Dubbels Taschenbuch für den Maschinenbau Bearloeitet von Dipl.-lng.Ch. B o uc h e, Dr.-lng. 0. De u b I ein, Dr.-lng. K.-A. E bert, Dr.-lng. B. Eck, Prof. Dr.-lng. F. Fröhlich, Dipl.-lng. A. Garve, Dr.-Ing. W. Gumz, Ing. K.Hain, Dr. phil. V. Ha p p ach, Prof. Dr.-lng. W. Hofmann, Dipl.-lng. G. Köhler, Dr.-lng. H. Kraussold, Prof. Dipl.-lng. W. Lehmann, Dr.-Ing. A. Leitner, Prof. Dr.-lng. E.Metzmeier, Prof.Dr.-lng. W.Meyer zur Capellen, Prof.Dr.-lng.K.Nessel- mann , Dr. Dr. ß . Riediger, Dr.-lng. H. Rögnitz, Prof. Dr.-lng. F. Sass, Dr.-lng. H.Sigwart, Prof. Dr.-lng. E. Sörensen, Prof. Dr. phil. nat. 0. Schäfer, Dipi.-Ing. K. Schmidt, Dipl.-lng. E. Schulz, Prof. Dr.-Ing. A. Vierling, Dr.-lng. F. Wettstädt Berichtigter Neudruck der zwölften völlig neubearbeiteten A-uflage herausgegeben von Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. DipL-Ing. F. Sass Ch. Bouche Professor a':f der vorm. Direktor der Technischen Universität Berlin Staatlichen Ingenieurschule Beuth, Berlin Dr.-Ing. A. Leitner Bundesanstalt für Materialprüfung Berlin Mit etwa 30oo Abbildungen In zwei Bänden Zweiter Band Springer-Verlag Berlin Beideiberg GmbH 1963 ISBN 978-3-662-41645-7 ISBN 978-3-662-41644-0 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-41644-0 Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten Ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege (Photokopie, Mikrokopie) zu vervielfältigen Copyright 1929, 1935, 1940, 1941, 1943 and 1953 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg ® by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1961 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag OHG., Berlin/Göttingen/Heidelberg 1961. Softcoverreprint ofthe hardcover12th edition 1961 Library of Congress Catalog Card Number: 62-1529 Die \Viedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen· und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften Inhaltsverzeichnis Zweiter Band Dampferzeugungsanlagen Bearbeitet von Dipl.-Ing. E. Schulz, Berlin Seite 1. Grundlagen. . . . . . . . . . . 1 A. Leistung einer Kesselanlage . 1. Größe der Leistung • • • . • • • • • . • . . . • . 1 2. Güte der Leistung • • • • • • • • • . . • . • . • 3 B. Wärmeverluste 4 II. Feuerungen. . . . 6 A. Lage der Feuerung zum Kessel 6 B. Rostfeuerungen . . . . . . . . 6 1. Rostfläche und Feuerraum 6 2. Feststehende Roste . . 8 3. Mechanische Roste . . 10 C. Kohlenstaubfeuerungen. 17 t. Brennstoffe • . . . . 18 2. Mühlen ...... . 19 3. Kohlenstaubbrenner . 22 4. Feuerungen. . . . . 23 D. Ölfeuerungen . . . . . . . . . . 26 E. Gasfeuerungen . . . . . • . . . . . 28 F. Beheizung durch Abhitze und elektrischen Strom . 30 G. Rauchgaszüge, Entaschung, Entstaubung . 30 1. Rauchgaszüge .•• 30 2. En tasch ung. • • • • 30 3. Entstaubung • 31 H. Einmauerung . . • • . 31 I. Zugerzeugung ..... . 33 1. Schornstein und Schornsteinzug • 33 2. Künstlicher Zug • 35 111. Dampfkessel . . . . 36 A. Gemeinsames . • 36 B. Kesselbauarten . 38 1. Rauchrohrkessel • • • 38 2. Wasserrohrkessel • . • . • • • • . • • • . . 42 3. Zwanglanikessel und Kessel mit mittelbarer Dampferzeugung so C. Überhitzer . . . . . . . . . . . . . 54 1. Ausführung .•.••..•.... 54 2. Berechnung des Überhitzers. . . . . 56 3. Regelung der Überhitzungstemperatur 58 D. Speisewasservorwärmer . . . . . . . 58 1. Rauchgasvorwärmer (Ekonomiser) . • 58 2. Dampfbeheizte Oberflächenvorwärmer 60 IV Inhaltsverzeichnis Seite E. Abgas-Lufterhitzer 61 1. Allgemeines . . . • • • 61 2. Rekuperativlufterhitzer. 61 3. Regenerativlufterhitzer • 63 IV. Wärmespeicher. . . . . . . 64 V. Reinigung und Aufbereitung des Speisewassers 66 A. Anforderungen an das Speise- und Kessclwasser. 66 B. Speisewasseraufbereitung . . . . . . . . 68 1. Mechanische Aufbereitung , • , • • • • 68 2. Chemische Aufbereitung . • . • . . . . (,8 3. Thermische Aufbereitung in Verdampfern. 70 4. Entgasung • . . . . . . . . . . . . • 71 VI. Einzelteile aus dem Kesselbau und Festigkeitsberechnungen. 72 1. Kesselbleche und Kesseltrommeln . . . . . . . . . . . • • . . • • 7l 2. Wanddicken zylindrischer Dampfkesselwandungen unter innerem Über- druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3. Wanddicken von gewölbten Böden unter innerem und äußerem Überd!"ck 72 4. Kessel- und Überhitzerrohre. . . . . . . . . . . . . . • • • • • • 73 S. Wanddicken von Kessel- und Überhitzerrohren 73 6. Sammelkammern . . . . . . . . . 73 7. Mannloch- und Handlochverschlüsse • 74 VII. Kesselausrüstung. . . . . . . . . . . • 75 1. Speisevorrichtungen • . . . . • • • 75 2. Speiseventile und Speiseleitungen . . 7 5 3. Absperr· und Entleerungsvorrichtungen 76 4. Wasserstandsvorrichtungen . 77 s. Sicherheitseinrichtungen 78 6. Fabrikschild • • • • • • • 79 7. Armaturstutzen • • • • • • 79 Gaserzeuger (Generatoren) Bearbeitet von Dipl.-Ing. Kurl Schmidt, Köln I. Zweck ••..... so II. Grundlagen. . . . . 80 1. Wirkungsweise so 2. Vergasungsmittel 84 3. Brennstoffverhalten 84 4. Druckverhältnisse S5 5. Das erzeugte Gas • 85 III. Wichtigste Bauformen . 86 IV. Gasreinigung und -kühlung. 89 Kraft· und Arbeitsmaschinen mit Kolbenbewegung Kolbendampfmaschinen (bearbeitet von Prof. Dr.-Ing. F. Fröhlich, Berlin) 92 A. Der thermodynamische Arbeitsvorgang in der Dampfmaschine 92 1. Schädlicher Raum . • • • . . . . . . . 92 2. Dampfdruckdiagramm . • • . • . . . . 92 J. Leistung . . . . . . . . . . . . . . . 95 4. Wirkungsgrade, Verluste, Dampfverbrauch 96 B. Bestimmung der Hauptabmessungen 9S C. Steuerung und Regelung . . . . . . • . 99 1. Allgemeine Anforderungen • • • • • • • 99 2. Schiebersteuerungen . . . . . . . • • • . . . . • • • • • • 100 3. Steuerungen mit getrennten Abschlußorganen für Ein- und Auslaß. 103 4. Äußere Steuerung • • • • . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 S. Öldrucksteuerung 108 6. Regelung . . . 108 7. Umsteuerungen • 110 Inhaltsverzeichnis V Seite D. Ausführung und Betrieb 112 1. Konstruktive Hinweise . 112 2. Betriebliche Hinweise . . 113 3. Beispiele ausgeführter Maschinen 114 Brennkraftmaschinen . . . . . . . . . . . 118 I. Kraftstoffe (bearbeitet von Dr.-Ing. F. Wettstädt, Frankfurtf:\1ain). 118 1. Feste Kraftstoffe. . . . . . . 118 2. Gasförmige Kraftstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3. Flüssige Kraftstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • 119 li. Grundlagen der Brennkraftmaschinen (bearbeitet von Dipl.-Ing. Ch. Bauche, Berlin) . . . . . . . . . . 122 1. p-V-Diagramm . . . . . . . . . . . . . 123 2. Gemischbildung-Zündung-Verbrennung 125 3. Vergleichsprozesse- Wirkungsgrade. 126 4. Luftbedarf . . . . . . . . . . . 129 5, Leistung- Hauptabmessungen . . . 129 6. Leistungssteigerung durch Aufladen . 130 1. Kühlung . . . . . . . . . . . . . 131 111. Gasmaschinen (bearbeitet von Dipl.-Ing. Ch. Bauche, Berlin) 131 1. Allgemeines . . . . . . . • . • . . . . 131 2. Kleingasmaschinen. . . • . • . . • • . . . . . . . . . 131 3. Großgasmaschinen . . . • . . . • . . . . . . . . . . . 133 IV. Dieselmaschinen (bearbeitet von Prof. Dr.-Ing. F. Sass, Berlin) 135 A. Bauarten . . . . . . . . . . . . . . 135 B. Berechnung der Hauptabmessungen . 136 C. Ausgeführte Dieselmaschinen . . 138 1. Viertakt-Tauchkolbenmaschinen . 138 2. Viertakt-Kreuzkopfmaschinen . . 143 3. Zweitakt-Tauchkolbenmaschinen. 145 4. Zweitakt-Kreuzkopfmaschinen .• 150 D. Vorkammerzerstäubung .... 158 E. Besonderheiten des Zweitaktes . 159 1. Spülformen . . . . . . . . . . . . . . . . 159 2. Berechnung der Spül- und Auspuffquerschnitte 159 3. Spülpumpen . . . . . . . . . . . . . . . 163 F. Brennstoffpumpen und Brennstoffventile 166 V. Kraftfahrzeugmotoren (bearbeitet von Dr.-lng. F. Wettstädt, FrankfurtfMain) . . . . . . . . . . . . 169 A. Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 1. Betriebsgrundlagen und Kennwerte . . . . . . 169 2. Besonderheiten der Zweitaktmotoren. . . . . . 170 3. Verbrennungsvorgänge in Otto-Fahrzeugmotoren 173 4. Arbeitsverfahren bei Diesel-Fahrzeugmotoren 175 5. Motorleistung und Motorkennlinien ... 182 6. Zylinderzahl und -anordnung . • • . • 184 B. Konstruktions-Einzelheiten .. 185 1. Steuerung bei Viertaktmotoren 185 2. Kurbelgehäuse und Zylinder. 191 3- Kolben und Kolbenzubehör . 192 4. Pleuelstangen . . . . . . . . 195 5. Kurbelwellen • . . . . . . . 196 C. Kraftstoffzufuhr und Zündung bei Ottomotoren . 197 1. Vergaser . . . . . . ..••.•.• , ... 197 2. Benzin-Einspritzanlagen . . . . . . • . . . . 201 3. Zündung ................. . 201 D. Kraftstoff-Einspritzaulagen bei Dieselmotoren. 203 t. Einspritzpumpen mit Schrägkantensteuerung . . 203 2. Drehzahlregler. . . . . . . . . . . . . . . . 204 3. Spritzversteller • . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 4. Kraftstoffbedirrf und Fördermenge. Angleichvorrichtungen 205 5. Einspritzdüsen . . . . . . . . . . . . . 205 6. Einspritz-Charakteristik . . . . . . . . . . . . . . . 205 7. Gesamtanordnung einer Einspritzausrüstung . . . . . , 205 VI Inhaltsverzeichnis Seite E. Schmierung und Kühlung . 206 1. Schmierung . . . . . . . .206 2. Kühlung ....... . • 207 Kolbenverdichter (bearbeitet von Prof. Dr.-Ing. F. Fröhlich, Berlin) 209 A. Grundlagen. . . . . . 209 1. Zustandsgleichung . 209 2. Wärmegleichung . 210 3. Entropietafel . . . 211 4. Feuchte Gase . . . 212 5. Norm-Atmosphäre . 213 B. Der thermodynamische Arbeitsvorgang im Verdichter. • 213 1. Schädlicher Raum . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 2. Indiziertes Ansaugevolumen, volumetrischer Wirkungsgrad 214 3, Fördermenge, Liefergrad . . . . . . • • , • • . • . , 214 4. Arbeit, Verdichtungsendtemperatur . . 215 5. Mehrstufige Verdichtung ...... . 216 6. Leistung, isothermischer Wirkungsgrad . 217 C. Bestimmung der Hauptabmessungen 219 D. Vakuumpumpen .... 220 E. Steuerung und Regelung 220 1. Steuerung . . . . . . . 220 2. Regelung . . . . . . . 222 F. Zusätzliche Einrichtungen. 224 1. Kühlung .......• 224 2. Schmierung . . . . . . . 225 3. Sonstiges. Zubehör . . . . 226 G. Bauarten und Beispiele ausgeführter Maschinen . 226 Kolbenpumpen (bearbeitet von Dipl.-Ing. Ch. Bouchl, Berlin). 237 A. Grundlagen . . . . . . . . . 237 1. Saugwirkung . . . . . . . 237 2. Förderhöhen . . . • . . . 238 3. Wirkungsgrade, Kraftbedarf. 239 4. Regelung der Wasserlieferung 240 B. Berechnung und Konstruktion der Pumpen . 240 1. Pumpenarten . . . . . . . . . . . 240 2. Ermittlung der Pumpenabmessungen • 241 3. Berechnung der Ventile . . . . 242 4. Windkessel . . . . . . . . . . 244 S. Werkstoffe ... , . . . . .. 246 C. Beispiele ausgeführter Maschinen 246 Pumpen und Verdichter verschiedener Bauart (bearbeitet von Dipl.-Ing. Ch. BouchC, Berlin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 I. Strahlpumpen . . . . . . • . . . . . 249 2. Förderung von Flüssigkeiten und Dickstoffen mittels Druckluft bzw. Dampf . . . . . . . . . .... 250 3. Kapselwerke . . • . . . . • . . • . • . • • 250 Schwungräder, Massenausgleich, Schwingungen und Regler Bearbeitet von Prof. Dr.-Ing. F. Sass, Bcrlin I. Schwungräder . . . . . . . . . . . • 255 1. Drehkraftlinie der Gaskräfte • . . . . . • • 255 2. Berechnung des Schwungmoments . . . . • 256 3. Einfiuß der Triebwerkmassen . . . . . . . 257 4. Widerstand unmittelbar an der Kolbenstange . . . . . 259 s. Berücl(sichtigung der Resonanz bei Synchronmaschip~n . .. 260 Inhaltsverzeichnis VII Seite Il. Massenausgleich . . . . . . . . . . . . . . 260 1. Die Massenkräfte der Einzylindermaschine . . . . . . . . • 260 2. Die Massenkräfte und -momente der Mehrzylindermaschine . . 262 3. Bestimmung der günstigsten Kurbelfolge . . . . . 267 4. Zusammenstellung der resultierenden Massenkräfte und -momente der Mehrzylindermotoren. . . . . 268 s. Massenausgleich der V-Motoren 268 III. Schwingungen . . . . 269 A. Biegeschwingungen 269 B. Drehschwingungen 270 1. Reduktion der Längen und Massen . . 271 2. Berechnung der Eigenschwingungszahlen 272 3, Kritische Drehzahlen . . . . . . 275 4. Dämpfung der Schwingungen . . . . . 280 IV. Regler ................. . 281 1. Kennzeichen und Eigenschaften des Reglers . 281 2. Muffenregler. . . . . . . 285 3. Achsenregler. . . . . . . 287 4. Leistungsregler . . . . . 288 5. Indirekt wirkende Regler . 289 Strömungsmaschinen Bearbeitet von Prof. Dr.·Ing. E. Sörensen und Obering. A. Garve, Augsburg I. Grundsätze für Bau und Berechnung . 291 A. Grundlagen . 291 t. Vergleich zwischen Kolben- und Strömungsmaschinen. 291 2. Aufbau, Geschwindigkeitsdreieck. 292 3. Strömungslehre 294 4. Wärmelehre . 296 B. Wichtige Bauteile. 300 1. Die Düse 300 2. Der Diffusor . 303 3. Die ·Schaufel. 304 4. Der Leitapparat 308 s. Das Laufrad . 309 c. Hauptgesetze . 310 1. Eulersche Gleichung 310 2. Energieumsetzung . . . 312 3. Einfluß der endlichen Schaufelzahl • 315 4. Tragflügeltheorie . 318 5. Beschauflungsvergleich 321 D. Verluste 322 1. Schaufeln . 322 2. Stoß 323 3. Spalt und Dichtung. 323 4. Austritt . 326 5. Kavitation·u~d.Übe~s~h~n: 327 6. Verschiedene Verluste. 328 E. Festigkeit. 330 1. Axial durchströmte Laufschaufeln 330 2. Radial durchströmte Laufschaufeln. 331 3. Läufer . 332 4. Wellen . ........ 334 5. Nicht rotierende Bauteile . 335 F. Hydraulische Ähnlichkeit 336 1. Grundlagen . 336 2. Modellversuche. 342 G. Berechnung . 343 VIII Inhaltsverzeichnis Seite II. Die Strömung-Kraftmaschinen 347 A. Wasserturbinen ..• 347 1. Allgemeines • • • • • • • 347 2. Freistrahlturbinen • • • • 349 3. Überdruckturbinen • • . . . . . . . 351 4. Werkstoffe und Werkstattausführung . 356 B. Dampfturbinen . . . • • . . . . . 356 1. Allgemeine& • • • • • • • 356 2. Bauarten • • • . . . • • , , . • 357 3. Sonderbauarten ..••• , ••• 364 4. Konstruktive Einzelheiten . • • . • 365 5. Werkstoffe. . • . . . . . . . . . . . . . 369 6. Berechnung einer Gegendruck-Dampfturbine. 369 C. Gasturbinen . 374 1. Allgemeines • • • • . • • 374 2. Baugruppen • • • • . • . 375 3. Bauarten . . • • • • • . 379 4. Werkstoffe und Temperatur 387 5. Brennstoffe • • • · • . • • 388 6. Betriebsverhalten. • • • • 388 1. Wirtschaftliche Aussichten. 389 D. Windturbinen. ; . . . . . 389 1. Betriebsverhältnisse und Auslegung. 389 2. Bauformen und Anwendungsgebiete 390 E. Turbinen für Sonderzwecke . . 391 111. Die Strömungs-Arbeitsmaschinen. 392 A. Pumpen .......... . 392 1. Kennzeichen und Auslegung • 392 2. Bauarten . . • • • • . • • • • . . 393 3. Sonderbauarten . . . . . • • . . • 397 4. Konstruktive Einzelheiten. • • . • • 398 B. Verdichter ...•.....•..• 399 1. Ventilatoren • . • • . . . • • . . . 399 2. Gebläse ..•••..••..... • 400 3. Vielstufige Verdichter, Kompressoren . . 401 4. Berechnung eines Turbokompressors . 404 IV. Propeller . . . . . . . . . . • 408 A. Schiffspropeller . . . . • • 409 1. Auslegungsbedingungen . 409 2. Bauformen. . • • • • • • 409 3. Sonderbauarten • , , • 410 B. Luftschrauben . . • • . 411 V. Föttinger-Getriebe (Strömungs-, Turbogetriebe). 413 1. Auslegung ••.••.......... 413 2. Föttinger-Kupplung (Strömungskupplung). 414 3. Föttinger-Getriebe (Strömungsgetriebe) . 415 VI. Betriebsverhalten. . . . . . . . 416 1. An- und Abstellen • • • • , 416 2. Kennliniendarstellungen. . . 417 3. Extreme Betriebsverhältnisse 421 4. Regelung . . • , • • • . . 423 s. Besonderheiten • • • • • • 423 Kondensation und Rückkühlung Bearbeitet von Dr.-Ing. H. Kraussold, Ingelheim A. Allgemeines .••.•••.... 425 1. Zweck der Kondensation •••• 425 B. Misch-(Einspritz-)Kondensation.. 426 Inhaltsverzeichnis IX Seite C. Oberflächenkondensation . • 426 1. Allgemeines . . . . . . . . 426 2. Wärmeaustauschverhältnisse. 426 3. Konstruktive Gesichtspunkte 427 D. Pumpen als HUfsmaschinen. 429 1. Allgemeines . . . . 429 2. Trockenluftpumpen. 430 3- Naßluftpumpen .. 431 4. Kondensatpumpen . 432 5. Kühlwasserpumpen. 432 E. Rückkühlanlagen. 432 t. Bauarten . . . . 432 2. Theorie ....• 433 F. Luftkondensation. 434 Kopplung der Erzeugung und Verwendung von Kraft und Wärme Bearbeitet von Dr. techn. Dr. jur. Bruno Riediger, FrankfurtfMain A. Thermodynamische Grundlagen. 435 1. Abwärme aus offenen Prozessen 436 2. Kreisprozesse . . . . . 436 B. Abwärmeausnutzung . . . . . 438 1. Metallurgische Prozesse . . . . . . . . . . 438 2. Prozesse der keramischen und verwandter Industrien . 440 3. Gaserzeugung . . . . . . . . . . . . 441 4. Hydrier·, Synthese- und Krackprozesse . 442 5. Brennkraftmaschinen. . . . . . . . 444 6. Kompressoren . . . . . . . . . . . 445 C. Schaltungen von Dampfkraftwerken 445 t. Speisewasservorwärmung . . . . . . . . . . . . . . 446 2. Drucksteigerung, Zwischenüberhitzung, Vorschaltanlagen 449 3. Verwendung von Speichern . . . . 451 4. Gegendruck- und Entnahmebetrieb . 452 5. Deckung des Eigenbedarfes . . • • 455 6. Industriekraftwerke .......• 456 7. Fernheizwerke . • • . . . . . . . 458 D. Schaltungen von Gasturbinenanlagen . . . . . . . 459 1. Grundsätzliches . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 2. Regenerativer Wärmeaustausch, Abwärmeverwertung. 462 3. Kopplung von Dampfanlagen mit Gasturbinen. 463 4. Winderzeugung und Winderhitzung. . . . . 463 5. Erdölindustrie . . . . . . . . . . . . . . . 464 6. Verbundwirtschaft . . . . . . . . . . . . . 464 E. Wärmepumpen und verwandte Schaltungen . 465 1. Verdampfen und Eindampfen ... 465 2. Heizungsanlagen mit Wärmepumpe. 467 F. Aufgaben der Regelung ..... . 467 Kältetechnik Bearbeitet von Prof. Dr.-Ing. K. Nesselmann, Karlsruhe A. Verfahren, die auf Verdampfung eines Kältemittels beruhen. 471 1. Anlagen mit mechanischen Verdichtern . . • . . . . • . . 471 2. Absorptionskälteanlagen . . . . . . . . . . . . . • . • . . 482 3. Dampfstrahlkälteanlagen . . . . . . . . . . • . . . . . . . 484 B. Verfahren, die nicht auf Verdampfung von Kältemitteln beruhen 485 1. Dynamische Verfahren 486 2. Drosselverfahren . . 48 7 3. Sonderverfahren . . . 488