Dampfkessel der DKM

[ede144]

Hallo Sebastian,
das eindringende Seewasser hätte durch ,,Abkühlung" wohl eher entgegengewirkt.
Es waren  wohl die Folgen der direkten Feindeinwirkung oder die sekundären Zerstörungen während des Sinkvorgangs.
Tauchberichten zu Folge, waren bei einigen Wracks die Kessel vermutlich durch die Kraft des eindringenden Wassers zwar aus ihren Fundamenten gerissen, aber sie waren im Großen und Ganzen vergleichsweise gut erhalten, während die Umgebung völlig zerstört war.

Oder aber zu Spannungsrissen geführt. Die Temperaturunterschiede wären ja schon sehr heftig.

[Turbo-Georg]

Grundsätzlich kann man davon ausgehen, dass eine ausreichend große Beschädigung des Kessels erforderlich ist, um durch den Druck des Dampfes einen schlagartigen Ausstoß einer großen Menge Wassers hoher Temperatur zu bewirken und somit eine explosionsartige Reaktion auszulösen.
Dabei ist sowohl die Menge an Wasser, also das entstehende Dampfvolumen, als auch die Expansionsgeschwindigkeit Ausschlag gebend. Die Expansionsgeschwindigkeit wird wiederum durch das Temperaturgefälle bestimmt.
Wir wissen aus den Beiträgen zur Dampfturbine, dass bei der Entspannung des Dampfes, ähnlich dem Vorgang in einer Düse, ruhende Energie in Bewegungsenergie umgewandelt wird. Wir wissen auch, dass die letztlich erreichbare Höhe der Expansionsgeschwindigkeit vom Wärmegefälle abhängt, das dabei abzubauen ist.
Rein theoretisch könnten solche Expansiosgeschwindigkeiten eine Höhe erreichen, die mit denen hochbrisanter Sprengstoffe vergleichbar ist. Man könnte demnach statt von Explosion unter besonderen Umständen auch von Detonation sprechen. Während im Gegensatz zur schlagartigen Freisetzung, bei einem schleichenden Vorgang die Reaktion eher mit Verpuffung vergleichbar wäre.

Mit eurem Einverständnis würde ich gerne zum Kernthema zurück kehren und meinen Beitrag fortsetzen. Ich bin sicher, dass sich dabei eine Vielzahl offener Fragen von selbst beantworten.

 

[Baunummer 509]

Hallo Georg,

ja, sehr einverstanden. Trotzdem vielen Dank für die Beantwortung meiner Frage 
Ich gehe nun davon aus dass für eine Kesselexplosion in der Regel eine mechanische Beschädigung des Kessels während des Sinkvorgangs notwendig war.

[Peter K.]

Link zum Thema "Dampfkesselexplosionen in Deutschland 1923"

[Turbo-Georg]

Entwicklung der Kessel-Bauformen
Die Aufteilung des Wasserraumes auf zwei oder mehr Kessel erbrachte bereits eine Vergrößerung der nutzbaren Kesseloberfläche. Gleichzeitig wurden die heißen Rauchgase auf ihrem Weg zum Fuchskanal des Schornsteins durch gemauerte Züge auf- und nieder geführt, wodurch sie eine möglicht große Oberfläche der Kessel und deren Stutzen berührten.
Diese Vergrößerung der nutzbaren Oberfläche erbrachte nicht nur eine bessere Ausnutzung des Brennstoffes, sondern auch eine deutliche Steigerung der Verdampfungsleistung.
Die Weiterentwicklungen zum Batterie-Kessel mit bis zu fünfzehn Walzen in drei Etagen waren in der Endkonsequenz Versuche diese Effizienz weiter zu erhöhen, aber hier waren den Bauformen mit außen liegender Feuerung Grenzen gesetzt.
Eine weitere wesentliche Verbesserung erbrachte erst die Einführung des Flammrohr-Kessels mit seiner innen liegenden Feuerung.
Als liegender Walzenkessel wurde er von einem Kesselboden zum anderen von einem Rohr  von etwa 800 bis 1000 mm Durchmesser durchzogen, in dem sich ein Planrost befand. Die gewölbten Kesselböden besaßen hierzu Einhalsungen zur Aufnahme dieses Flammrohres. Es bestand anfangs aus einem glatten, an seinen Schussverbindungen mit Versteifungsringen versehenem Rohr. Später wurden die Flammrohre nahezu ausschließlich als Wellrohre ausgeführt.
Die Feuerung war nunmehr gänzlich vom Wasserraum umgeben; das erbrachte eine weitere Verbesserung der Wärmeausnutzung. Zur Vergrößerung der Heizfläche wurden Flammrohrkessel auch mit zwei oder drei Feuerungen gebaut. Dennoch war die Rostfläche beschränkt und die spezifische Dampfleistung vergleichsweise gering. Ihr Raumbedarf war groß, die Konvektion (Wasserumlauf) träge und die Anheizdauer entsprechend lang. Ihr Vorteil war, wie bei allen Großwasserraumkesseln, die Unempfindlichkeit gegenüber großen Belastungsschwankungen.

Im Weiteren wurden die Flammrohre zur Vergrößerung der Heizfläche mit Rohrsystemen kombiniert. Zum einen mit Rauchrohrbündeln, aber zum Teil auch bereits mit Wasserrohren.
Typische Vertreter der Flammrohr-Kessels mit vorgehenden Rauchrohren waren die stationären oder beweglichen Lokomobil-Kessel der Fa. Lanz. Hier war ein wesentlicher Teil des ansonsten über die ganze Kessellänge reichenden Flammrohres durch ein liegendes Rauchrohrbündel ersetzt.
Eine Sonderbauart stellten Flammrohr-Wasserrohr-Kessel dar. Hier war der hintere Teil des verjüngten Flammrohres mit einer größeren Anzahl senkrechter Wasserrohre durchzogen.
Die intensive Verdampfung in den Wasserrohren erbrachte eine hohe Heizflächenbelastung und einen guten Wasserumlauf.
Statt der runden Well-Flammrohre kamen auch viereckige Feuerbüchsen zum Einsatz (Lokomotiv-Kessel).
Bei einer begrenzten Grundfläche wurden Feuerbüchs-Kessel kleiner Leistung auch stehend ausgeführt. Sie besaßen meistens oberhalb der Feuerbüchse senkrechte Rauchrohre. Sie hatten Heizflächen bis etwa 25 m² und kamen u.a. auf Dampfkranen, Schwimmbaggern, Barkassen oder auf Schiffen als Hilfskessel für Dampfwinden usw. zum Einsatz. Man fand sie aber auch mit quer in die verlängerte Feuerbüchse eingeschweißten ,,Siedern", also Wasserrohren.

Alle diese kombinierten Bauformen hatten bereits eine recht hohe Verdampfungsleistung im Verhältnis zu ihrem Inhalt an Kesselwasser und somit auch zu ihrem Gewicht.

[Turbo-Georg]

Schiffsdampfkessel
Das Kesselgewicht im Verhältnis zur stündlichen Verdampfungsleistung, auch als Leistungsgewicht bezeichnet, oder anders gesagt das Masse-Leistungsverhältnis, war einer der wesentlichen Faktoren bei der Beurteilung eines Kesseltyps bezüglich seiner Eignung als Schiffskessel.
Für den Einsatz auf Schiffen hatten Dampfkessel aber eine Vielzahl von Voraussetzungen zu erfüllen, die sich zum Teil erheblich von denen landgestützter Kessel unterschieden.

Bereits vor dem ersten Weltkrieg waren Kohle beheizte Flammrohrkessel mit rückkehrenden Rauchrohren, häufig auch als ,,Schottischer Kessel" bezeichnet, bei der Handelsmarine weit verbreitet. Diese Form des Walzen- bzw. Zylinderkessels hatte im Verhältnis zum Durchmesser eine kurze Baulänge und beanspruchte eine vergleichsweise geringe Grundfläche.
Als Großwasserraumkessel mit bis zu vier Flammrohren gehörte er zu den ältesten Schiffskesseln und war wegen seiner einfachen Handhabung und entsprechender Betriebssicherheit zum Teil noch in den 60er Jahren des vergangenen Jahrhunderts in Gebrauch.
Nachteilig waren der geringe Wasserumlauf und die lange Anheizzeit. Er forderte sauberes Speisewasser und war schwierig zu reinigen.
Bild 1 zeigt einen solchen, auch als ,,Einender" bezeichneten Schiffskessel mit zwei Feuerungen. Längere Kessel wurden von beiden Seiten beheizt und wurden dementsprechend ,,Doppelender"  genannt.
Die Zeichnung zeigt zwar die wesentlichsten Konstruktions-Merkmale dieses Schiffskessels, aber der Ausschnitt aus einer Original-Blaupause von 1909 gibt trotz aufwändiger Nachbearbeitung nicht mehr her.

Den ständig steigenden Forderungen nach höherer Kesselleistung, sowohl beim Einsatz an Land als auch im Schiffbau konnten Großwasserraumkessel mit Rauchrohren auf die Dauer nicht mehr gerecht werden und führte mehr und mehr zu Einführung der Wasserohrkessel.
Wir erinnern uns an die bereits erwähnte intensive Verdampfung in Wasserohren und der damit verbundenen höheren Heizflächenbelastung.
Bei kleiner Grundfläche erbrachten Wasserrohrkessel gegenüber den kombinierten Kesseln eine deutliche größere nutzbare Heizfläche. Die hohe Verdampfungsleistung und der bessere Wasserumlauf erbrachte eine schnelle Betriebsbereitschaft.
Diese so genannten Kleinwasserraumkessel hatten im Verhältnis zur Heizfläche einen kleinen Wasserraum, das machte sie empfindlicher gegenüber  Belastungsschwankungen.
Trotz der gemeinsamen, aus England stammenden Urform der Wasserrohrkessel ging nunmehr auf Grund verschiedener Anforderungen die Kesselentwicklung an Land und im Schiffbau mehr und mehr unterschiedliche Wege.
Bild 2 zeigt die prinzipielle Bauweise der frühen Wasserrohrkessel.

Sie bestanden aus einem bis zur Hälfte mit Wasser gefüllten, zylindrischen Oberkessel, später Obertrommel genannt. Ein rechteckiger Stutzen verband den Oberkessel mit der vorderen Wasserkammer und ein zylindrischer mit der hinteren. Die rechteckigen Wasserkammern waren durch die schräg liegenden Wasserohre verbunden. Die schräge Lage bewirkt den erhöhten Wasserumlauf. Das Wasser fällt durch den hinteren Stutzen und steigt durch die Rohre über den vorderen Stutzen auf.
Diese Kessel hatten Unterfeuerungen mit Plan-, Schräg- oder Treppenrosten. Die Heizgase wurden durch eingelegte Platten in Windungen mehrfach durch die Rohre bzw. zur Unterseite des Oberkessels geführt.

[Turbo-Georg]

Im Laufe der Entwicklung nahm der Wasserinhalt von Wasserrohrkesseln im Verhältnis zu ihrer stündlichen Verdampfungsleistung ständig ab. Bekanntlich sind aber Kessel mit kleinen Wasserräumen empfindlich gegenüber Belastungsschwankungen. Das stand erst einmal im Widerspruch zu den praktischen Anforderungen an Marine-Dampfkessel.
Die notwendige Elastizität musste demnach von einer großen Wasserspeicherung auf eine schnell an die veränderten Bedingungen anpassbare Feuerung übertragen werden.
Die geraden oder gekrümmten Wasserrohre wurden immer steiler angeordnet (Steilrohrkessel). Solche Dampfkessel bestanden letztlich nur noch aus einer Anzahl Ober- bzw. Untertrommeln und Rohren. Bei niedrigem Platzbedarf ermöglichten diese Bauformen große Feuerräume und große Strahlungsheizflächen
In den langen Steilrohren kam es nicht nur durch die Beheizung zur Dampferzeugung, sondern bedingt durch den nach oben abnehmenden, hydrostatischen Druck auch zur so genannte ,,Selbstverdampfung".
Das schnelle Aufsteigen der Dampfblasen in den ,,Steigrohren" und das Fallen des Wassers durch sein höheres spezifisches Gewicht über ausreichend große, außerhalb des Heizbereichs liegende ,,Fallrohre", erbrachte einen schnellen Wasserumlauf und es konnten höchste Heizflächenbelastungen erzielt werden.
Bild 3 zeigt die prinzipielle Darstellung eines solchen Steilrohrkessels mit gekrümmten Rohren. Diese frühe Form des ,,Schulz-Kessels" hatte Kohlefeuerungen und war in den ersten Jahren des vorigen Jahrhunderts der gebräuchlichste Kessel der kaiserlichen Marine.
Er hatte eine Obertrommel und drei Untertrommeln. Die Untertrommeln waren durch weite, außen liegende Rohre untereinander und mit der Obertrommel verbunden. Die Pfeile zeigen die Führung der Rauchgase, sie erfolgte durch eingebaute Scheidewände oder Züge, die durch dichte Rohrreihen gebildet wurden.

[Turbo-Georg]

Wir haben uns nunmehr zumindest einen groben Einblick in die Entwicklung der Dampfkessel verschaffen können. Unser Hauptaugenmerk galt dabei Bauformen, die durch ihre charakteristischen Merkmale zum Einsatz auf Schiffen geeignet sind.

Neben den allgemeinen Baupolizeilichen Vorschriften für Schiffsdampfkessel mussten die Dampfkessel auf Kriegsschiffen zusätzlich erhöhten Anforderungen Genüge leisten; und zwar hinsichtlich des Gewichts und des Raumbedarfs, einer hohen Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit sowie der Fähigkeit zur Anpassung an schnelle Lastwechsel.

Es bedarf vermutlich keiner Frage, dass bei der Kesselanlage jede Einsparung an Gewicht und Raum dem eigentlichen Zweck eines Schiffes entgegen kommt. In der zivilen Schifffahrt kämen solche Einsparungen einem größerem Fahrbereich oder der Zuladung an Fracht bzw. Passagieren zugute. Bei Kriegsschiffen erhöht sich hierdurch der militärische Wert in mehrfacher Hinsicht.
Wird in einer Kesselanlage bei vergleichbarem Gewicht und Abmessungen pro Stunde eine größere Menge Dampf erzeugt, so könnte sie einem Kriegschiff eine höhere Geschwindigkeit verleihen; ggf. ermöglichen aber die Einsparung an Gewicht und Raum auch einen größeren Operationsbereich durch Zuladung einer größeren Brennstoffmenge, eine höhere Kampfkraft durch stärkere und schwerere Waffen oder eine bessere Standfestigkeit durch stärkere Panzerung.
Ähnlich positive Auswirkungen hätte darüber hinaus auch eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, weil durch bessere Ausnutzung der Wärmeenergie in den Kesseln für  jede Tonne erzeugtem Dampf weniger Brennstoff verbraucht wird.
Besonders hohe Anforderungen an die Betriebssicherheit sollten dabei gewährleisten, dass der Dampf für die Maschinen nicht nur in ausreichender Menge und Güte, sondern ohne Gefährdung von Schiff und Mannschaft, auch unter Gefechtsbedingungen jederzeit verfügbar ist.
Der Elastizität der Kessel von Kriegsschiffen, also ihrer Fähigkeit zur Anpassung an unterschiedliche Belastungen beim schellen Wechsel der Fahrstufen, besonders beim Manövrieren im Gefecht, kommt eine besondere Bedeutung zu.
Die typisch hohe Elastizität der Großwasserraumkessel ging mit den Forderungen nach immer höherer Leistung und dem damit verbundenen Übergang zu den Hochleistungs-Kleinwasserraumkesseln mehr und mehr verloren.
Eine Anpassung an die Belastungen durch Regelung der zugeführten Wärmeenergie war bei Kesseln mit Kohlefeuerung nur sehr eingeschränkt möglich. Auch die Verteilung der Dampferzeugung auf eine größere Anzahl an Kesseln mit der Möglichkeit der Zu- bzw. Abschaltung gestattete lediglich eine Anpassung über längere Zeiträume und war u.U. für die zivile Schifffahrt geeignet.
Den Anforderungen bei Kriegsschiffen, insbesondere mit Turbinenantrieb konnte nur der Übergang zur Ölfeuerung gerecht werden. Erst sie erbrachte die notwendige ,,Elastizität" und optimale Anpassung an den Leistungsbedarf der Maschinen durch schnelles Abschalten von einzelnen Brennern, Brennergruppen oder ganzen Kesseln. 

[Turbo-Georg]

Sinnigerweise war es nicht die Kaiserliche Marine, die in Deutschland als erste die Ölfeuerungen auf ihren Schiffen einführte, sondern die auf Wirtschaftlichkeit und Gewinn bedachte Handelsmarine.
So teilte die Hamburg-Amerika-Linie in ihrem Geschäftsbericht von 1901 mit, dass sie bei vier ihrer großen Frachtdampfer umfangreiche Versuche unter Verwendung von Ölfeuerung anstellte und dabei gute Resultate erzielte, mit der Maßgabe, nach ,,Ermäßigung der Ölpreise" (!) diese ,,erheblichen Vorteil versprechende Neuerung im größeren Maßstab dauernd einzuführen".

Diese frühen Versuche wurden an den mehrheitlich in der Handelsschifffahrt verwendeten ,,Schottischen Kesseln", also Flammrohrkessel ähnlich Bild 1 durchgeführt.
Hierbei wurden   die Roste entfernt, um durch die Nutzung des vollen Flammrohr-Querschnitts zusätzliche Heizfläche zu gewinnen.
Die Schamottsteine einer kurzen Ausmauerung der Flammrohre wurden durch die intensive Hitzeeinwirkung der Flamme zum Glühen gebracht und erlaubten durch Selbstentzündung des Öls eine schnelle, wieder Inbetriebsetzung nach kurzzeitigem Abschalten des Brenners.
Später wurde diese Funktion von einer Zündflamme übernommen und gestattete auch längere Abschaltungen.

Bei zwei dieser Dampfer, nämlich ,,C. Ferd. Laeisz" und ,,Segovia" mit etwa 700 m² Heizfläche bei 12 Feuerungen und natürlichem Zug, betrug der Ölverbrauch in 24 Stunden ca. 32 Tonnen statt 45 Tonnen bester deutscher Steinkohle. Bei den Dampfern ,,Sithonia" und ,,Silva" mit 650 m² Heizfläche und 9 Feuerungen mit Luftvorwärmung sogar nur 27 Tonnen Öl statt 42 Tonnen Steinkohle, ebenfalls bezogen auf 24 Stunden.

Die ersten, bei der Kaiserl. deutschen Marine eingesetzten Ölfeuerungen waren so genannte   ,,Zusatzfeuer" und dienten der ,,Forcierung" der Kesselleistung der Kohle beheizten Kessel der neueren Linienschiffe und Panzerkreuzer, bevor ihre ,,Schulzkessel" vollständig auf Ölfeuerung umgestellt wurden.

[RonnyM]

 - ich sach ja, wenn wir nicht unsern Georg hätten...

Grüße Ronny

[Shanghai]

Grosse Klasse Georg! 

Ueber Dampfturbinen hatte ich im Studium was gehoert, aber nie ueber Kesselanlagen.

Mal zum Vergleich: Ein neues Bulker Design mit 38.800 dwt soll bei 14Kn ca 17,7 t verbrauchen, bei 10kn 6,4 t (leider habe ich keine  genaue kW-Angabe, ueberschlagsmaessig ca 4.500 kW bei Vollast)
Hast du naehere Angaben ueber die HAPAG Schiffe?

Gruesse aus Shanghai 

[Langensiepen]

Sinnigerweise war es nicht die Kaiserliche Marine, die in Deutschland als erste die Ölfeuerungen auf ihren Schiffen einführte, sondern die auf Wirtschaftlichkeit und Gewinn bedachte Handelsmarine.

..diese Aussage soll wohl glauben machen, das die ,,Nichtverwendung von Öl für die Kesselbefeuerung in der Kaisl. Marine hauptsächlich auf  deren Mißachten der ,,Wirtschaftlichkeit" zurück zu führen sei.
Dies ist  unrichtig. Es war eine Frage der Verfügbarkeit im Kriegsfall, der noch nicht ausgereiften Technik und dergleichen mehr.
Zudem gab es zwischen den betr. Reedereien , Werften und dem RM eine enge Zusammenarbeit auf allen technischen Gebeiten. Deren Korrespondenz füllt lange Regalreihen. Mehr darüber im Bestand RM3 teilweise RM2 des BA/MA
Nebenbei war es die Kaiserliche Marine, die in den 90zigern ( vor der Zivilschiffahrt ) erste Bord-Versuche mit Ölbefeuerung durchgeführt.

[Turbo-Georg]

Hallo Langensiepen,
ich will überhaupt nichts "glaubenmachen". Es drängt sich nur die Annahme auf, dass es in der Handelsschifffahrt offensichlich schneller möglich war "Innovationen" umzusetzen, weil letztendlich dadurch auch Geld verdient wurde.

[Turbo-Georg]

Hallo Shanghai,
ich freue mich über dein Interesse an diesem Thema.
Leider kann ich dir hinsichtlich der HAPAG-Schiffe nicht weiterhelfen.

[Langensiepen]

"Das" Prachtwerke überhaupt über alle Fragen der Technik der beiden Großreedereien mit hunderten von Tabellen , Gen.-Plänen, Maschinenzeichnungen usw usw ist ... Die technische Entwicklung des Norddeutschen Lloyds und der HAPAG   so um 1900 beim VDI erschienen und in den 80zigern und 90zigern von selbigen als Reprint herausgegeben. Gab es mal für 50 DM bei Weltbild.