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Moin!
/Eigentlich/ müßte ein "richtiger" Druckbehälter mit Druckbehälterprüfung her...
Das ist aber zu aufwendig. Idee: Es soll ein großer "Kochtopf" von ungefähr 10 l Inhalt verwendet werden. Der soll festigkeitsmäßig auf
10 bar Überdruck ausgelegt werden, aber nur bis max. 5 bar beansprucht, d. h. er bekommt ein Überdruckventil, das bei 5 bar anspricht, ferner eine Instrumentierung aus Thermometer und Manometer (wie genau, weiß ich noch nicht). Im worst case ist der also mit 10 l siedendem Wasser bei 5 bar Überdruck (ca. 160° C) gefüllt.Wenn der platzen sollte, möchte man natürlich eigentlich nicht daneben stehen. Was wären sinnvolle Schutzmaßnahmen, um die Schäden bei einem Kesselzerknall zu begrenzen?
Ich dachte an eine Art "russische Puppe": Außen um den Topf kommt noch ein zweiter, ein Stah- (oder Kupfer-?)lmantel mit einem gewissen Abstand. Wenn der innere platzt, dann fängt die Hülle die Splitter ab. Das muß natürlich eine Art Labyrinthsystem sein, damit der Dampf auch austreten kann, das Ganze so angeordnet, das er möglichst in geordneten Bahnen abzieht und nicht die nächstgelegene Wand umlegt oder als "Rakete" abhaut... ("Geordnete Bahnen" könnte auch ein Kaltwasserbehälter sein, der den austretenden Heißdampf weitgehend wegkondensiert - weiß jetzt nur nicht, wie man die beiden Phasen wirkungsvoll so intensiv vermischt kriegt, daß das auch funz't.)
Ist das ein "Laß es bleiben"-Gedanke, oder gar einfacher realisierbar (Idee: dünnwandiger Außentopf mit druckloser Kaltwasserfüllung, darin eine dicke Wärmeisolierschicht, und innen der Druckbehälter mit einem "Fangnetz" aus Drahtgewebe, oder einer Kevlar-Hülle, oder sowas)?
Gegen Bedienungsfehler (z. B. Aufschrauben im beanspruchten Zustand) muß man sich natürlich separat etwas überlegen.
Raketenwissenschaften sind das eigentlich nicht: Wenn der Umfang des Behälters ca. 55 cm beträgt, dann sind das bei 10 bar 0,3 kN/mm - das kriegt man schon mit 1 mm Wandstärke Billigstahl in den Griff, mit etwas massiveren Wandstärken ist man also auf der sicheren Seite. Der wahrscheinliche Unfallablauf ist wohl auch eher kein Zersplittern, sondern ein Aufreißen, worauf der Behälter seinen Inhalt durch den Riß ausspuckt - wieviel? Dürfte so ca. 0,1 m^3 Dampf bei Normaldruck ergeben (natürlich nicht, wenn der Dampf vom Kaltwassermantel absorbiert wird). Vielleicht sollte man es dreischalig bauen: Außen den Berstschutz, also die Außenhülle. Dann einen breiten Luftspalt, und darin einen sehr dünnwandigen Plastik- oder Metallbehälter (oder einen Gummisack), der das kalte Kondensationswasser enthält, darin dann die Wärmeisolierung, und innen der Druckbehälter. Bei einem Zerknall gibt die Kaltwasserbehälterwand nach, und die umgebende Luft nimmt den Druckstoß auf, so daß die Außenhülle nur wenig beansprucht wird. Die Energie des Dampfes wird anschließend thermisch absorbiert, so daß die ganze Anordnung nicht einmal durch die Gegend hüpft.
Oder doch einen geprüften Druckbehälter nehmen?
Eigentlich muß der Behälter auch gar nicht mit Wasser gefüllt sein, sondern im Betrieb nur mit Dampf - der kann da allerdings kondensieren, so daß Dampf nachgeliefert werden muß. An sich müßte man also einen Druckwasserkessel unterhalb des Versuchsbehälters haben, der über ein Dampfventil Dampf in diesen einleitet - das Kondensat könnte dann durch Schwerkraft wieder in den Kessel zurücklaufen. Der Versuchsbehälter könnte durch Absperren des Dampfventils und Öffnen eines Ablaßventils dann auch relativ einfach wieder drucklos gemacht, geöffnet und die Versuchsgeräte darin ersetzt werden, ohne daß man den Kesselvorrat erst abkühlen müßte. (Der Dampf ist dazu da, den Apparat darin mit Druck und Temperatur zu beaufschlagen.) Eigentlich müßte ich auch mit so ca. 1/2 Liter Kesselvolumen auskommen, könnte den massiv "einmauern" und vom Kessel aus eine Dampfleitung mit geringem Querschnitt zu dem 10-l-Behälter führen.
Gibt es sowas nicht in fertig?
Gruß aus Bremen Ralf