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Dieses Thema hat 6 Antworten
und wurde 169 mal aufgerufen
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grüner Offline




Beiträge: 746

11.04.2012 20:47
Mal ne ganz doofe Frage ? antworten

Hallo Ihr

Mich beschäftigt seit geraumer Zeit ein technisches Problem, wobei ich das sicher ein Problem daraus mache und es ja eigentlich Keines ist.
Es geht um Folgendes, die Wandstärke des Kessels bei Dampflokomotiven beträgt im Schnitt so zwischen 15 - 18 mm bei einem Überdruck bis 16 bar.
Aber die Rauchrohre im Kesselinneren haben nur eine Wanddicke von 3 - 4 mm.
Was mich nun beschäftigt, müssten denn die Rauchrohre nicht vom umgebenden Druck zusammengepresst werden, in ihrem Inneren herrscht ja sozusagen normaler Druck, also kein Überdruck und außen herum die bis zu 16 bar?

Irgendwie hab ich da einen Denkfehler glaube ich ... naja muss ja so sein, sonst würden ja sämtliche Dampfloks schon futsch sein.

Pfiffchen

Erik Offline



Beiträge: 105

11.04.2012 21:45
#2 RE: Mal ne ganz doofe Frage ? antworten

Interessante Frage, dazu fällt mir auf die Schnelle folgendes ein:

p = (E / (4(1 - v²))) * (s / r)³

mit

p - kritischer Beuldruck
E - Elastizitätsmodul
v - Strömungsgeschwindigkeit Medium im Rohr
s - Wanddicke
r - mittlerer Rohrradius

Wenn man nun die Materialdaten hat, könnte man den kritischen Druck ausrechnen und sehen, ob er über oder unter dem Umgebungsdruck (Kesseldruck) liegt.

Erik

Harzwanderer Offline



Beiträge: 901

12.04.2012 11:58
#3 RE: Mal ne ganz doofe Frage ? antworten

Zitat von Erik
Wenn man nun die Materialdaten hat, könnte man den kritischen Druck ausrechnen ...


Die Materialdaten braucht man gar nicht, Erik, denn Deine Formel beantwortet Renes Frage schon völlig, bzw. das Wesentliche sieht man auch so:
Entscheidend ist die letzte Klammer, also (s / r) hoch 3.
Wie man an dieser Klammer sieht, geht in den Beuldruck das Verhältnis von Wanddicke s zu Biegeradius r ein.

Somit:
grosser Radius (=Kessel, Durchmesser ganz grob 1m)* -> grosse Wanddicke erforderlich
kleiner Radius (=Heizrohr/Rauchrohr, Durchmesser ganz grob 10cm) -> kleine Wanddicke erforderlich

Grob gesagt, ist das Verhältnis der Radien von Kessel und Rohr ja ungefähr(!!)* 10:1.
Also sollte auch das Verhältnis der erforderlichen Wanddicken auch ungefähr 10:1 sein.
Im praktischen Fall ist das nun aber nicht so, gemäß Renes Angaben ist das Verhältnis "nur" 4:1 bis 5:1.
Mit anderen Worten, die Rohre sind eigentlich rechnerisch zu dick!
Warum macht man das so?
Ich nehme an, wegen der Abzehrung. Die Rohre werden ja durch die Rauchgase korrodiert, ihre Dicke wird im Laufe der Zeit abnehmen. Damit sie auch noch nach 2, 3 oder 5 Jahren genügend Dicke haben, um dem Kesseldruck standhalten zu können, werden sie also vermutlich von vornherein etwas dicker ausgeführt. Der Kesselmantel dürfte demgegenüber deutlich weniger schnell korrodieren, so dass dort der Sicherheitszuschlag an Dicke nicht so hoch ausfallen muss (ein gewisser Sicherheitszuschlag wird auch da dabei sein).

Soweit meine Gedanken. War es verständlich? (Ich hoffe...)
Die Frage fand ich aber gar nicht doof, sondern hochspannend.
LG Bernd


*PS: ich habe gerade weder die genauen Durchmesser der Lokkessel noch die der Rohre parat. Meine oben angenommenen Zahlen (1m für den Kessel, 10cm für die Rohre) sind also sicherlich falsch, aber sie sollten ganz grob im ungefähr richtigen Bereich liegen. Und mit diesen 2 Zahlen rechnet es sich dann so schön.

Reiner Offline




Beiträge: 2.665

12.04.2012 12:13
#4 RE: Mal ne ganz doofe Frage ? antworten

Hochinteressant, habe ich mir nie Gedanken drum gemacht.
Man gut das es hier auch Höhergebildete gibt.

Beste Grüße Reiner

viereKa Offline



Beiträge: 513

12.04.2012 13:25
#5 RE: Mal ne ganz doofe Frage ? antworten

Hallo,
ich hab da jetzt mal ne Überlegung, aber nur mal angedacht. Vielleicht liege ich auch total falsch.
Der Kesseldruck erzeugt auf den Oberflächen (Rohre außen, Kessel innen) ja Kräfte. Die wirken beim Kessel radial nach außen, bei den Rohren radial nach innen.
Als wird doch das Rohr (quasi) radial "zusammengedrückt, aber eben von allen Seiten gleichmäßig. So wie z.B. bei einer Tauchkugel. Wenn die rund ist, klappt es, wenn sie rechteckig wäre gäbe es Streß.
So wie man früher Bogenbrücken baute. Die Steine fielen nach dem Aufschichten radial nach innen und gaben sich dadurch gegenseitig Halt.
Die Kräfte an der inneren Kesselwand wirken jedoch vom Zentrum des Kessels weg, wollen also den Durchmesser vergrößern und dem muß die Stärke des Materials entgegen stehen.
Nur mal so auf die Schnelle in der Mittagspause...
cu
Hans-Jürgen

Erik Offline



Beiträge: 105

12.04.2012 16:25
#6 RE: Mal ne ganz doofe Frage ? antworten

Zitat von Harzwanderer

Mit anderen Worten, die Rohre sind eigentlich rechnerisch zu dick!
Warum macht man das so?
Ich nehme an, wegen der Abzehrung. Die Rohre werden ja durch die Rauchgase korrodiert, ihre Dicke wird im Laufe der Zeit abnehmen. Damit sie auch noch nach 2, 3 oder 5 Jahren genügend Dicke haben, um dem Kesseldruck standhalten zu können, werden sie also vermutlich von vornherein etwas dicker ausgeführt. Der Kesselmantel dürfte demgegenüber deutlich weniger schnell korrodieren, so dass dort der Sicherheitszuschlag an Dicke nicht so hoch ausfallen muss (ein gewisser Sicherheitszuschlag wird auch da dabei sein).



Hallo Bernd,

meine Formel beschreibt den kritischen Druck, hier muß natürlich noch ein Sicherheitszuschlag zur Anwendung gebracht werden. Dieser beträgt nach meinem Kenntnisstand bei elastischen Spannungszuständen 3. Dies hat natürlich auch Auswirkung auf die Wandstärke.

Erik

grüner Offline




Beiträge: 746

12.04.2012 20:58
#7 RE: Mal ne ganz doofe Frage ? antworten

Hallo Erik, Bernd, Reiner und Hans-Jürgen

Die Frage tat sich beim lesen auf, dort wurde berichtet das es " platte Siede- und Rauchrohre " geben soll.
Dies kam zustande als der Feuerschirm eingefallen ist und die Feuerbüchsvorderwand und die Rohre übermäßigt erhitzt worden sind.
Dadurch wurde die Festigkeit des Materails herabgesetzt und es entstand o.g. Schaden.
Das die Kräfte auf den Außenteil der innen liegenden Rohre wirkt war mir schon soweit klar und das durch die Kräft von innen der Kesselbaustoff stärkeres Material bedaft auch, aber das da schon so dünnwandige Rohre den umgebenden Druck standhalten war mir bis Dato nicht bewußt.

Reiner, brauchst Dir auch keine Gedanken mehr darum machen, fährst ja kein Dampfross mehr. Bei Dir gehts ja mehr um "Strömlinge" in mehr oder weniger Größe, die jeh nach dem klein und furchbar heßlich machen können. Hört sich komisch an ...ist aber so :-)
Aber das ist schon wieder eine ganz andere Geschichte ...

Danke für die Antworten
Gruß René

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