Dampfkessel-Speisepumpen

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1 Dampfkessel-Speisepumpen Bemessung, Ausführung, Antrieb und Regelung Von Ing. Karl Grün Wien Mit 68 Textabbildungen Springer-Verlag Wien GmbH 1934

2 ISBN DOI / ISBN (ebook) Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten Copyright 1934 by Springer-Verlag Wien Ursprünglich erschienen bei Julius Springer in Vienna 1934

3 Vorwort. Die Speisepumpe wird gerne als das Herz der Kesselanlage bezeichnet, weil bei ihrem Versagen der ganze Betrieb stillgelegt ist. Die gesetzlichen Vorschriften wenden ihr deshalb auch besondere Aufmerksamkeit zu, und zwar in viel höherem Maße, als es im Vergleich mit anderen Hilfseinrichtungen ihren Anschaffungskosten, ihrem Kraftbedarf und ihrer Bedienung entspräche. Auch der Betrieb sollte ihr eine dieser Bedeutung gerecht werdende Beachtung schenken. Auf die in dieser Hinsicht maßgebenden Umstände hinzuweisen, die Grundlagen bei Auswahl, Aufstellung und Betriebsführung darzulegen, von welchen zur Erzielung einer störungsfreien und wirtschaftlichen Speisung auszugehen ist, ist das Ziel vorliegenden Buches. Die rasche Entwicklung des Kesselbaus im abgelaufenen Jahrzehnt, die dem Pumpenbau neben der Beherrschung großer Drücke im Zusammenhang mit der Regenerativvorwärmung noch die hoher Temperaturen als neue Aufgaben gebracht hatte, scheint augenblicklich zu einem Ruhepunkt gekommen zu sein oder hat doch zumindest einen Markstein erreicht, von dem aus die weitere Entwicklung abzusehen ist. Ähnliches gilt auch für den Pumpenbau, in welchem der Wettstreit zwischen Kolbenund Kreiselpumpe nun zugunsten letzterer auch auf dem Gebiete der Kesselspeisung die Entscheidung gefunden hat oder wenigstens eine deutliche Abgrenzung zwischen den Verwendungsbereichen beider gestattet. Ist schon auf Grund dieser Entwicklung der Zeitpunkt für eine zusammenfassende Betrachtung aller für die Kesselspeisung bedeutsamer Fragen geeignet, so gilt dies um so mehr, als von einer Reihe großer Anlagen Erfahrungen mehrjährigen Betriebes vorliegen, also bereits ein Urteil darüber möglich ist, was sich bewährt hat. Sonderausführungen, die dabei notwendig wurden, dürfen nur soweit Gegenstand der Darstellung sein, als daraus Nutzanwendungen auch für durchschnittlich übliche Anlagen zu ziehen sind. Nicht einzelne Konstruktionen sollen beschrieben, sondern allgemein gültige Grundsätze entwickelt werden. Als Speisepumpen sind alle jene Pumpen und Apparate anzusehen, die das der Verdampfung zuzuführende Wasser in den Kessel fördern, was eben "speisen" heißt. Nicht unter diese Begriffsbestimmung fallen die etwa sonst im Dampf-Wasser-Kreislauf des Kesselbetriebes erforderlichen Pumpen wie Kondensat-, Umwälzpumpen u. a. m., die deshalb auch außerhalb vorliegender Darstellung bleiben mußten. Auch für die Behandlung von Sonderbauarten wie insbesondere die Speisevorrich-

4 IV Vorwort. tungen für Lokomotiv- und Lokomobilkessel, die aus der Gesamtheit ihrer Konstruktion herausgerissen nicht zweckdienlich zu besprechen wären, war in diesem Rahmen kein Platz. Als der eigentliche Gegenstand der Ausführungen erscheinen somit die ortsfesten Kessel, zu denen in bezug auf die Speisung auch die Schiffskessel gezählt werden dürfen. Hingegen ist die für den Betrieb wichtige Speise-Vorrichtung erst durch die Verbindung von Pumpe und Antrieb gegeben; ja gerade der Antrieb kann hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit ausschlaggebend werden. Daraus folgt, daß die Antriebseinrichtungen einen wesentlichen Teil des Inhalts einnehmen mußten. Was nun die selbsttätigen Regler betrifft, so sind diese wohl kein unerläßlicher Bestandteil der Speisevorrichtung ; bei der Wichtigkeit bequemer Regelmöglichkeit waren sie doch in die Betrachtung einzubeziehen, weil in größeren Anlagen eine Betätigung von Hand aus den Ansprüchen der Regelung bezüglich raschen Eingreifens und genauer Einstellung nicht mehr gerecht werden kann. Zwar stehen nur die Pumpendruckregler mit der Pumpe bzw. mit dem Antrieb in unmittelbarer Verbindung; doch sind auch die Speiseregier in ihrer Wirkungsweise von diesen und auch vom Arbeitsvorgang der Pumpe abhängig, so daß eine Darstellung, die alle den Speisevorgang beeinflussenden Einrichtungen umfaßt, vorteilhaft erschien. Was die Pumpensysteme selbst betrifft, so waren neben der Kreiselpumpe, die heute, wie erwähnt, besonders für größere Kessel eine vorherrschende Stellung einnimmt, auch die anderen Systeme eingehend zu besprechen. Dies war vor allem notwendig, weil sie in vielen Fällen noch immer der Kreiselpumpe vorzuziehen sind und auch vielfach in Verwendung stehen; weiters aber auch um die Gründe aufzeigen zu können, die es der Kreiselpumpe ermöglicht haben, sie zurückzudrängen. Wenn das Ziel, auf das die Darlegungen dieses Buches hinsteuern, auch ein grundsätzlich anderes als das einer Konstruktionslehre ist, durften doch die Berechnungsgrundlagen nicht gänzlich unterdrückt werden. Soweit sie für das Verständnis der Wirkungsweise, Erklärung der maßgebenden Betriebseigenschaften und etwa noch für die Nachrechnung vorhandener Pumpen mit unbekannten Leistungsdaten notwendig waren, wurden die wichtigsten Beziehungen ohne oder mit ganz kurzen Ableitungen angeführt; sie konnten soweit beschränkt bleiben, daß keine Ablenkung von der Hauptaufgabe in Kauf zu nehmen war. Eben mit Rücksicht auf diese mußten jedoch die von der besonderen, jeweils verwendeten Pumpenbauart unabhängigen Berechnungen ausführlich entwickelt werden, die für die Bemessung der Speisepumpe und ihres Antriebes durchzuführen sind. Hier liegen erfahrungsgemäß die Ursachen für Versager oder für nicht recht befriedigende Speisepumpen, die oft auch zu langwierigem Streit zwischen Kesselbesitzer und Pumpenbauanstalt führen. In diesem Belange klare Verhältnisse zu schaffen, mußte als eine wesentliche Aufgabe der folgenden Ausführungen gelten. Den Werdegang einer Speisepumpenanlage von der Bemessung bis zur Überprüfung zu verfolgen, schien eine natürliche Gliederung des

5 Vorwort. V Buches zu geben. Ein erschöpfendes Bild über den gegenwärtigen Stand war nur in Verbindung mit der Wiedergabe der neuesten und maßgebenden Ausführungen möglich. Durch weitgehende Unterstützung von seiten der einschlägigen Firmen, die mir bei Beistellung von Abbildungen und Beschreibungen größtes Entgegenkommen bewiesen, konnte dieses Ziel erreicht werden, so daß ich gerne die Gelegenheit wahrnehme, allen diesen auch an dieser Stelle zu danken. Schließlich danke ich dem Verlag Julius Springer für das große Entgegenkommen, mit dem er mir die Veröffentlichung dieses Buches erleichtert hat, sowie auch für die mustergültige Ausstattung, die er traditionellerweise auch meinem Buch zuteil werden ließ. Wien, im September log. Grün.

6 Inhaltsverzeichnis. Seite I. Grundlagen A. Die Liefermenge Betriebsverhältnisse Raummaß der Liefermenge Regelung der Liefermenge B. Die Förderhöhe Der Kesseldruck Die geodätische Förderhöhe Die Widerstandshöhe a) Gerades Rohr... 9 b) Formstücke c) Rauchgasvorwärmer d) Vakuumetrische Saughöhe C. Die Antriebsleistung H. Die Verdrängerpumpen... " A. Allgemeines B. Drehkolbenpumpen... " C. Kolbenpumpen... ; Die Liefermenge Die Windkessel a) Rechnungsgrundlagen b) Windkessel im Betriebe Pumpe ohne Windkessel a) Resonanz zwischen Pumpe und Rohrleitung b) Kolbendrücke der windkessellosen Pumpe c) Die größt zulässige Saughöhe Die Ventile a) Bedeutung für die Arbeitsweise der Pumpe b) Rechnerische Behandlung der Ventilbewegullg c) Ergebnisse von Ventiluntersuchungen Bauarten Werkstoffe Regelung der Liefermenge D. Dampfpumpen Bewegungsverhältnisse Simplexpumpen... 39

7 VIII Inhaltsverzeichnis. 3. Duplexpumpen 4. Liefermengenverlauf Dampfverbrauch Regelung der Liefermenge.... E. Automatische Rückspeiser 'Virkungsweii'e... '. 2. Bauarten Dampfvorbrauch Anordnung... :.... Seite III. Die Strahlplullpell Wirkungsweise und Grundlagen Der Restarting.Injektor Aufstellung und Bedienung Regelung der Liefermenge.... IV. Die KreiselpUllllJen Berechnungsgrundlagen.... a) Die Hauptgleichung.... b) Die Kennlinie.... c) Die Wirkungsgrade Grenzen der Förderhöhe Bauteile und Werkstoffe.... a) Das Gehäuse.... b) Lauf- und Leitrad.... c) Aufnahme des Achsialschubs.... d) Die Lager.... e) Heißwasser-Stopfbüchsen Mehrdruckpumpell Die Saughöhe Die Regelung.... a) Die Pumpen-Kennlinie.... b) Drosselregelung.... c) Drehzahlregelung Ermittlung der Leistungsdateu aus den Pumpenabmessungen 8. Dampfsaugende Kreiselpumpen... ".... V. Die Antriebe.... A. Verhalten der Pumpen Drehzahl Kraftverhältnisse Drehsinn Anlassen.... B. Der Riemenantrieb

8 Inhaltsverzeichnis. Seite C. Der elektrische Antrieb Gleichstrom a) Reihensohlußmotor b) Nebenschlußmotor Drehstrom a) Induktionsmotor b) Drehstrom-N ebenschlußmotor c) Regelkaskaden Bauliche Anordnung D. Der Dampfantrieb Bauart der Kleindampfturbine Dampfverbrauoh Bauteile und Werkstoffe a) Das Gehäuse b) Welle und Laufrad c) Stopfbüchsen d) Lager Regelung a) Turbine ohne Regler b).änderung der Dampfleistung c) Druckregler Bauliche Anordnung VI. Speisepumpenregler "..., A. Verhalten selbsttätiger Regler Aufgabe der Regler Begriffsbestimmungen Stabilitätsbedingungen B. Speiseregler Arbeitsweise RegIerteile..., 104 a) Impulsgeber..., 104 b) Regelorgan Ausführungen..., Leistungs-Speiseregler C. Druckregler Speiseregler und Pumpe Druckdifferenzregler Schaltung a) Druckmessung..., 113 b) Parallelbetrieb Speiseregler ohne Druckregler Anfahrsteuerungen IX

9 x Inhaltsverzeichnis. Seite VII. Anordnung der Pumpe im Kesselhaus Speisewasserbehälter Die Saugleitung Die Druckleitung Parallelschaltung der Pumpen Parallelschaltung der Kessel Pumpe und V orwärmung a) Rauchgasvorwärmer b) Röhrenvorwärmer c) Regenerativ-Vorwärmung d) Mischvorwärmer e) Wärmespeicher f) Zweidruckwerke g) Vorteile der Kreiselpumpe VIII. Wirtschaftlichkeit der Speisepumpen Bestimmungsstücke für die Wirtschaftlichkeit Anwendungsbereich a) Anwendungsbereich der Pumpen b) Anwendungsbereich der Antriebe Gewährleistung Namen- und Sachverzeichnis