegung, Untersuchung und rechnerische Beurteilung
aller Möglichkeiten erfordert, soll ein Grundfehler vermieden werden,