Kältemaschinen: Kaltgasmaschinen und Kaltdampfmaschinen

460 Pages·1966·25.34 MB·German

by  Dr. P. Graßmann (auth.)

HANDBUCH DER
••
KALTETECHNIK
UNTER MITARBEIT
ZAHLREICHER FACHLEUTE
HERAUSGEGEBEN VON
RUDOLF PLANK
KARLSR UHE
FÜNFTER BAND
KÄLTEMASCHINEN
KALTGASMASCHINEN UND KALTDAMPFMASCHINEN
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1966
KÄLTEMASCHINEN
KALTGASMASCHINEN
UND KALTDAMPFMASCHINEN
BEARBEITET VON
K. BACH- FRANKFURTfM. · P. GRASSMANN-ZÜRICH
R. GÖLDNER-BERLIN · K. LINGE- KARLSRUHE
A. NEUENSCHWANDER- PARIS · R. PLANK- KARLSRUHE
L. VAHL-DELFT
MIT 376 ABBILDUNGEN
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1966
ALLE RECHTE,
INSBESONDERE DAS DER il'BERSETZUNG IN FREMDE SPRACHEN, VORBEHALTEN.
OHNE AUSDRiJ'CKLICHE GENEHMIGUNG DES VERLAGES IST ES AUCH NICHT GESTATTET,
DIESES BUCH ODER TEILE DARAUS AUF PHOTOMECHANISCHEM WEGE (PHOTOKOPIE,
MIKROKOPIE) ODER AUF ANDERE ART ZU VERVIELFÄLTIGEN.
©SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG 1966
URSPRÜNGLICH ERSCHIENEN BEI SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG NEW YORK 1966
SOFTCOVER REPRINT OF THE HARDCOVER 1ST EDITION 1966
LIBRARY OF CONGRESS CATALOG CARD NUMBER: 53-24194
ISBN 978-3-642-87160-3 ISBN 978-3-642-87159-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-87159-7
LIBRARY OF CONGRESS CATALOG CARD NUMBER: 53-24194
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw.
in diesem Buche berechtigt auch ohne be9ondere Kennzeichnung nicht zu der An
nahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetz
gebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
Titel·Nr. 5551
Vorwort zum fünften Band
Bedingt durch die starke Überlastung der Mitarbeiter an diesem Handbuch
hat sich die Fertigstellung der drei letzten Bände ungebührlich verzögert. Bei einem
technischen Werk ist eine solche Verzögerung immerhin mit dem Vorteil ver
bunden, daß neueres, modernes Material berücksichtigt werden kann.
Der vorliegende Band befaßt sich mit den eigentlichen Kältemaschinen, also
mit den wichtigsten bewegten Teilen einer Kälteanlage. Die dazugehörigen Kälte
apparate werden in dem folgenden Band VI behandelt werden. Von den Maschinen
sind es hauptsächlich die Kompressoren, deren Berechnung und Konstruktion ein
gehend zu besprechen ist. Daneben mußte aber auch an die Expansionsmaschinen
(Kaltgasmaschinen) gedacht werden. Bei den Maschinen sind es die Bauformen,
die sich im Zuge der Fortentwicklung am raschesten verändern. Klein- und Groß
kältemaschinen gehen da ihre eigenen Wege. In den großen Anlagen der chemi
schen und petrochemischen Industrie, aber auch in der Klimatechnik sind Kälte
leistungen von einigen Millionen Kilokalorien in der Stunde keine Seltenheit mehr,
und dafür treten in neuester Zeit schnellaufende Turbokompressoren jmmer mehr
an die Stelle der Kolbenkompressoren.
Für die einzelnen Abschnitte ist es gelungen, namhafte Sachkenner zu gewin
nen:
Das Gebiet der Kaltluft- und Kaltgasmaschinen, deren Verwendung haupt
sächlich im Bereich der tiefsten Temperaturen liegt, wurde von Professor Dr.
P. GRASSMANN übernommen, der das Kältelaboratorium an der Eidgenössischen
Technischen Hochschule in Zürich leitet und sich durch zahlreiche Veröffentlichun
gen als führender europäischer Fachmann ausgewiesen hat, der aber auch die
großartige amerikanische Entwicklung in allen Einzelheiten kennt. Hier wird von
Turbokompressoren und Expansionsturbinen ausgiebig Gebrauch gemacht.
Das Gebiet der Kolbenkompressoren von Kaltdampfmaschinen wird durch
einen Abschnitt eingeleitet, in dem Professor Dr.-Ing. K. LINGE, Technische
Hochschule Karlsruhe, die Berechnungsgrundlagen darlegt und in Rechenbei
spielen erläutert. Dabei wurden die verschiedenen Schaltungen ausführlich be
handelt.
Die Kleinkältemaschinen, die sich völlig unabhängig vom Großkältemaschinen
ban entwickelt haben und bei denen heute für die kleinsten Kälteleistungen in
Kühlschränken die hermetischen Bauarten (Motorkompressoren) vorherrschen,
wurden von Dr.-lng. K. BAcH behandelt, der als selbständiger Berater auf dem
Gebiet der Kältetechnik tätig ist und über reiche praktische Erfahrungen verfügt.
Die Beschreibung der verschiedenen konstruktiven Formen von Kolben
kompressoren für Großkältemaschinen und von deren Maschinenelementen haben
Direktor A. NEUENSCHWANDER von der Firma Brissonneau-York in Paris, die
europäische und amerikanische Erfahrungen in sich vereint, und Professor Dr.-lng.
VI Vorworl zun1 fünUen Band
R. PLANK, Karlsruhe in gemeinsamer Arbeit übernommen. Neben den Kompres
soren mit hin- und hergehenden Kolben werden auch die Bauarten von Dreh-und
Rollkolbenkompressoren ausführlich behandelt. Daneben wird auch den Sonder
bauarten gebührende Beachtung geschenkt, denen vielleicht in der Zukunft
größere Bedeutung zukommen wird, vor allem den Schraubenkompressoren.
Das Gebiet der Turbokompressoren, dessen Entwicklung sich erst im letzten
Jahrzehnt vollzogen hat und auf dem noeh manche Neuerung zu erwarten ist, wurde
Herrn Dipl.-Ing. R. GöLDNER, Berlin, übertragen, der während seiner Tätigkeit bei
führenden deutschen Maschinenfabriken reiche Erfahrungen zu sammeln Gelegen
heit hatte.
Schließlich werden die Dampfstrahl-Kältemaschinen, auf deren Grundlagen
schon in den Bänden II und III dieses Randbuches kurz eingegangen wurde, im
Entwurf und in den Anwendungen von Professor Dr.-Ing. L. VA.HL von der Tech
nischen Rochschule in Delft eingehender behandelt, der diesem Gebiet in seinem
Laboratorium besondere Aufmerksamkeit gewidmet hat.
Der Herausgeber möchte allen Mita,rbeitern für ihre mühevolle Arbeit herz
lichen Dank sagen. Der Dank gilt auch dem Verlag, der in gewohnter Weise alles
aufgewendet hat, um diesen Band äußerlich mustergültig zu gestalten. Das gilt
vor allem auch der zugestandenen sehr großen Zahl der Abbildungen, die für den
Wert eines konstruktiven Bandes mitbestimmend sind.
Karlsruhe, im Januar 1966
R. Plank
Gesamtvorwort
zum
Handbuch der l(ältetechnik
(In zwölf Bänden)
Fierausgegeben von
Prof. Dr.-Ing. Dr. phil. nat. h. c. Dr. sc. agr. h. c. R. Plank~ Karlsruhe
Die Kältetechnik erscheint dem Außenstehenden als ein enges Teilgebiet des
Maschinenbaues, und in diesem Sinne wird sie auch meist an Technischen Hoch
schulen gelehrt. Oft sieht man in ihr sogar nur ein Anwendungsbeispiel der
technischen Thermodynamik. Ihren vollen Umfang und ihre große wirtschaft
liche Bedeutung erkennt man erst, wenn man sich nicht nur mit der Erzeugung
tiefer Temperaturen befaßt, sondern auch deren zahlreiche Anwendungen be
trachtet.
Ein die gesamte Kältetechnik umfassendes Handbuch, das, mit wissenschaft
licher Strenge und den Bedürfnissen der Praxis Rechnung tragend, dieses weit
verzweigte Gebiet behandelt, ist bisher nicht geschrieben worden. Es läßt sich
auch nicht in einen einzigen, noch so dicken Band fassen und kann nicht von
einem Verfasser bewältigt werden.
Der Herausgeber und der Verlag wollen durch das vorliegende Werk, das
zwölf Bände von je rund 500 Seiten umfassen soll, eine vorhandene Lücke in
der technischen Weltliteratur schließen. In den verschiedenen Ländern sind
zahlreiche Lehrbücher der Kältetechnik erschienen, von denen manche in vor
züglicher Weise einzelne Teilgebiete darstellen, wie z. B. den Kältemaschinen
bau, die Klimatechnik, das Transportwesen, die Lebensmittelfrischhaltung u. a.
Keines dieser Werke setzte sich aber das Ziel, den Kälteingenieur in umfassender
und vertiefter Weise in die Gesamtheit seines Aufgabenbereiches einzuführen.
Auch die in Frankreich unter der Schriftleitung des verstorbenen Dr. M. PrETTRE
bisher erschienenen Bände einer "Encyclopedie du Froid" besitzen zwar jeder
für sich einen beachtlichen Wert, stellen aber eher eine Sammlung von Mono
graphien über einzelne Sondergebiete als ein in sich geschlossenes Gesamt
werk dar.
Viele Kälteingenieure beherrschen nur einen Ausschnitt ihres Faches und
sind nur einseitig orientiert. Eine solche Beschränkung ist ganz besonders bedenk
lich, wenn sie auf einem typischen Grenzgebiet geübt wird, wie es die Kälte
technik zweifellos darstellt. In ihr begegnet sich der Ingenieur mit dem Physiker,
IV Gesamtvorwort zum Handbuch der Kältetechnik.
Chemiker, Botaniker, Mikrobiologen, Zoologen und Hygieniker, aber auch
mit den Vertretern aller Berufskreise, die sich mit der Verarbeitung und Auf
bewahrung schnellverderblicher Lebensmittel befassen. Es kann vom Kälte
techniker nicht verlangt werden, daß er alle diese Gebiete beherrscht; aber er
muß sich in ihnen so weit auskennen, wie sie in die Kältetechnik eingehen, damit
er sich mit den Vertretern dieser verschiedenen Disziplinen verständigen kann.
Es genügt nicht, wenn er die Leistung einer Kälteanlage richtig zu berechnen
und das kältetechnische Verfahren zweckmäßig auszuwählen vermag; er muß
auch die Eigenschaften der Objekte kennen, die gekühlt werden sollen, und
wissen, wie sie auf die Einwirkung tiefer Temperaturen reagieren. Handelt es
sich um unbelebte Materie, dann genügt die Kenntnis der physikalisch-chemischen
Eigenschaften; bei Erzeugnissen tierischer oder pflanzlicher Herkunft muß
aber auch das biologische Verhalten in Betracht gezogen werden.
Die Kältebehandlung einer Ware stellt aber häufig nur eine Stufe im Rahmen
eines verwickelten technischen Verfahrens dar, das von der Rohware zum Halb
fabrikat oder zum Fertigprodukt führt. In solchen Fällen muß sich der Kälte
techniker mit dem gesamten Verfahren vertraut machen, um beurteilen zu
können, ob der kältetechnische Einsatz schon bestmöglich und vollständig
erfolgt, oder ob durch weitere oder andersartige Anwendung tiefer Temperaturen
Verbesserungen und Weiterentwicklungen möglich sind. So sind z. B. Verfeine
rungen im Kälteeinsatz auf Fischereifahrzeugen zur Verbesserung der Qualität
angelandeter Fische nicht ohne genauere Kenntnis der Fangmethoden und der
Bordverhältnisse möglich. Bei den zahlreichen Anwendungen der Kälte in der
chemischen Technik, sei es bei der Herstellung von Kunststoffen, Zellwolle oder
Buna, der Glaubersalzgewinnung, der Ölraffination, der Trennung von Gas
gemischen und in vielen anderen Industrien, kann die zweckmäßigste Art der
Kälteanwendung nur aus der eingehenden Kenntnis des gesamten Verfahrens
angegeben werden. Und eine Klimaanlage in bewohnten Räumen kann nur
richtig entworfen werden, wenn man den Einfluß von Temperatur, Feuchtigkeit
und Luftbewegung auf den menschlichen Körper kennt.
Beim Aufbau des Handbuches der Kältetechnik mußte auf alle diese Anfor
derungen sorgfältig geachtet werden. Neben der Bearbeitung von Bänden, die
der Thermodynamik der Kältemaschinen, den Grundlagen der Wärmeüber
tragung, der Konstruktion von Maschinen und Apparaten und wichtigen Sonder
gebieten der Kälteerzeugung gewidmet sind, mußte daher auch daran gedacht
werden, in weiteren Bänden die biologischen Grundlagen und die zahlreichen
Anwendungen der Kälte in der Lebensmittelwirtscpaft, in den chemischen
Industrien, im Transportwesen, in der Klimatechnik usw. eingehend zu be-
handeln. ·
Den gegenwärtigen Stand einer Technik und ihre zukünftigen Entwicklungs
möglichkeiten kann man nur dann richtig beurteilen, wenn man ihre Entwick
lungsgeschichte kennt; daher erschien es notwendig, auch der Geschichte der
Kältetechnik einen Abschnitt zu widmen. Die Kältetechnik hat sich inzwischen
zu einem machtvollen Wirtschaftsfaktor entwickelt, dessen Bedeutung in der
Zukunft ohne Zweifel noch weiter zunehmen wird. Eine organisierte Lebens
mittelwirtschaft, ein Export schnellverderblicher Waren und die Massenerzeugung
zahlreicher Gebrauchswaren ist ohne Einsatz der Kältetechnik nicht denkbar.
Es mußte daher auf die wirtschaftliche Bedeutung der Kältetechnik in einem
besonderen Abschnitt eingegangen werden. Einegenaue statistische Erfassung der
Erzeugung von Kältemaschinen, des Verbrauchs an gekühlten oder gefrorenen
Gesamtvorwort zum Handbuch der Kältetechnik. V
Lebensmitteln, der Eiserzeugung u. a. findet man nur in wenigen Ländern. Trotz
dem wurde versucht, in einem Abschnitt "Statistik" das verfügbare Material
zusammenzufassen.
Es ist selbstverständlich, daß in dem vorliegenden Handbuch nicht nur die
Kälteindustrie in Deutschland, sondern auch in anderen Ländern, insbesondere in
den Vereinigten Staaten von Nordamerika und in der Sowjetunion, berück
sichtigt wurde. Der heutige hohe Stand der Kältetechnik ist den vereinten
Bemühungen in vielen Ländern zu verdanken; Physiker, Chemiker, Ingenieure
und Wirtschaftler haben zu der Entwicklung und Ausbreitung dieses jungen
Zweiges der Technik entscheidend beigetragen.
Die Auswahl der Mitarbeiter an den verschiedenen Bänden des Handbuches
war nicht einfach. Über 40 Vertreter verschiedenartiger Disziplinen mußten heran
gezogen werden; trotzdem mußte vermieden werden, den einheitlichen Charakter
des Gesamtwerkes zu gefährden. Glücklicherweise konnte sich der Herausgeber
die Mitwirkung zahlreicher früherer Mitarbeiter am Kältetechnischen Institut der
Technischen Hochschule Karlsruhe und an der Bundesforschungsanstalt (früher
Reichsforschungsanstalt) für Lebensmittelfrischhaltung in Karlsruhe sichern. Es
sind dies: Professor Dr.-Ing. H. D. BAEHR, Berlin; Oberingenieur E. HOFMANN,
SürthjRh.; Dr.-Ing. G. KAESS, Brisbane (Australien); Professor Dr.-Ing.
S. KIESSKALT, Aachen; Professor Dr.-Ing. J. KuPRIANOFF, Karlsruhe; Professor
Dr.-Ing. K. LINGE, Karlsruhe; Professor Dr.-Ing. W. NIEBERGALL, Berlin;
Professor Dr. K. PAECH, Tübingen; Dr.-Ing. G. RuPPEL, Düsseldorf; Professor
Dr.-Ing. TH. E. SCHMIDT, Stuttgart; Professor Dr. G. STEINER, Karlsruhe;
Dr.-Ing. W. TAMM, München; Professor Dr.-Ing. L. VAHL, Delft; Dr. J. E. WoLF,
Karlsruhe.
Dieser Karlsruher Kreis konnte aber doch nicht alle zu behandelnden Gebiete
decken, und so war es notwendig, sich nach anderen Mitarbeitern umzusehen.
Der Herausgeber schätzt sich glücklich, namhafte Fachleute für die Bearbeitung
wichtiger Teilgebiete gewonnen zu haben: Professor Dr. F. F. NoRD von der
Fordham University in New York hat gemeinsam mit seinem Mitarbeiter,
Dr. M. BIER, den Abschnitt über die kolloidchemischen Grundlagen der Lebens
mittelfrischhaltung bearbeitet; Professor Dr.-Ing. H. HAUSEN, Hannover, hat
das umfangreiche Gebiet der Erzeugung tiefster Temperaturen, der Gasver
flüssigung und der Trennung von Gasgemischen behandelt; den Abschnitt
über Bau- und Isolierstaffe hat Dr.-Ing. J. S. CAMMERER, Tutzing, den über
metallische Werkstoffe Professor Dr.-Ing. H. JuNGBLUTH, Karlsruhe, in Gemein
schaft mit Oberingenieur Dr.-Ing. F. HICKEL, Karlsruhe, übernommen: Professor
Dr.-Ing. P. GRASSMANN, Zürich, bearbeitet den Abschnitt über Kaltluftmaschi
nen, Dr.-Ing. R. GöLDNER, Berlin, das Gebiet der Turbokompressoren, Direktor
A. NEUENSCHWANDER, Paris, die Konstruktion von Kolbenkompressoren,
Dr.-Ing. K. BACH, Frankfurt, die Kleinkältemaschinen, Dr. rer. nat. H. STEINLE,
Stuttgart, die Kältemittel und die Vorbereitungen zur Inbetriebnahme von
Kälteanlagen, Dr.-Ing. H. LÖWER, Karlsruhe, das Zubehör von Kälteanlagen,
Dipl.-Ing. A. OsTERTAG, Zürich, die Kälteanlagen und deren Betrieb, Dipl.-Ing.
H. R. HEGE, Dipl.-Ing. W. D. METZENADER und Dipl.-Ing. RoLING die Auto
matik und Dipl.-Ing. J. PHILIPPSEN mit Obering. E. HoFMANN, Sürth, die Wärme
übertragungsapparate.
Für die Behandlung der verschiedenen Anwendungsgebiete der künstlichen
Kälte wurden gewonnen: Professor Dr.-Ing. W. FISCHERt und Dipl.-Ing.
H. ENGERTH, vVeihenstephan (Brauereien), Professor Dr. E. KALLERTt, Kulm-