wärmekraftmaschinen
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GRUNDLAGEN DEE THEORIE END DES BAUES DER WÄRMEKRAFTMASCHINEN VON ALFRED MUSIL, O. Ö. PROFESSOR AN DER K.K.DEUTSCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE IN BRUNN. ZUGLEICH AUTORISIERTE, ERWEITERTE DEUTSCHE AUSGABE DES WERKES THE STEAM-ENGINE AND OTHER HEAT-ENGINES VON J. A. EWING, PROFESSOR AN DER UNIVERSITÄT IN CAMBRIDGE. MIT 302 FIGUREN IM TEXT. LEIPZIG, DRUCK UND VERLAG: VON B. G. TEUBNER. 1902. Inhalt. I. Abschnitt. Die geschichtliche Entwicklung der Dampfmaschine. Seite Heron von Alexandria Salomon de Caus. Giovanni Branca. Edward Somerset Thomas Savery Huygens Papin Newcomens atmosphärische Maschine James Watt Watts einfachwirkende Maschine Die Versuche Watts Die Erfindungen Watts Watts doppeltwirkende Maschine Leupolds Maschine Jonathan Hornblower -. Die Compoundmaschine Die Lokomotivmaschine Die Schiffsmaschine 2 7 9 10 11 13 15 19 20 26 29 30 31 33 36 37 IL Abschnitt. Theorie der Wärmekraftmaschinen. 1. 2. 3. 4. Entwicklung der Theorie der Wärmekraftmaschinen Gesetze der Thermodynamik. Erstes und zweites Gesetz Die Arbeitssubstanzen der Wärmemaschinen Graphische Darstellung der Arbeit, geleistet durch die Änderung des Volumens einer Arbeitsflüssigkeit 5. Kreisprozeß der Arbeitssubstanz 6. Vollkommene Gase als Arbeitsflüssigkeit 7. Gesetze der vollkommenen Gase 8. Absolute Temperatur 9. Beziehungen zwischen Druck, Volumen und Temperatur eines Gases . . . . 10. Die spezifische Wärme der Gase. Gesetz 3 11. Die innere Energie eines Gases. Gesetz 4 (Joule) 12. Beziehung zwischen den beiden spezifischen Wärmen 13. Werte der Konstanten für atmosphärische Luft 14. Arbeit geleistet durch eine expandierende Flüssigkeit 15. Adiabatische Zustandsänderungen 44 47 52 53 54 55 55 57 58 59 60 61 62 63 65 Inhalt. V Seite 16. Änderung der Temperatur bei adiabatischer Expansion oder Kompression eines Gases 17. Isothermische Zustandsänderung 18. Der Carnotsche Kreisprozeß 19. Wirkungsgrad des Carnotschen Kreisprozesses 20. Die Umkehrung des Carnotschen Kreisprozesses 21. Umkehrbare Maschine 22. Das Carnotsche Prinzip 23. Wirkungsgrad einer vollkommenen Wärmemaschine 24. Kurze Zusammenfassung der Argumente 26. Bedingungen für ein Maximum des Wirkungsgrades 26. Bedingungen der Umkehrbarkeit 27. Vollkommene Maschine mittels Regenerator 28. Stirlings Eegenerativluftmaschine 66 68 69 71 72 74 74 76 76 77 78 79 80 III. Abschnitt. Eigenschaften des Dampfes und Theorie der Dampfmaschine. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. Bildung des Dampfes unter konstantem Druck Gesättigter und überhitzter Dampf Beziehung zwischen Druck und Temperatur des gesättigten Dampfes . . . Beziehung zwischen Druck und Volumen des gesättigten Dampfes Wärme erforderlich zur Bildung von Dampf unter konstantem Druck . . . Latente Wärme des Dampfes ., Gesamtwärme des Dampfes Innere Energie des Dampfes Dampfbildung unter veränderlichem Druck Nasser Dampf Überhitzter Dampf Isotherme für Dampf Adiabate für Dampf Formel für die Beziehung zwischen Druck und Spannung adiabatischer Expansion des Dampfes Carnots Kreisprozeß für Dampf als Arbeitsflüssigkeit Wirkungsgrad einer vollkommenen Dampfmaschine. Grenzen der Temperatur Wirkungsgrad einer ohne Expansion arbeitenden Dampfmaschine Annäherung des Arbeitsprozesses einer Dampfmaschine an den umkehrbaren Kreisprozeß Maschine, in welcher der Dampf während der Expansion trocken erhalten werden soll 82 83 83 85 87 88 89 90 91 92 92 94 94 97 98 100 101 103 107 IV. Abschnitt. Weitere Gesichtspunkte der Theorie der Wärmemaschinen. 48. 49. 50. 51. Rankines Darlegung des zweiten Gesetzes 109 Absolute Temperatur. Lord Kelvins Skala 110 Berechnung der Dichte des gesättigten Dampfes 112 Ausdehnung obiger Resultate auf andere Veränderungen der physikalischen Zustände 114 52. Trocknung des Dampfes durch Drosselung 115 53. Wärmeaufnahme bei verschiedenen Temperaturen 116 VI Inhalt. Seite 54. Anwendung des Vorhergehenden auf den Fall, daß eine Dampfmaschine ohne Kompression, jedoch mit vollständig adiabatischer Expansion arbeitet 55. Ausdehnung auf den Fall anfänglich nicht trockenen Dampfes 56. Ableitung der adiabatischen Gleichung aus diesen Resultaten 57. Entropie 58. Entropie des Dampfes. Ableitung der adiabatischen Gleichung 59. Entropie-Temperaturdiagramm 60. Entropie-Temperaturdiagramm für Dampf, angewendet auf die ideale Dampfmaschine, arbeitend ohne Kompression, jedoch mit vollständiger Expansion 61. Anwendung des Entropie-Temperaturdiagramms auf überhitzten Dampf . . 62. Werte der Entropie von Wasser und Dampf 63. Entropie-Temperaturdiagramm einer Maschine ohne Expansion 64. Unvollständige Expansion 65. Gesamtwärme des überhitzten Dampfes 66. Entropiediagramm einer Maschine, arbeitend mit Dampf, gesättigt durch die ganze Expansion 67. Entropie-Temperaturdiagramm einer Maschiue mit Regenerator 68. Joules Luftmaschine 69. Umkehrung des Kreisprozesses der Wärmemaschine. Kältemaschine oder Wärmepumpe 70. Verdampfungskältemaschinen mit Kompressor 71. Leistungskoeffizient der Kältemaschinen 72. Umgekehrte Joulemaschine. Die Bell-Colemankältemaschine 73. Umkehrung der Wärmemaschine zur Erzeugung von Wärme 74. Wärmemaschinen, welche mehrere Arbeitssubstanzen verwenden. Dampfund Äthermaschinen f 75. Kraftübertragung durch komprimierte Luft 118 122 123 124 126 127 129 132 134 138 139 140 143 146 146 149 150 154 156 160 161 163 V. Abschnitt. Wirkliches Verhalten des Dampfes im Cylinder. 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86. 87. 88. 89. 90. 91. 92. Vergleich des wirklichen und idealen Indikatordiagramms Drosselung während der Admissions- und Ausströmperiode Schädlicher Raum Kompression Einfluß der Cylinderwandung. Kondensation und Nachdampfen im Cylinder Nachverdampfen während der Ausströmung Feuchtigkeit des Arbeitsdampfes Graphische Darstellung im Indikatordiagramm des während der Expansion vorhandenen Wassers Anwendung des Entropie-Temperaturdiagramms behufs Darstellung des Verhaltens des Dampfes während der Expansion und des Wärmeaustausches zwischen Dampf und Cylinderwandung Thermodynamischer Verlust infolge anfanglicher Kondensation Wirkung des Dampfmantels Einfluß der Geschwindigkeit und Größe der Maschine, sowie des Expansionsverhältnisses Versuchsresultate mit verschiedenen Expansionsgraden Vorteil hoher Geschwindigkeit Versuche über den Wert des Dampfmantels Überhitzung Vorteile des hochüberhitzten Dampfes 167 168 170 171 172 174 176 178 180 182 182 184 186 188 189 191 198 Inhalt. VII Seite 93. 94. 96. 96. 97. 98. 99. 100. 101. Vorteil der Compoundexpansion Zusammenfassung der Verlustquellen Bestimmung der Leistung einer Dampfmaschine Wirkungsgrad des Kessels und der Feuerung. Wirtschaftlicher Wirkungsgrad Versuchsresultate. Maschinen ohne Kondensation Versuchsresultate. Maschinen mit Kondensation Normen für die Beurteilung der Versuchsresultate Mechanischer Wirkungsgrad der Maschine W a h l der Expansionslinie bei Entwurf des Indikatordiagrammes einer Dampfmaschine gegebener Abmessungen 201 203 204 206 207 210 217 220 221 VI. Abschnitt. Die Untersuchung der Dampfmaschine. 102. 103. 104. 105. 106. 107. 108. 109. 110. 111. 112. 113. 114. 115. 116. 117. 118. 119. Der Indikator Bedingungen für das genaue Arbeiten eines Indikators Anleitung zur Abnahme von Indikatordiagrammen Berechnung der indizierten Leistung Beispiele von Indikatordiagrammen Thermodynamische Untersuchungen. Bestimmung des Dampfverbrauches durch Messung des Speisewassers Bestimmung des Dampfverbrauches aus der Kondensationswassermenge . . Messung des Manteldampfverbrauches Vergleich der Speisewassermenge mit der Menge des kondensierten Wassers Bestimmung der zugeführten Wärme. Messung der Trockenheit des Dampfes durch das (xefäßkalorimeter Barrus-Kalorimeter Feuchtigkeitsbestimmung des Dampfes durch Drosselung desselben . . . . Bestimmung der von der Maschine abgegebenen W ä r m e Beispiel der Untersuchung einer Maschine Feuchtigkeit des Dampfes während der Expansion Wärmeaustausch zwischen Dampf und Metall Bestimmung des mechanischen Wirkungsgrades. Messung der effektiven Arbeit Versuche mit Maschinen bei veränderlicher Belastung 224 229 232 234 235 240 242 242 243 243 244 245 248 250 252 253 256 257 VII. Abschnitt. Compoundexpausion. 120. 121. 122. 123. 124. 125. 126. 127. 128. 129. Woolfsche Maschinen Receivermaschinen Spannungsabfall im Receiver. Compounddiagramme Einstellung der Arbeitsaufteilung auf beide Cylinder, sowie des Spannungsabfalles. Graphische Methode Algebraische Methode Verhältnis des Cylindervolumens Vorteil der Compoundexpansion durch ökonomische Ausnützung hochgespannten Dampfes Mechanische Vorteile der Verbundexpansion Beispiele von Verbundmaschinen-Indikatordiagrammen Zusammenlegen der Indikatordiagramme von Verbundmaschinen 263 264 264 287 269 270 272 273 275 277 VIII Inhalt. VIII. Abschnitt. Steuerungen. ° 130. 131. 132. 133. 134. 135. 136. 137. 138. 139. 140. 141. 142. 143. 144. 145. 146. 147. 148. Der Schieber Überdeckung, Voreröffnung und Voreilwinkel Graphische Methode der Untersuchung der Dampfverteilung durch Schieber Ungleichmäßigkeit der Dampfverteilung zu beiden Cylinderseiten . . . . Zeuners Schieberwegdiagramm Bilgrams Schieberdiagramm Die Schieberellipse Sinoidendiagramm Umsteuerungen. Die Coulissensteuerung Graphische Darstellung der Coulissenbewegung Resultierende Excentrizität Lenkersteuerungen ' Doppelschiebersteuerungen Die Meyer-Steuerung Dimensionierung der Schieber. Der Trickschieber Schieberentlastungen Kolbenschieber Drehschieber • Ventile Seite 283 285 287 290 292 296 298 299 302 306 308 309 315 318 325 328 328 330 332 IX. Abschnitt. Regulierung. 149. Methoden der Regulierung der von einer Dampfmaschine geleisteten Arbeit 150. Selbsttätige Regulierung durch Zentrifugalregulatoren. Der Wattsche Regulator 151. Belastete Regulatoren 152. Die Gegenkraft 153. Bedingungen des Gleichgewichtes 154. Bedingungen der Stabilität 155. Gleichgewicht des konischen Pendelregulators und Höhe desselben . . . . 156. Gleichgewicht der belasteten Regulatoren 157. Empfindlichkeit der Regulatoren 158. Isochronismus des Schwerkraftregulators. Parabolische Regulatoren . . . 159. Angenäherter Isochronismus im Pendelregulator 160. Änderung der Empfindlichkeit bei Pederregulatoren 161. Bestimmung der Gegenkraft 162. Einfluß der Reibung. Energie des Regulators 163. Graphische Darstellung der Gegenkraft 164. Unstetigkeit der Regulatoren 165. Achsenregulatoren 166. Expansions-Reguliervorrichtungen 167. Indirekt wirkender Regulator 168. Differential- beziehungsweise dynamometrischer Regulator 169. Regulator mit Hilfspumpe 170. Schiffsmaschinenregulierung 339 341 342 343 344 344 345 346 347 348 349 351 351 352 354 356 358 362 375 377 379 380 Inhalt. IX X. Abschnitt. Die Arbeit an der Kurbel. Seite 171. Schwankungen der Geschwindigkeit während einer Umdrehung der Kurbelwelle. Aufgabe des Schwungrades 172. Das Tangentialdruckdiagramm 173. Einfluß der Reibung 174. Einfluß der Trägheit der abwechselnd bewegten Teile der Maschine . . . 175. Graphische Methode der Bestimmung der Kolbenbeschleunigung 176. Stellung der Kurbel, in welcher die Beschleunigung des Kolbens gleich Null ist 177. Trägheit der Schubstange 178. Vereinter Einfluß der Trägheit und der Reibung 179. Tangentialdruckdiagramm für zwei- und mehrfache Kurbeln 180. Geschwindigskeitsschwankungen in Beziehung zur Energie des Schwungrades 181. Druckwechsel an den Zapfen . . . . 182. Ausgleich der Massendruckmomente. Gegengewichte 183. Ausgleich der longitudinalen Kräfte schnellaufender Maschinen 383 383 386 388 391 394 395 396 398 400 402 407 411 XL Abschnitt. Die Dampferzengung. 184. 185. 186. 187. 188. 189. 190. 191. 192. 193. 194. 195. 196. 197. 198. Heizfläche der Kessel und Speisewasservorwärmer Zugerzeugung. Der natürliche oder Essenzug Der künstliche oder mechanische Zug Zugerzeugung durch Dampfstrahlapparate Zugerzeugung durch Ventilation Vorwärmer Speisewasserreinigung Speisevorrichtungen Kessel für ortsfeste Anlagen. Flammrohrkessel Heizröhren und kombinierte Kessel Wasserröhrenkessel Stehende Kessel Lokomotivkessel Schiffskessel Überhitzer 423 426 436 437 439 444 448 452 460 466 471 477 479 488 502 XII. Abschnitt. Dampfmaschinentypen. 199. 200. 201. 202. 203. 204. 205. 206. 207. Einteilung der Dampfmaschinen Balanciermaschinen Direktwirkende Maschinen Einfachwirkende Schnelläufer Wasserhebemaschinen Der Pulsometer Daveys Sicherheitsmotor Rotierende Maschinen Dampfturbinen 508 510 513 520 526 534 539 542 543 X Inhalt. Seite 208. 209. 210. 211. Die de Laval-Turbine Die Parsons-Turbine Schiffsmaschinen Lokomotivmaschinen 550 574 596 602 XIII. Abschnitt. Luftmaschinen. 212. Luftmaschinen mit äußerer und innerer Verbrennung 213. Luftmaschinen mit äußerer Verbrennung und Regenerator. luftmaschine 214. Heißluftmaschine von Ericsson 215. Neuere Heißluftmaschinen mit äußerer Feuerung 216. Heißluftmaschinen mit innerer Verbrennung 615 Stirlings Heiß617 620 621 627 XIV. Abschnitt. Gasmaschinen. 217. 218. 219. 220. 221. 222. 223. 224. 225. 226. 227. 228. Entwicklungsgeschichte der Gasmaschine Die atmosphärische Gaskraftmaschine von Otto und Langen Die Viertaktmaschine Die Zündung Die Steuerung Die Regelung des Gasverbrauches und Ganges der Maschine Die Gemischbildung und Reinigung des Cylinders von den Verbrennungsrüekständen Anlaßvorrichtungen Die Zweitaktmaschine Großgasmaschinen Die gasförmigen Brennstoffe Die Arbeitsprozesse der Gasmaschinen 633 640 646 649 655 660 670 674 676 685 692 721 XV. Abschnitt. Ölmaschinen. 22.9. 230. 231. 232. 233. 234. Entwicklung der Ölmaschine Die flüssigen Brennstoffe Die Gemischbildung Die Zündung Der Bänki-Motor Der Diesel-Motor 744 751 756 762 763 773
