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4. Die Rohrleitungen

Zu einer größeren Maschinenanlage gehört ein so ausgedehntes und weitverzweigtes Netz von Rohrleitungen, daß sich die Fabrikation der dazu gehörigen Einzelteile und der Anlage selbst zu einem besonderen Zweige der Maschinenindustrie ausgebildet hat. Der genaue Rohrplan einer Schiffsmaschinenanlage oder eines größeren Elektrizitätswerkes bietet ein so verwickeltes Bild, daß ein eingehendes Studium dazu gehört, die Bedeutung und den Verlauf der einzelnen Leitungen zu verstehen.

a) Die Frischdampfleitungen

Um zu einer gewissen Übersicht dessen, was zu einer Rohrleitungsanlage gehört, zu gelangen, betrachten wir zunächst die Dampfzuleitungen oder Frischdampfleitungen als die wichtigste Gattung unter dem Gesichtspunkt des einfachsten Falles, daß die Maschinenanlage nur aus einem Kessel und einer Dampfmaschine besteht.

1. Kondensation und Spannungsabfall

Bei der Dampfzuleitung vom Kessel zur Maschine sind zwei Quellen des Energieverlustes zu berücksichtigen: die Kondensation und der Spannungsabfall. Der Spannungsabfall entsteht durch Reibung des Dampfes an den Wandungen der Rohre und wächst mit der Dampfgeschwindigkeit. Um ihn gering zu halten, lautet die Forderung: kurze und weite Rohrleitungen.
Die Kondensation wird verursacht durch Wärmeabgabe der Rohrleitung an die unmittelbare Umgebung, teils durch Leitung, teils durch Strahlung. Es liegt in der Natur des gesättigten Dampfes, daß er, wenn seine Temperatur auch nur um einige Grad verringert wird, nicht mehr als Dampf bestehen kann, sondern zum Teil wieder in Wasser übergeht; dabei wird diejenige Wärmemenge frei, welche zur Dampfbildung gebraucht wird, (latente Wärme), und deckt den Wärmeverlust, so daß der übrig bleibende Dampf seine Temperatur behält.
Die Größe des Kondensationsverlustes hängt von der abkühlenden Fläche ab, wächst also mit der Länge und dem Durchmesser der Rohrleitung. Die Rücksicht auf den Spannungsabfall verlangt also weite, die auf die Kondensation enge Rohrleitungen.
Es sind diese widersprechenden Forderungen im einzelnen Falle richtig gegeneinander abzuwägen, so daß die Summe aus dem Spannungsverlust und dem Kondensationsverlust ein Minimum wird. Um eine Vorstellung von der erforderlichen Weite der Rohrleitungen zu gewinnen, sei der Durchmesser einer solchen für eine 200 pferdige Maschine berechnet:
Beispiel:
Legen wir einen stündlichen Dampfverbrauch von 7,5 kg gesättigten Dampfes bei 8 bar Überdruck zugrunde, so müssen durch die Leitungen 1500 kg oder 350 cbm pro Stunde hindurchgehen. Bei der für gesättigten Dampf üblichen Geschwindigkeit von 30 m / s ist ein Querschnitt von 33,9 cm2 oder eine lichte Rohrweite von 6,5 cm erforderlich.
Die Abhilfe gegen Kondensationsverluste besteht zunächst in einer sorgfältigen Umhüllung der ganzen Rohrleitung mit wärmeisolierenden Stoffen, wobei sich Korkabfälle, Kiesel und Seidenabfälle am besten bewährt haben. Wesentlich ist, daß auch die Flanschverbindungen der einzelnen Rohrstücke umhüllt werden.
Das zweite Mittel ist die schon besprochene Überhitzung des Dampfes. Erfahrungsgemäß beträgt der Temperatur-abfall bei überhitztem Dampf 0,6 bis 1°C. auf 1 m Länge der Rohrleitung.

Weil trotz aller Vorkehrungen gegen die Kondensationsverluste doch immer die Gefahr bestehen bleibt, daß Wasser in die Maschine eindringen kann, so ist erstens die Maschine mit Hähnen am Zylinder und am Schieberkasten zu versehen, die jedesmal beim Anlassen der Maschine zu öffnen sind, denn beim Eintritt des Dampfes in die kalte Maschine bildet sich Kondenswasser. Ferner wird in der Rohrleitung dicht vor der Maschine ein Wasserabscheider angebracht, um das aus dem Kessel mitgerissene oder in der Leitung gebildete Wasser fortzuschaffen. Derartige Apparate gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen; die Wirkung von ihnen beruht darauf, daß der Dampf durch ein Gefäß von größerem Querschnitt hindurchgeleitet wird. In diesem vermindert sich seine Geschwindigkeit, und die Wassertröpfchen können zu Boden fallen. Um die Wasserabscheider selbsttätig zu entleeren, dienen Kondenswasserableiter, in denen die Längenänderungen von Metallstäben oder Röhren oder die Wirkung von Schwimmern dazu benutzt wird, ein Ventil so zu betätigen, daß nur Wasser, aber kein Dampf herausgelassen wird (Abb.37).

Der Werkstoff für die Rohre ist Gußeisen und Schmiedeeisen; letzteres findet seiner größeren Zuverlässigkeit wegen bei den neuerdings immer größer werdenden Dampfspannungen und bei großen Rohrweiten Anwendung. Die einzelnen Rohrstücke werden durch Verschraubung der an ihren Enden befindlichen Flanschen miteinander verbunden; damit an diesen Stellen kein Dampf entweichen kann, wird eine Dichtung eingefügt, bestehend aus Asbest oder Kupferringen, die beim Anziehen der Schrauben die Unebenheiten der Flächen ausfüllt (Abb.38).

2. Kompensations - Vorrichtungen

Ein Umstand, der bei der Anlage von Rohrleitungen besondere Beachtung verdient, ist die Ausdehnung durch Wärme. Beispielsweise dehnt sich eine 20 m lange Dampfleitung, wenn sie die Temperatur des Dampfes von 8 bar annimmt, um 35 mm aus. Dadurch werden, da irgendein Teil ausweichen muß, Spannungen im Material der Leitung hervorgerufen, die zum Bruch führen können.

Zu vermeiden ist diese Ausdehnung nicht, deshalb muß man sie unschädlich machen. Die Anschlüsse am Kessel und an der Maschine sind feste Punkte, die durch die Ausdehnung nicht verschoben werden dürfen; führt man nun die Leitung zwischen diesen beiden Punkten so, daß die einzelnen Abschnitte rechte Winkel zueinander bilden, so genügt unter Umständen die natürliche Elastizität der Rohre, die Längenänderung aufzunehmen. Verläuft aber die Leitung auf eine längere Strecke in gerader Richtung, so sind Kompensationsvorrichtungen zur Aufnahme der Ausdehnung einzuschalten. Als die besten Konstruktionen für diesen Zweck haben sich die entlasteten Rohrstopf-büchsen (Abb. 39 und 40) und die Federrohre (Abb.41) erwiesen.

Federrohre haben den Vorzug, keiner Bedienung zu bedürfen. Sie können bei niedriger Temperatur des Dampfes aus Kupfer hergestellt sein. Da aber die Festigkeit des Kupfers bei Erwärmung über 200° erheblich abnimmt, so werden für überhitzten Dampf die Federrohre aus Stahl hergestellt.
Bei der Anordnung der Rohre in bezug auf die senkrechte Ebene ist darauf zu achten, daß Stellen, an denen sich Wasser sammeln kann (Wassersäcke), vermieden werden. Ist eine solche Stelle nicht zu umgehen, so muß von ihr eine Entwässerungsleitung abgezweigt werden.



3. Die Ventile

In jeder Rohrleitung muß der Flüssigkeitsstrom unter-brochen werden können; dazu dienen bei Wasserleitungen Schieber, bei Dampfleitungen Ventile (Abb.42).
Das sind eigentlich nur Deckel, die durch eine Schraubenspindel auf eine Öffnung von kreisförmigem Querschnitt aufgesetzt und von ihr abgehoben werden können. Da sie im Innern unter demselben Druck wie die Rohrleitungen stehen, so ist auch ihre Festigkeit zu berücksichtigen. Als Werkstoff wird daher für hohe Spannungen und große Durchgangsquerschnitte Stahlguß genommen, für den angenommenen einfachen Fall sind zwei Ventile erforderlich, eins am Kessel und eins an der Maschine. Bei großen Anlagen wächst die Gesamtzahl der Ventile auf mehrere Hundert an.

Die Handhabung der Ventile muß bequem und sicher sein; sehr schwere Ventile erhalten eine Zahnräderübertragung, um die Spindel leichter drehen zu können. Um sich gegen die Folgen eines Bruches der Rohrleitung möglichst zu sichern, werden neuerdings Rohrbruchventile gebaut, die so eingerichtet sind, daß sie bei einer Druckverminderung hinter ihnen in der Richtung des strömenden Dampfes selbsttätig absperren.

4. Leitungen für mehrere Maschinen und Kessel

Besteht eine Maschinenanlage aus mehreren Maschinen und Kesseln, wie es bei größeren Anlagen im Interesse der Sicherheit gegen Betriebsstörungen wünschenswert ist, so ist an die Rohrleitung als erste Forderung zu stellen, daß jede Maschine von jedem Kessel aus gespeist werden kann. Dieser Forderung wird durch zwei Ausführungsarten genügt, deren Grundzüge an zwei Skizzen erläutert werden sollen.
In Abb. 43 besteht die Kesselanlage aus sechs Kesseln, von denen jeder seinen Dampf dem über alle Kessel sich erstreckenden Sammelrohr zuführt; von diesem zweigen wieder drei Rohre zu den Maschinen ab. Durch eine Anzahl von Ventilen ist dafür gesorgt, daß jeder Kessel und jede Maschine im Falle der Revisionsbedürftigkeit von der Leitung abgesperrt werden kann, ohne daß der Betrieb der übrigen in Mitleidenschaft gezogen wird. Das Sammelrohr erhält einen größeren Durchmesser als die anderen Rohre.

Bei dieser Anordnung wird angenommen, daß an dem Sammelrohr selber keine Reparatur vorkommt. Will man sich auch gegen diese Zufälligkeit sichern, so kann man statt des einen Sammelrohres zwei parallele Rohrstränge anordnen, zu deren einem die Leitungen von den Kesseln hinführen und von deren anderem diese zu den Maschinen abzweigen. Beide Rohrstränge sind an den Enden miteinander verbunden und bilden eine Ringleitung (Abb.44).
In normalem Zustande strömt der Dampf von beiden Seiten dem die Maschine versorgenden Strang zu. Wird die Ringleitung aber an irgendeiner Stelle schadhaft, so wird diese durch die Ventile von der übrigen Leitung abgesperrt; der Dampf kann aber trotzdem zu jeder Maschine fließen. In den meisten Fällen bietet aber bei sorgfältiger Herstellung des Sammelrohres die erstgenannte Anordnung jede wünschenswerte Sicherheit.

b) Die Abdampfleitungen

Die Fortleitung des verbrauchten Dampfes aus der Maschine verlangt eine verschiedenartige Ausführung der Rohrleitung, je nachdem es sich um eine Auspuffmaschine oder eine Kondensationsmaschine handelt. In beiden Fällen ist aber zu bedenken, daß der verbrauchte Dampf geringere Spannung und infolgedessen größeres Volumen als der Frischdampf hat und daher die Leitungen größeren Querschnitt erhalten.
Die Auspuffleitung wird auf dem kürzesten Wege ins Freie geführt und mündet über dem Dach des Maschinenhauses. Sie wird dort unter Umständen mit Wasserfall und
Schalltrichter versehen, damit die Feuchtigkeit und der Lärm des stoßweise in die freie Luft tretenden Dampfes die Nachbarschaft nicht belästigt.
In manchen Betrieben findet eine Ausnutzung des Abdampfes statt, indem er durch das Röhrensystem einer Dampfheizung geleitet wird, bevor er ins FGreie tritt. Dadurch wird natürlich der Gegendruck bedeutend gesteigert, aber dabei gewinnt man anderseits, da der Dampf größtenteils in der Heizleitung kondensiert, diejenige Wärmemenge, die zur Dampfbildung erforderlich war, die innere latente Wärme, die sonst mit dem Dampf ins Freie geht. Dieser Gewinn kann so beträchtlich sein, daß eine solche Anordnung unter Umständen vorteilhafter sein kann als die einer Kondensationsmaschine, besonders bei solchen Betrieben, die eine Dampfheizung das ganze Jahr hindurch brauchen.
Die Abdampfleitung zum Kondensator steht unter äußerem Druck, im Gegensatz zu den übrigen Leitungen, deshalb ist eine sorgfältige Herstellung der Flanschenverschraubungen gerade bei dieser Leitung wichtig, da undichte Stellen sich nicht durch den herauszischenden Dampf bemerkbar machen, sondern durch Verschlechterung der Luftleere schon eine Weile Schaden angerichtet haben können, ehe man sie auffindet. Daher macht man in der Regel diese Leitungen ziemlich kurz, damit die Zahl der Verschraubungen und damit der Fehlerquellen möglichst gering wird.
Um eine Beschädigung des Kondensators oder bei plötzlich auftretendem Mangel an Kühlwasser den Betrieb dennoch aufrecht zu erhalten, wird häufig auch bei Kondensationsmaschinen eine Auspuffleitung angebracht. Durch ein an der Abzweigstelle befindliches Wechselventil kann der Abdampf dann nach Bedarf in den Kondensator oder ins Freie geführt werden.
Da das Anlassen der Kondensationsmaschinen größere Vorsicht als das der Auspuffmaschinen erfordert, so wird mitunter bei Maschinen mit sehr unregelmäßiger Arbeitsweise, z.B. Walzenzugmaschinen, für mehrere Maschinen eine Zentralkondensationsanlage gebaut, so daß in jedem Augenblick für jede Maschine die genügende Luftleere vorhanden ist.


c) Verschiedene Leitungen

Die übrigen zur Anlage gehörenden Leitungen seien nunmehr kurz unter Angabe ihres Zweckes aufgeführt.
Die Kühlwasserleitung führt dem Kondensator das zum Niederschlagen des Dampfes nötige Wasser zu.

Die Speisewasserleitungen führen als Saugleitungen entweder vom Brunnen oder von einem Wasserbehälter zur Pumpe und von da als Druckleitungen zum Kessel.

Die Schlammleitungen werden an die tiefste Stelle des Kessels angeschlossen, um in gewissen Zeiträumen den Kessel entleeren zu können und den schlammartigen Bodensatz zu entfernen.

Kondenswasserleitungen
Wie bereits erörtert, muß das infolge der Abkühlung aus dem Dampfe niedergeschlagene Wasser fortgeleitet werden. Da dieses Wasser heiß und als Destillationsprodukt vollständig rein ist, so wird es zweckmäßig zum Kesselspeisen verwendet. Das von den einzelnen Kondenswasserableitern kommende Wasser wird in einer Sammelleitung vereinigt und in den Speisewasserbehälter geleitet.

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