Dampfspeicherlok

    Hallo Christoph,


    Deine Schilderung ist korrekt.


    Heute nachmittag ist mir die Sache nochmal durch den Kopf gegangen. Eigentlich isses ganz einfach.
    Dann habe ich das physikalische Tabellenbuch zur Hand genommen und gerechnet.


    Zwei Kennwerte sind dabei wichtig (und ausreichend).
    Der eine ist die spezifische Verdampfungswärme von Wasser. Die beträgt beachtliche 2257 Kilojoule pro Kilogramm.
    Das ist die Wärmemenge, die aufgewendet werden muß, um ein Kilogramm Wasser zu verdampfen.
    Bei einer normalen Damplok kommt diese Wärme von der Feuerung.


    Bei einer Dampfspeicherlok kommt die Verdampfungswärme aus dem Kesselwasser selbst.
    Der dafür zu verwendende Kennwert ist die spezifische Wärmekapazität von Wasser. Das sind gerade mal 4,18 Kilojoule pro (Kilogramm Kelvin).


    Die konkrete Rechnung sieht dann so aus:
    - niedrigste Temperatur im Kessel, bei der physikalisch noch ein (dann sehr geringer) Überdruck durch Verdampfen besteht: ca. 105°C
    - angenommene maximale Wassertemperatur: 212°C (um das Wasser dann noch flüssig zu halten, sind 20 bar erforderlich)
    - die Temperaturdifferenz ist also 212 - 105 = 107
    - demnach: 4,18 kJ / (kg K) mal 107 K = 447,26 kJ / kg
    - das ist 19,8% der für ein Kilogramm erforderlichen Verdampfungswärme
    Mit der hier angenommenen maximalen Temperatur von ca. 212°C ließe sich also etwa 20% des Kesselwassers verdampfen.
    Nicht berücksichtigt ist hierbei die Wärmekapazität des Kesselmantels, die unterstützt das Ganze noch ein wenig.


    Den nächsten Schritt kann jeder anhand seiner ihm bekannten Lok machen:
    - Wie lange fährt die mit einer Kesselfüllung?
    - Wenn sie als Dampfspeicherlok genauso lange fahren sollte, müßte der Wasserinhalt also mindestens fünfmal so groß sein.
    - Beim Kesselinhalt geht der Durchmesser im Quadrat ein, also müßte der Kessel ca. Wurzel fünf größeren Durchmesser haben = ca. 2,23-fach

    Das erklärt dann auch, warum die Dampfspeicherloks soo dicke Kessel haben ...


    Der Druck im Wasser entsteht dadurch, daß es in einem abgeschlossenen Volumen erhitzt wird.
    Da steigt ab ca. 100°C der Druck ganz von selbst. Aus physikalischen Tabellen kann man dabei
    den zu jeder Temperatur gehörigen Druck entnehmen, da besteht ein fixer Zusammenhang.


    Viele Grüße,
    Andreas



    PS
    Hallo Karsten, Deine (sehr hübsche) Lok ist bei genauer Betrachtung eine Modelldampflok
    mit konstanter Befeuerung, die aussieht, wie eine Dampfspeicherlok.
    Hier geht es um die Realisierbarkeit einer Modelldampflok, die ohne Befeuerung fahrfähig ist,
    wenn mit heißem Wasser befüllt – oder auch vor dem Start extern befeuert und dann ohne
    Feuer unterwegs.

    Zitat von Der Havelländer

    Alle Werte sind nur Beispiele und entsprechen nicht der Realität. Wer es genau wissen will, muss sich die Druck-Temperatur-Kurve ansehen.
    Das X habe ich als Variable eingesetzt, da ich nicht jede Siedetemperatur und den dazugehörigen Druck auswendig weiß. Dazu kann man sich im Internet die Temperatur-Druckkurve ansehen.


    Ich hoffe ich konnte es einigermaßen und richtig erklären...andernfalls lasst es mich wissen. Im Netz steht ein bisschen was zur Funktion.


    Hallo CHristoph,


    ja, Danke für die Ausführung. Soweit hatte ich das Prinzip schon verstanden. Was mich irritiert ist wie bei einer reinen Dampfspeicherlok, die ja vom Prinzip her NICHT beheizt wird, Wasser mit einem Druck X eingefüllt wird. Ich vermute mal, dass damit nur Dampf gemeint sein kann, bzw. eine Mischung aus heißem Wasser und Dampf in ausgeglichenem Zustand lt. Druck-Temperatur-Kurve. Und getankt wird bei maximalem Druck!? Das stell ich mir bei einem Modell schwierig vor...


    liebe Grüße
    Thomas

    Hallo Thomas,


    ein (realisierbares) Betankungskonzept im Modell könnte ich mir so vorstellen:
    - Kessel der Dampspeicherlok drucklos mit kochendem Wasser befüllen und Einfüllöffnung verschließen.
    - In das Wasser Dampf einblasen, bis Zieltemperatur bzw. -druck erreicht ist.


    Das ist genauso, wie wenn man an der Espressomaschine mit der Dampfdüse Wasser in der Tasse heißmacht,
    da halt bei Umgebungsdruck. Höllenlärm und funktioniert.


    Möglicherweise wird das bei großen Dampfspeicherloks ähnlich gemacht.


    Viele Grüße,
    Andreas

    Hallo Andreas,


    eine Voraussetzung für den Einsatz einer Dampfspeicherlok war das vorhandensein von Prozessdampf, wie er z.B. in der chemischen oder petrochemischen Industrie als Wärmeträger vorhanden ist.
    Diese Industrieanlagen haben ein Dampfleitungsnetz um Gebäude, Destilationsanlagen, Reaktoren oder einfach nur Tanks zu beheizen oder Wasserstoff herzustellen.
    Eine Zentrale Kesselanlage stellt den Dampf her und Dampfspeicherloks für den Verschub auf dem Firmengelände ließen sich einfach durch Anschluss an das Dampfnetz "auftanken".
    Im Modell wäre das Betanken mit einem Elektrokessel, wie in einer Espressomaschine eine gut möglichkeit. Diese Durchlaufkessel habe eine kurze Vorheizzeit und können fast unbegrenzt Dampf liefern.


    Für den Kessel einer solchen Lok wäre eine Edelstahl Thermoskanne perfekt. Sehr gut isolierte Gefäße, man müsste Sie nur in den richtigen Abmessungen bekommen. Auf der "offenenseite" könnte man die Anschlüsse realisieren.


    Grüße
    Georg

    Hallo,


    eine gute Idee...Edelstahl als Kesselmaterial kam mir auch schon in den Sinn. Vielleicht könnte man einen Kessel aus Edelstahl schweißen, man braucht nur noch eine gute Isolation oder wäre auch ein Vakuum zwischen Innen-u. Außenkessel eine Möglichkeit?
    Was die Betankung angeht hatte ich mal gelesen, dass Dampfspeicherloks Tatsächlich mit heißem Wasser befüllt werden und dieses dann anschließend durch Dampf unter Druck gesetzt bzw. erwärmt wird, bis die gewünschte Temperatur und damit auch der "Betankungsdruck" erreicht ist.
    Das man Wasser nicht komprimieren kann ist klar, aber es gerät durch den Dampfdruck mit unter Druck, womit ja wie bereits beschrieben die Siedetemperatur steigt.
    Ich könnte mir vorstellen, daß Modell auch mit heißem Wasser zu befüllen und die weitere Erwärmung bis zum Zieldruck mit einer Elektroheizung im Kessel zu bewerkstelligen.
    War es das was du meinst Georg?


    Schöne Grüße
    Christoph