Man könnte einen Überhitzerkessel mit trockenem Dampf nachschalten.
Hohe Temperatur alleine bringt's nicht, man muß sehen, welchen Preis man dafür bezahlt. Adiabatische Kompressionserwärmung ist insofern keine gute Idee, weil man da genau die hochwertige Energie investiert, die man eigentlich erst gewinnen will. (Trickreich ist insofern die Brüdendampfnutzung durch Druckkondensation.)
Wenn die Ofenwärme hinterher doch wieder mechanische Arbeit leisten soll, dann stimmt da etwas nicht an der Idee.
Nein, das ist eben nicht nötig: Die Lösung wäre eine Dampfaustritt aus einer Ringdüse, evtl. schon mit eingeprägtem Spin.
Abgesehen davon, daß das eben gar nicht nötig ist: Was spricht dagegen, eine Dampfströmung tangential in einer Ringnut umlaufen zu lassen und in tangential angeordnete Einlauföffnungen am Rotor hineinzublasen? Bei der einfachen Umlenkung in die Achsrichtung würde bereits der größte Teil der kinetischen Energie auf die Läuferwelle übertragen.
(Im Idealfall ist dann die Tangentialgeschwindigkeit doch wieder halb so groß wie die der Dampfstrahls, und er würde dabei komplett auf Null abgebremst und langsam aus dem Läufer axial austreten.)
Das ist doch völlig überflüssig: Dampf ist ein Gas - da passiert überhaupt nichts, wenn der Strom abnahmeseitig nur intermittierend geöffnet wird, da treten dann eben maßvolle Druckänderungen auf.
An sowas habe ich inzwischen auch gedacht. Ein umlaufender Torus in dem der Dampf durchaus viele Umdrehungen laufen kann. Abgesehen von Reibung sollte der Dampf eine Umlaufgeschwindigkeit haben, die der Düsenaustrittsgeswchwindigkeit entspricht. Nur mit dem Austrittsspalt.... wenn der natürlich wieder nur ein paar Mü breit sein darf, dann hat der Dampf nach dem Austritt keine brauchbare Gewschwindigkeit und Richtung mehr. Man kann natürlich den Austrittsspalt recht groß machen, es geht ja sowioeso nur soviel Dampf durch, wie aus der Düse nachgeliefert wird. Dann stellt sich aber die Frage, wie man die Dichtigkeit hinbekommt. Schließlich soll ja der Dampf der den umlaufenden Torus verlässt, komplett durch die Turbine laufen und nicht irgendwo in die Umgebung strömen.
Klar passiert da nichts, nur wie bekommt man das dicht hin?
Das verstehe ich nicht. Warum sollte es an einer ideal warmeundurchlaessigen Rohrwand keine Reibung geben? Ausserdem uebersiehst du, dass in einem reibungsbehafteten Medium Reibung nicht nur an den Waenden, sondern auch in dem Medium selber stattfindet - ganz ohne Waermeabgabe an die Umgebung!
Selbstverst=E4ndlich tritt auch an einer ideal w=E4rmeundurchlassigen Wand Reibung auf. Das hat nichts mit W=E4rmeleitung oder nicht zu tun, sondern h=E4ngt mit dem Geschwindigkeitsgradienten an der Wand zusammen. An der Wand herrscht Geschwindigkeit 0.
Dieser bewirkt, da=DF die Str=F6mung dann nicht mehr adiabat sein kann, auch wenn das Rohr w=E4rmedicht ist.
Eine adiabate Zustands=E4nderung ist automatisch reversibel, da die Entropie=E4nderung 0 ist (T-s Diagramm).
Eine Gas kann daher nur dann adiabat durch eine D=FCse entspannen, wenn das Ganze reibungsfrei vonstatten geht und dies bedeutet, da=DF im gesamten Str=F6mungsquerschnitt dieselbe Geschwindigkeit herrscht.
Dies geht ausschlie=DFlich dann, wenn die Str=F6mung wandreibungsfrei ist und dies kann nur bei mitbewegten W=E4nden denkbar sein. Gleichzeitig mu=DF, da w=E4hrend der Entspannung sich auch die Gastemperatur =E4ndert, sich genauso die Wanndtemperatur lokal mit=E4ndern, damit keine W=E4rme=FCbertragung stattfindet.
Das bedeutet, normalerweise gibt es keine adiabate Zustands=E4nderung.
Nein. !"Entropieänderung = 0" bedeutet *isentrop*. Dazu ist die adiabate Zustandsaenderung eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung.
Vollkommener Unsinn. In einer reibungsfreien Stroemung ist das Geschwindigkeitsprofile gleichgueltig, da der Viskositaetskoeffizient eta definitionsgemaess gleich 0 ist und Geschwindigkeitsgradienten daher keine Schubspannungen erzeugen.
Tau = eta*dv/dy
...oder wenn der Viskositaetskoeffizient eta gleich null ist.
Hier ist eine kleine aber representative Auswahl von Webseiten, die die schlichte Definition des Begriffs "Adibat" wiedergeben: Er besagt, dass bei dem Prozess keine Waerme mit der Umgebung ausgetauscht wird. Sonst nichts.
"Adiabat Ein System ist adiabat, wenn es gegenüber der Umgebung thermisch isoliert ist, das heißt es wird keine Wärme mit der Umgebung ausgetauscht."
In der Thermodynamik versteht man unter einer adiabaten Zustands=E4nderung genau eine solche, wie ich beschrieben habe und ausschlie=DFlich so, wie ich es beschrieben habe, w=E4re sie zu erreichen.
In der Verfahrenstechnik dagegen bezeichnet man unter adiabater Z. bereits den Zustand. z.B. in einer Thermoskanne, wo also "nur" der W=E4rmeaustausch mit der Umgebung verhindert wird.
Es kann nat=FCrlich sein, da=DF man zwischenzeitlich im allgemeinen Pisafreifall auch die Begriffe nicht mehr kennt oder verdreht hat. Auch die Webseiten sind davor nicht gefeit, da einer ab vom andern schreibt.
Wenn ich einen kurzen Blick in Dubbel oder Meyer oder Brockhaus hineinwerfe, steht dort eindeutig f=FCr die von mir beschriebene Gaszustands=E4nderung adiabat (isotrop) und hierf=FCr ist ds=3D0.
Wir kennen 4 grunds=E4tzliche Zustands=E4nderungen bei einem Gas:
isotherm isobar isochor isotrop
Wenn ich einmal die "isos" nehme.
Nun m=FC=DFtest du raten, welche davon adiabat sein soll. Nat=FCrlich isotrop.
Als ich noch Dampfturbinen zu berechnen hatte oder Verbrennungsmotoren, kannte man nat=FCrlich "isotrop", aber man redete ausschlie=DFlich von der adiabaten Zustands=E4nderung.
Die Polytrope als nicht ideale Gaszustands=E4nderung habe ich mal weggelassen. Diese ergibt sich aber eben genau dann, wenn die Adiabate nicht ideal verl=E4uft. Dann ist auch ds >0
Mit einem Gas, wie du es forderst, Viskosit=E4t =3D 0, g=E4be es keine Dampturbinen.
Solch ein Gas hat dann ebenfalls eine W=E4rmeleitf=E4higkeit von 0 und damit ist jegliche W=E4rmemengen=E4nderung ausgeschlossen. Mit solch einem idealen Gas liefe also keine Dampfturbine, weil man dieses Gas nicht ums Verrecken warm bekommt :-)
Bevor du also "vollkommener Unsinn" in die Gegend br=FCllst, schalte erst einmal dein Hirn ein.
Gerthsen, du solltest dir einmal =FCberlegen, da=DF Physiker keine Ingenieure sind und daher von solchen Dingen sowieso keine Ahnung haben :-)
Die kr=FCmmen sich lieber in Raumzeit und =E4hnlichem Schwachsinn.
So, habe jetzt extra noch in meinem nagelneuen Dubbel von 1990 nachgeschaut. Aber nur im Inhaltsverzeichnis unter "Zustands=E4nderung" und da kommt gleich "adiabat".
Nun, wegen deines Einwandes suche ich noch extrea den Zusammenhang, moment:
Die haben dochzwischenzeitlich einen Knall bekommen. Ich zitiere:
"Eine reversible Adiabate verl=E4uft bein konstanter Entropie dS=3D0. Man nennteine solsche Zustands=E4nderung isentrop. Eine reversible Adiabate ist daher gleichzeitig Isentrope. Ene Isentrope braucht aber keine Adiabate zu sein, weil S.adiabat+ S.irreversibel =3D0 nicht auch S.adiabat=3D0 zur Folge hat."
Das ist Unsinn, da S.adiabat niemals # 0 sein kann. Dann w=E4re es n=E4mlich keine Adiabate mehr. Pisa hat also schon 1990 zugeschlagen.
Eine Adiabate ist niemals irreversibel, ideal gedacht. Meinen alten pisafreien Dubbel zitiere ich aber jetzt nicht mehr.
Den Begriff "reversible" Adiabate gab es niemals. Jeder wu=DFte, da=DF eine Adiabate ausschlie=DFlich reversibel ist und die Abweichung hiervon dann eine Polytrope ist.
Schwierig. Denkbar wäre Luftdruck von außen (der Dampf soll ja schon entspannt sein).
S. o. Wobei wir eigentlich nur festgestellt haben, daß das Prinzip für einen brauchbaren Wirkungsgrad halt eine gewisse Mindestleistung haben muß: Hätte die Ringdüse einige mm Spaltweite, wäre das alles eher unproblematisch. Letztlich haben wir keinen zwingenden Grund dafür gefunden, warum die ersten Dampfmaschinen so urtümliche Zylindermonster mit Stangenspaghetti anstatt elegante Turbinenflitzer waren.
(Ich war am WoE im Eisenbahnmuseum in Bruchhausen-Vilsen und hatte bei der Gelegenheit erfahren, daß die Dampfzylinder der Schmalspurlokomotive zwar doppeltwirkend sind, aber in der Auspuffphase (falls das bei den Pufferküssern so heißt) keineswegs durch Kondensation gegen Vakuum gegangen wird, sondern gegen Atmosphärendruck: Der entspannte Dampf wird einfach unkondensiert rausgelassen. Die Kondensation, belehrte man mich, sei bei Lokomotiven nicht üblich, die fände sich nur bei Raddampfern, dort realisiert durch Seewasserinjektion. Überhaupt "aasen" die Loks mit dem Dampf: Wenig Kesseldruck, Speisewasserförderung durch Dampfinjektoren, Blasrohr ... was übrigens der Grund für die Nichtverwendung der Kondensation ist: Der Abdampf wird für den Kesselzug benötigt.)
Eine "reversible Adiabate" ist der Sonderfall einer adiabaten und zugleich reibungsfreien Stroemung. Die ist dann Isentrop. Hast du das in diesem Thread schonmal gehoert?
Dir scheint wohl unbekannt zu sein, da=DF Viskosit=E4t und W=E4rmeleit=E4higkeit sehr eng miteinander gehen. Selbiges gilt f=FCr Reibung und W=E4rme=FCbertragung.
Deine Begr=FCndungen sind schon ph=E4nomenal. Noch Student oder Junging. noch mit Weisheit vollgef=FCttert?
Das gilt für Gleichgewichtsthermodynamik. Ein einfaches Beispiel eines irreversiblen Prozesses ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung ist die Expansion eines idealen Gases ins Vakuum: !
+---------u----------+ |:::::::::! | |:::Gas:::! Vakuum | Jetzt zieht man schnell den Schieber "!" weg. |:::::::::! |
+---------+----------+
Dann ändert sich die Temperatur des Gases nicht, sein Volumen verdoppelt sich und sein Druck halbiert sich. Es wurde keine Arbeit verrichtet und die innere Energie des Gases ist unverändert. Die Entropie des Systems hat sich um deltaS=N k_B ln 2 erhöht.
Deshalb ist das auch kein adiabater Prozess. Er ist zwar w=E4rmedicht, aber entspricht nur einer Drosselung (Enthalpie =3D Konstant), nachdem sich alles beruhigt hat. Die kinetische Energie hat sich letztendlich wieder in Temperatur umgewandelt, aber bei niedrigerem Druck. Kein Mensch w=FCrde hier von adiabater Zustands=E4nderung sprechen, obwohl das System w=E4rmedicht ist. Die adiabate Zustands=E4nderung ist gekennzeichnet dadurch, da=DF dS =3D 0 ist. Dies bedeutet automatisch vollkommene Reversibilit=E4t des Vorganges. Die Bezeichnung "reversible Adiabate" ist daher zwar nicht falsch, aber unn=F6tig verwirrend, weil es eben keine irreversible Adiabate gibt.
Die Adiabate ist "die" ideale Zustnds=E4nderung, welche es eben nicht gibt, und deshalb gro=DFe Verluste bewirkt. Jedenfalls dann, wenn man nicht wei=DF, wie man eine Adiabate sehr nah verwirklichen kann :-)
Aus der Verwendung von Begriffen wie "adiabat" und "isentrop" kannst du schliessen, dass hier ueber idealisierte Vorgaenge gesprochen wird, die es in der realen Welt nicht gibt. Sowohl der Waermetransport als auch die Viskositaet eines Mediums haben ihre Ursache im atomaren Aufbau realer Medien, aber sie sind nicht Folge voneinander.
Aber die Diskussion driftet ab. Wie war noch gerade deine Definition von "adiabat"?
Da du jetzt auf die persoenliche Ebene abdriftest, darf ich schliessen, dass du mit deinem Latein am Ende bist?
Ja, man könnte eine schwache Profilierung in das Gehäuse oder das Turbinenrad bringen, welche ein ganz klein bischen Druck erzeugt und Luft von der Achse her ansaugt und dem Dampf beimischt. Im Idealfall gäbe das keine Verluste, da diese Luft ja auch durch die Turbine wieder durchgeht und genutzt wird. Praktisch sollte es natürlich besser ein verschwindender Luftstrom sein.
Meine Idee ging dahin, den Dampf in einer durchaus kleinen runden Düse zu entspannen, dann hat man nicht diese große Reibung in einer schlitzdüse. Dieser Dampf treibt dann den Dampf der schon im Torus ist mit an so dass der gesamte Torusinhalt schnell rotiert. So werden die Spitzen der Schaufeln zwar unter einem Winkel angeströmt, der zur Tangente nur einen sehr kleinen Winkel hat, macht aber nichts. Die Spitzen der Schaufeln sollten also fast tangential sein. Weiter nach innen hin ändern dann die Schaufeln ihren Winkel zur Tangente. Das so weit, dass unter Berücksichtigung der Radialgeschwindigkeit des Dampfes gegen die Umfangsgeschwindigkeit die Schaufeln den Dampf unter einem solchen Winkel wegströmen lassen, dass der Dampf am besten garkeinen Drehimpuls mehr hat. Also sind am inneren Rand des Schaufelrades die Schaufeln auch schon fast wieder tangential. Die Schaufeln dürften also ungefähr wie Halbkreise aussehen.
Ich bin am Überlegen, ob man sowas nicht in einer guten Heimwerkerwerkstatt herstellen kann: Wenn man einen Walzenfräser schräg ins Material einfräst, dann bekommt man ja eine Kerbe, die etwa Halbmondförmig aussieht und in der Mitte am tiefsten ist und zu den Rändern spitz ausläuft. Wenn man jetzt noch das Schaufelrad nicht flach sondern keglig ausführt, könnte man es so hinbekommen, dass die Kerben die man so fräst, in der Mitte (Dampfauslass) am tiefsten sind und am Rand nur sehr flach. Das würde in die Richtung zielen, dass das Strahlprofil erweitert werden soll, damit der Dampf abgebremst wird. Klar, die Schaufelform ist natürlich nicht optimierbar, aber sowas kann man immerhin ohne Rapid-Prototyping-Keramiksinteranlage herstellen. Auf so ein Schaufelrad muss dann noch ein passender Deckel draufgeschraubt werden, damit die Kanäle geschlossen sind. Dieses Rad läuft dann in einem Gehäuse mit dem Torus außen herum und einer Öffnung in der Achse zum Dampfauslass (und natürlich der Wellendurchführung mit Dichtung/Lager (was noch ein Knackpunkt sein kann).
Stimmt, selbst wenn die Schätzungen bezüglich des Turbinenwirkungsgrades zu optimistisch waren, der eventuell erheblich kleinere und preiswertere Aufbau einer Turbine eröffnet ein ganz anderes und vermutlich größeres Einsatzgebiet.
Ich meine mal bei Wiki gelesen zu haben, dass die Deutschen zu kolonialzeiten auch eine Dampflock mit Kondensator entwickelt haben - für die Gegenden der Welt, wo man nicht so viel Wasser hat. Aber der technische Zusatzaufwand ist doch recht groß und sonst ist es ja nicht so, dass man den Abdampf ungenutzt verpuffen lässt: Du zählst ja auf, wofür man ihn alles weiterverwendet, dafür müsste man andernfalls ja auch Ersatzsysteme schaffen.
Ich frag mich immer, wie die damals eigentlich mit dem Kalk im Wasser fertig geworden sind. Gut, ich weiß dass z.B. Braunschweig eine eigene Wasserpipline aus dem Harz hatte/hat, wo besonders kalkarmes Wasser für die Bahn herangebracht wurde. Heute nutzen die beiden Brauereien immernoch diese Leitung. Aber bei den Mengen wird man ja wohl regelmäßig den Kessel ausgemeißelt haben müssen.Ein Kondensator löst das Problem teilweise (zu 100% wird man die Kondensation nicht hinbekommen, Undichtigkeiten gibt's immer).
Und von außen. Wobei ich mich gerade frage, ob ein rotierender Dampfstrahl nicht überhaupt wegen seiner Geschwindigkeit bereits Luft ansaugt. Bzw. ist "von außen" gar nicht unbedingt erforderlich: Der "Ringkanal" könnte eine radiale Nut in einem äußeren Zylinder sein bzw. läuft ein "Schaufelrad" in einem Zylinder um, der stirnseitig mit Scheiben abgedeckt wird. Auf der Welle sitzen relativ reibungsarme Wellendichtungen (zumindest auf einer Seite - auf der anderen wird man irgendwie noch den Abdampf herausfummeln müssen; obwohl: muß man? Wenn man den dort kondensiert, braucht man bloß das Kondensat aus einem hohlen Wellenende abziehen bzw. außen am Gehäuse eine "Schleuderscheibe" anbringen, in der das Kondensat am Außenrand auf eine hohe Umlaufgeschwindigkeit beschleunigt wird und dann nach dem Austritt dort abgebremst und dadurch auf hohen Druck gebracht, wodurch es gleich als Speisewasser in den Kessel zurück kann).
Zwei Wellendichtringe. Brauchen nicht stramm zu sitzen, die Drucke sind klein.
ACK
Kein Dampfauslaß, sondern ein Kondensatabfluß - evtl. kann man das Schaufelrad oder dessen Hohlwelle geeignet kühlen, um die Verdampfungswärme abzuführen. Eigentlich braucht man nur durch eine Hohlwelle in die Düse etwas kaltes Wasser hineinzusprühen. Sonst kein "Deckel", sondern zwei spiegelsymmetrische Hälften, die zusammengesetzt werden. Oder nicht aus Vollmaterial, sondern Schaufelblätter, die zwischen zwei Scheiben montiert werden. Wenn schon gefräst, wären halbrunde Vertiefungen (Rinnen) wahrscheinlich am strömungsgünstigsten, zusammengesetzt ergäben sich halbkreisförmig gebogene, sich nach innen hin konisch erweiternde Rohre.
Tja, Pech für Watt und die Menschheitsgeschichte (vielleicht wären die üblichen Motoren mit innerer Verbrennung von Mineralölprodukten nie entwickelt worden oder erst sehr viel später).
Der wurde im Kessel chemisch ausgefällt und bildete dort den sogenannten "Kesselschlamm", der periodisch abgelassen werden mußte.
Es mußte in der Tat periodisch "gepickt" werden, trotz der Schlammausfällung. Das legte auch die Mindestabmessungen von Kesseln fest: Die mußten befahrbar sein. (Macht bestimmt großen Spaß, in so einem dreckigen 50-cm-Loch herumzukrabbeln.) Allerdings war das insofern kein großer Zusatzaufwand, weil die Kessel arg verschleißbehaftet waren und ohnehin häufig revidiert und repariert werden mußten - mangelnde Wartung rächte sich empirisch durch (im harmlosen Fall) Undichtheit (das Wasser ging in Feuerbuchse sowie Flamm- und Rauchrohre) oder (im Katastrophenfall) Kesselzerknall.
Kondensationloks verbrauchten nur etwa 10 % der Wassermenge (Verluste weniger durch Undichtheit, aber durch Dampfpfeife und Bläser). Man kann sich bei geringerem Wasserverbrauch aber auch aufwendigere Wasseraufbereitungsanlagen leisten, z. B. eine externe Destillationsanlage, in der die Salze hängenbleiben.
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