Der Schiffsmaschinenbau: Band 1 Die Theorie des Dampfmaschinenprozesses, die Konstruktion der Kolbendampfmaschinen, Theorie und Konstruktion der Schiffschraube sowie einen theoretischen Anhang [Reprint 2019 ed.] 9783486749717, 9783486749700

Table of contents :
VORWORT
Inhalts-Verzeichnis
Erster Teil. Die Theorie des Arbeitsprozesses in der Dampfmaschine
Zweiter Teil. Berechnung der Hauptabmessungen der Kolbendampfmaschinen
Dritter Teil. Die Konstruktion der Kolbendampfmaschine
Vierter Teil. Wellenleitung
Fünfter Teil. Schmierung und Kühlung der Kolbenmaschinen
Sechster Teil. Schiffswiderstand und Propeller
Anhang I. Grundlegende Kapitel aus der Wärmelehre
Anhang II. Die Wärmeströmung in den Zylinderwänden
Anhang III. Über den Einfluß der Hilfsmaschinen au! die Wirtschaftlichkeit der Schiffsmaschinenanlagen mit Dampfbetrieb
Anhang IV. Wärmeregeneration
Anhang V. Ungleichförmigkeit der Rotation von Schiffswellen. Torsionsschwingungen. Kritische Tourenzahl für dieselben
Anhang VI. Harmonische Analyse
Anhang VII. Abwicklung der Druckfläche von Schiffsschrauben
Anhang VIII. Über die Grundbegriffe der Ähnlichkeitsmechanik
Anhang IX. Die Apparate der Modell-Schleppversuchsanstalten
Anhang X. Über den Einfluß der Wassertiefe auf Schiffswiderstand und Maschinenleistung
Anhang XI. Die Wirbeltheorie des Propellers
Anhang XII. Tabellen der dampfverbrauchenden Hilfsmaschinen verschiedener Schiffe
Anhang XIII. Dampftabellen
Sachverzeichnis

Citation preview

DER SCHIFFSMAS UHINENBAU EESTER BAND ENTHALTEND :

DIE THEORIE DES DAMPFMASCHINENPROZESSES, DIE KONSTRUKTION DER KOLBENDAMPFMASCHINEN, THEORIE UND KONSTRUKTION DER SCHIFFSCHRAUBE SOWIE EINEN THEORETISCHEN ANHANG VON

G. BAUER DR. PHIL., DR. ING. E. H., DIREKTOR DER VULCAN-WERKE. HAMBURG UND S T E T T I N , AKTIENGESELLSCHAFT

ERSTE AUFLAGE ANSCHLIESSEND AN DIE V I E R T E AUFLAGE DES WERKES „BERECHNUNG UND KONSTRUKTION DER SCHIFFSMASCHINEN UND -KESSEL" VOM G L E I C H E N VERFASSER

MIT 793 ILLUSTRATIONEN UND 70 TABELLEN

M Ü N C H E N UND B E R L I N 1 9 2 3 D R U C K U N D V E R L A G V O N R. O L D E N B O U R G

Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung, vorbehalten Copyright 1925 by R . Oldenbourg, München

V

O

R

W

O

R

T

.

Das W e r k , dessen erster Band h e u t e der Öffentlichkeit übergeben wird, ist als eine Neuherausgabe meines schon seit J a h r e n vergriffenen Buches „ B e r e c h n u n g und K o n s t r u k t i o n der Schiffsmaschinen u n d Kessel", 4. Aufl., sowie des von mir gemeinsam mit Herrn Direktor D r . Ing. e. h. Lasche herausgegebenen Buches über Schiffsturbinen, dessen 2. Auflage ebenfalls vergriffen ist, aufzufassen. Der U m f a n g des neuen W e r k e s soll außer dem vorliegenden Band, welcher im wesentlichen die Berechnung und Kons t r u k t i o n der Kolbenmaschinen und der Schiffsschrauben, sowie Auseinandersetzungen über theoretische Grundlagen des Schiffsmaschinenbaues e n t h ä l t , noch zwei weitere B ä n d e umfassen, von denen der eine den Schiffsturbinen, Kesseln, Hilfsmaschinen und Rohrleitungen, der andere den Verbrennungsmaschinen gewidmet sein soll. Es h a t sich nicht als möglich erwiesen, den C h a r a k t e r meines alten Schiffsmaschinenbuches, welches darauf hinzielte, ohne längere theoretische Auseinandersetzungen f ü r die Praxis b r a u c h b a r e Formeln zu bieten, ganz beizubehalten. Die Mannigfaltigkeit, welche die Schiffsantriebe seit der über 20 J a h r e lang zurückliegenden E n t s t e h u n g des g e n a n n t e n Buches gewonnen haben, h a t es dem Schiffsmaschinenk o n s t r u k t e u r zur zwingenden A u f g a b e gemacht, tiefer in die sich bietenden Probleme einzudringen u n d sich wissenschaftlicher Hilfsmittel in weit größerem U m f a n g e zu bedienen, als dies damals notwendig war. Es k o n n t e d a h e r nicht darauf verzichtet werden, in das neue W e r k einige einfachere theoretische Darlegungen aus dem Gebiet der Mechanik u n d W ä r m e l e h r e a u f z u n e h m e n . Ich h a b e mich aber b e m ü h t , dieselben d e r a r t in das Buch einzufügen, d a ß die Übersichtlichkeit des f ü r den K o n s t r u k t e u r , welcher rasch z u m Ziel gelangen will, in erster Linie notwendigen Stoffes nicht leidet und h a b e deswegen alle umfassenderen theoretischen A u s f ü h r u n g e n in A n h ä n g e n a m E n d e des Bandes u n t e r g e b r a c h t . Auch im F o r m a t des Buches bin ich von dem f r ü h e r e n abgewichen u n d h a b e dasselbe, u m bessere u n d deutlichere Abbildungen bringen zu können, etwas größer gewählt. Ich h a b e m a n c h m a l gezweifelt, ob u n t e r den heutigen Verhältnissen ein W e r k , wie das n u n m e h r in Angriff genommene, die Mühen der Herstellung lohnt u n d Leser finden wird. Ich bin aber schließlich in meinem Vorhaben durch den Gedanken bes t ä r k t worden, d a ß die heranwachsende Generation der S c h i f f s m a s c h i n e n - K o n s t r u k t e u r e in Deutschland h e u t e n u r z u m kleinsten Teil die Möglichkeit h a t , sich im p r a k t i s c h e n Leben die E r f a h r u n g e n im Bau von Maschinenanlagen f ü r große Schnelldampfer und f ü r Kriegsschiffe zu erwerben, d a die durch den Krieg geschaffenen Verhältnisse gegenw ä r t i g den Bau solcher Schiffe noch verhindern. Ich halte es aber f ü r ein u n b e d i n g t e s Erfordernis, alles a u f z u b i e t e n , u m diese E r f a h r u n g e n auch in u n s e r m V a t e r l a n d e in

IV möglichst großem Umfange zu erhalten und denen zugänglich zu machen, welche nicht in der Lage sind, sich auf die vor dem Kriege gemachten Konstruktionen und Betriebserfahrungen zu stützen. Ein so umfassendes Werk wie das vorliegende herauszugeben, wäre mir bei meiner beruflichen Überlastung ganz unmöglich gewesen, wenn mir nicht die vorzüglichsten Mitarbeiter zur Seite gestanden hätten. Herr Oberingenieur Wälde hat mich bei der Bearbeitung sämtlicher Kapitel, welche theoretische Entwicklungen enthalten, andauernd auf das wirksamste unterstützt, und verdanke ich demselben eine Reihe von wertvollen Anregungen. Herr Oberingenieur Ludwig hat die konstruktiven Kapitel mitbearbeitet, während Herr Dipl.-Ingenieur Kreczy mich in der Durchsicht und Korrektur laufend unterstützt hat. Für die Hergabe wertvollen Materials habe ich vor allen Dingen den VulcanWerken und der deutschen Marineleitung den aufrichtigsten Dank auszusprechen. H a m b u r g , J a n u a r 1923.

Dr. G. Bauer.

I nhalts-Verzeichnis. Erster Teil.

Die Theorie des Arbeitsprozesses in der Dampfmaschine. Abschnitt § § §

I.

Allgemeines Uber den Dampfmaschinenprozeß. Seite 1. Einleitung 1 2. Gemeinsame Darstellung der Dampfmaschinenprozesse 1 3. Betrachtungen über die Wirtschaftlichkeit des gesamten Arbeitsprozesses der Dampfmaschine 4 Abschnitt

II.

Der Dampfprozeß In der Kolbenmaschlne. 4. Allgemeine Bemerkungen über die gegenüber dem theoretischen Prozeß auftretenden Verluste sowie über das Indikatordiagramm •. . § 5. Die mehrfache Expansion § 6. Die Übertragung des Indikatordiagramms der Kolbenmaschine in das Wärmediagramm § 7. Bemerkung § 8. Verlust durch Drosselung des Dampfes in der Hauptdampfleitung und den Einlaßorganen des Zylinders § 9. Verlust durch unvollständige Expansion § 10. Verlust durch Drosselung bei der Ausströmung in den Kondensator § 11. Einfluß des schädlichen Raumes § 12. Das Indikatordiagramm der ausgeführten Maschine. Der mittlere Druck § 13. Zusammengelegte Diagramme § 14. Die Wechselwirkung zwischen Dampf- und Zylinderwand § 15. Ventilsteuerung § 1 6 . Die Schmidsche bzw. Stumpfsche Gleichstrommaschine § 17. Einfluß des Dampfmantels § 18. Die Expansionskurve der Dampfmaschine § 19. Über den Einfluß von Undichtigkeiten § 20. Gegenseitige Abhängigkeit der einzelnen Verluste voneinander. Umwandlung der Verluste in Wärme § 21. Wirkungsgrade der Kolbenmaschine § 22. Bemerkung § 23. Übertragung des Indikatordiagramms einer Compoundschiffsmaschine mit Naßdampfbetrieb in das Wärmediagramm § 24. Wärmediagramme einer Dreifachexpansionsmaschine mit Naßdampfbetrieb § 25. Vergleich der in § 24 behandelten Dreifachexpansionsschiffsmaschine mit einer ebenfalls mit Naßdampf arbeitenden Dreifachexpansionslandmaschine mit Ventilsteuerung . . . § 26. Wärmediagramme einer Vierfachexpansionsmaschine mit Naßdampfbetrieb § 27. Untersuchung der Stumpfmaschine eines kleinen Frachtdampfers § 28. Einfluß der Überhitzung. Betrachtung desselben an H a n d von Wärmediagrammen ausgeführter Maschinen § 29. Untersuchung einer Duplexspeisepumpe bei Betrieb mit Naßdampf und Heißdampf . . §

8 8 10 19 19 21 21 21 25 26 27 33 34 34 35 37 41 42 43 43 47 49 51 54 55 56

Seite

§ 30. Untersuchung einer Verbundmaschine (Betriebsmaschine einer Zentrifugalkühlwasserpumpe) mit Naßdampf und Heißdampf § 31. Vergle'ichsversuche an einer stationären Compoundmaschine mit Naßdampf und Überhitzung § 32. Untersuchung der Dreifachexpansionsmaschine eines Schleppers bei verschiedenen Überhitzungsgraden § 33. Wärmediagramme einer größeren Maschine mit dreifacher Expansion und Überhitzung f ü r einen Fracht- und Passagierdampfer § 34. Ersparnis an Brennstoff durch Überhitzung § 35. Die obere wirtschaftliche Grenze des Vakuums bei der Kolbenmaschine § 36. Die Vorwärmung des Speisewassers § 37. Die Vorwärmung des Speisewassers durch den Abdampf der Hilfsmaschinen § 38. Die Vorwärmung des Speisewassers durch die Hilfsmaschinen als Fall von Wärmeregeneration betrachtet § 39. Die Abzapfung von Dampf zwecks Vorwärmung des Speisewassers

57 60 64 65 69 70 72 73 74 75

Zweiter Teil.

Berechnung der Hauptabmessungen der Kolbendampfmaschinen. Abschnitt

I.

Die praktische Berechnung der Zyllnderdimensionen für Kolbenmaschinen. § § § § § § § § § § § § § §

40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53.

Einleitung . Berechnung aus dem mittleren Druck Feststellung des mittleren Druckes mittels des Völligkeitsgrades Berechnung der Zylinderdurchmesser aus dem Dampfverbrauch Wahl der Durchmesser der Mitteldruckzylinder Qesamtexpansionsgrade und Zylinderverhältnisse f ü r verschiedene Maschinentypen . . . Einfluß der Füllungsgrade der einzelnen Zylinder auf die Leistungsverteilung Konstruktion der Indikatordiagramme aus den sog. Volumendiagrammen Beispiel f ü r die Berechnung einer Vierfachexpansionsmaschine Tabellen ausgeführter Schiffsmaschinen Der mechanische Wirkungsgrad Der Dampfverbrauch der Kolbenmaschine (Hauptmaschinen) Dampfverbrauch von Hauptmaschinen bei verminderter Fahrtgeschwindigkeit Dampfverbrauch der Hilfsmaschinen Abschnitt

77 77 78 81 82 82 85 85 91 93 106 107 108 111

II.

Die Theorie der Kondensation. Berechnung der Hauptdimensionen von Kondensationsanlagen. § § § § § § § § § § § §

54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 65.

Vorbemerkung Allgemeines Die Bemessung der Kühlfläche von Oberflächenkondensatoren Über den Einfluß der Luft auf die Wärmeübertragung im Kondensator Kühlwassermenge Weg des Kühlwassers im Kondensator. Wassergeschwindigkeit in den K ü h l r o h r e n . Das Hubvolumen der Kolbenluftpumpe Der Arbeitsbedarf der Luftpumpe Der Lieferungsgrad der Luftpumpe Ausführungsformen der Luftpumpen „ „ Kondensatoren Meßresultate von ausgeführten Kondensationsanlagen Abschnitt

. .

114 114 115 119 120 122 122 125 128 128 135 137

III.

Die Dynamik der Kolbenmaschine. § 66. Der Kurbelmechanismus § 67. Die bewegten Massen der Dampfmaschine § 68. Tangentialkraft und Drehmoment der Mehrkurbelmaschine

145 148 149

VII Seite

§ § § § § § § § § § § § § § §

69. 70. 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82. 83.

Die dynamischen Vorgänge Massenausgleich. Einleitung . 1 ,, der Einkurbelmaschine „ „ Zweikurbelmaschine „ ,, Dreikurbelmaschine „ bei Maschinen mit vier Kurbeln. Schlickscher Massenausgleich . . . Praktische Durchführung der Massenausgleichsberechnung Berücksichtigung der Steuerung Bemerkungen Günstigste Anordnung der Maschine f ü r den Massenausgleich Beispiel I. Nachrechnung des Massenausgleichs einer ausgeführten Torpedobootsmaschine Beispiel II. Neuberechnung des Massenausgleichs Einfluß der Pleuelstangenlänge auf den Massenausgleich Massenausgleich für endliche Pleuelstangenlänge Ausgleich der vertikalen Kräfte bei irgendeiner Pleuelstangenlänge und Ausgleich der die Maschine kippenden Kräftepaare unter Annahme unendlich langer Pleuelstange . . . .

153 153 155 155 156 162 164 165 165 166 167 173 176 176 176

Dritter Teil.

Die Konstruktion der Kolbendampfmaschine. A b s c h n i t t I. Der Aufbau der Hauptmaschine. § § § § § § § § §

84. 85. 86. 87. 88. 89. 90. 91. 92.

Vorbemerkung Zwillingsmaschinen Compoundmaschinen Dreifachexpansionsmaschinen Vierfachexpansionsmaschinen Längsverbindung der Zylinder Einige allgemeine Bemerkungen über die Anordnung der Hauptmaschine Das Anspringen der Maschine Länge der Hauptmaschinen Abschnitt Details der Hauptmaschine.

§ § § § § § § § § § § §

93. 94. 95. 96. 97. 98. 99. 100. 101. 102. 103. 104.

§ 105. § 106. § 107. § 108. § 109. § 110. §111. § 112. § 113. § 114.

178 178 178 180 210 221 222 225 225

II. Dampfzylinder.

Allgemeines Dampfgeschwindigkeiten Wandstärke