DE317891C - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lokomotivkessel mit Wasserröhrenfeuerbüchse. Zum besseren Verständnis der durch die Erfindung gelösten .technischen Aufgaben sollen zunächst jene nachteiligen Erscheinungen besprochen werden, die bei den bekannten Lokomotivkesseln mit Wasserröhrenfeuerbüchse zn beobachten sind, von denen eine Ausführungsform in Fig. 1 und 2 im Längsquerschnitt dargestellt ist. Bei dieser zweigt der Dampf sammler c aus der Rohrwand b des Langkessels α ab, und der die Feuerbüchse unten begrenzende Rohrrahmen d hängt mit dem Langkessel mittels Umlaufsrohre e zusammen. Zwischen Dampf sammler c und Rohrrahmen d sind die Wasserröhren f und in dem zwischen dem Dampfsammler und den Wasserröhren befindlichen Räume der Rohrwand die Heizröhren g des Langkessels vorgesehen. Der Feuerungsraum ist durch eine feuerfeste Wand h und an den übrigen Teilen durch in der Zeichnung nicht

. dargestellte feuerfeste Wände zu einem geschlossenen Raum ausgebildet. Der Kessel ist normalerweise vorn beim Rauchkasten mit dem Rahmen der Lokomotive, fest verbunden, während er hinten durch eine Gleitunterstützung, die z.B. durch einen Fuß / und eine am Lokomotivrahmen befestigte Lagerung k gebildet ist, in die Lage versetzt werden soll, sich den durch Temperaturveränderungen hervorgerufenen Änderungen seiner Längsabmessungen entsprechend verschieben zu können.

Diese übliche Bauart weist jedoch grundsätzliche Fehler auf, so daß die auf diese Art gebauten Lokomotivkessel rasch verbraucht werden.

Der erste Fehler besteht darin, daß der auf den hinteren Boden des Dampfsammlers einwirkende Dampfdruck mit einer ziemlich großen Kraft P bestrebt ist, den Dampf sammler aus der Rohrwand herauszuziehen, wodurch eine ständige Formänderung der ,Rohrwand verursacht wird und die Biegungen der Rohrwand, insbesondere an der Stelle m, bald Risse bekommen. Außerdem biegt sich unter der Einwirkung der , Kraft P die Rohrwand aus, so daß besonders die oberen Heizröhren des Langkessels, die die Rohrwand oben versteifen, locker und undicht werden. ,

Ein weiterer Nachteil der bekannten Bauart ist, daß jener ebene Teil der Rohrwand, der in Fig. 2 durch schräge Linien bezeichnet ist, nur sehr umständlich ausgesteift werden kann, was bis jetzt in einer vollkommenen und haltbaren Weise noch nicht gelungen ist.

Ein weiterer grundsätzlicher Fehler ist, daß die alte Bauart die durch Wärmeausdehnung entstehenden Schwankungen der Abmessungen im allgemeinen und insbesondere die Verschiedenheit dieser Ausdehnung in den ver^: schiedenen Teilen des Kessels gar nicht oder nicht ausreichend berücksichtigt.

Der Langkessel ist nämlich beim Anheizen, da er vorn fest mit dem Lokomotivrahmen verbunden ist und seine wagerechte Abmessung

zunimmt, bestrebt, von seinem festen Vorderpunkt ausgehend, in bezug auf den Lokomotivrahmen nach hinten zu gleiten, aber der Rohrrahmen d kann diese Verschiebung nicht oder nur unvollkommen vollführen, weil einerseits die bei der Ausdehnung des Langkessels auftretende gewaltige Kraft auf das Gleitlager k, j auf einem großen Hebelarm einwirkt und die Verklemmug desselben verursacht, und weil ίο andererseits die Reibung im Gleitlager schon an sich zu groß ist. Die Längenzunahme des Langkessels im Vergleich zum Lokomotivrahmen kann also nur dadurch einen Ausgleich finden, daß sich die leicht nachgiebigen Wasserröhren f verziehen, wodurch Undichtigkeiten derselben, insbesondere an ihrer Einmündung in den Dampfsammler, entstehen. Eine ähnliche schädliche Wirkung hat auf die alte Bauart auch die Wärmeausdehnung in senkrechter Richtung. Die senkrechte Abmessung der aus dem Dampfsammler, den Wasserröhren und dem Rohrrahmen bestehende Feuerbüchse ist wesentlich größer als der Durchmesser des Langkessels. Die linearen Abmessungsänderungen -der Feuerbüchse infolge Temperaturänderunger! sind also in senkrechter Richtung wesentlich größer als die Änderung des Durchmessers des Langkessels. Da aber sowohl der Langkessel als auch der Rohrrahmen d unten am Lokomotivrahmen so befestigt sind, daß die Wärmeausdehnung nur nach oben, wo diese Teile frei sind, vor sich gehen kann, da ferner der Dampfsammler gleichzeitig vorn mit dem Langkessel an der Rohwand fest zusammengebaut ist, ist auch diese Ausdehnung in dem Vorderteil der Feuerbüchse verhindert, bzw. es ergeben sich hierdurch innere Spannungen, die den ganzen Kessel und auch die Rohrwand verziehen, was auch daran feststellbar ist, daß bei den bekannten Lokomotiven mit der Zeit die ursprünglich gleichgerichtete Lage der Mittellinien von Langkessel und Dampfsammler verloren geht.

Ein schwerwiegender Nachteil besteht ferner darin, daß man, um sich die Möglichkeit, eine genügende Anzahl Heizröhren anordnen zu können, zu sichern, am Rande der Rohrwand einen Übergang nur mit sehr kleinem Halbmesser ausbilden darf. Welche Folgen dies hat, ergibt sich aus folgendem: Die vom Feuer unmittelbar berührte Rohrwand b sowie die Heizrohren g, da sie allmählich von im Betriebe unvermeidlichen, die Wärme schlecht leitenden Ablagerungen bedecktwerden, nehmen eine sehr hohe' Temperatur an, ändern also ihre Abmessungen infolge der Wärmeausdehnung sehr stark, während die Temperatur ■ des Langkesselmantels beträchtlich niedriger und gleichmäßiger ist. Die Rohrwand wird also in ihrer Wärmeausdehnung in Richtung ihres Durchmessers durch den niedrigere Temperatur besitzenden und sich demgemäß weniger ausdehnenden Langkessel gehindert, wobei zu j beachten ist, daß die Rohrwand gleichzeitig unter der Einwirkung der durch die Temperatur-Schwankungen sich ergebenden Längsausdehnung der Heizröhren ständig in Querrichtung verzehrt wird. Dies hat zur Folge, daß die mit kleiner Abrundung ausgebildeten Übergangsstellen der Rohrwand am Umfang rings-"herum bei der Einspannstelle der Rohrwand in den Längskesselmantel bald Risse bekommen, wodurch oft eine vorzeitige Auswechselung der Rohrwand notwendig wird.

Die größten Unannehmlichkeiten jedoch verursacht bei den bekannten Kesseln der beschriebenen Art der Schlamm und Kesselstein, die sich erfahrungsgemäß in dem vor der Rohrwand befindlichen Räume η ansammeln und absetzen, weil in diesem Räume kein 8b Wasserumlauf stattfindet. Diesen toten Raum η trifft aber von hinten das stärkste Feuer, außerdem wird er gleichzeitig von unten durch die glühende Wand h erhitzt. Zu beachten ist noch, daß durch den von den Heizröhren vollkommen ausgefüllten Raum hindurch nicht so viel frisches Wasser diesem Räume zufließen kann, wie für den Ersatz der starken Verdampfung erforderlich ist. Im Räume η befindet sich also ein die Wärme weniger gut leitendes Dampfwassergemisch, das zwischen den engen Zwischenräumen der Heizröhren stecken blieb, den Wasserumlauf hier verhindert und das Ausscheiden von festen Bestandteilen seinerseits noch begünstigt. Dieser Nachteil wird dadurch vergrößert, daß der Raum η wegen der Heizröhren sehr schwer zugänglich ist, so daß die Entfernung des abgelagerten Schlammes, Kesselsteines' usw. nicht oder nur unvollkommen bewerkstelligt werden kann. Infolge der Ablagerungen und des schlechten Abkühlens durchglüht die Rohrwand unten bald, das Material verliert seine Widerstandskraft, demzufolge an dem unteren Teil der Rohrwand den Kessel durchdringende lange Risse sehr häufig sind, durch die dann eine sofortige vollkommene Betriebsunfähigkeit des Kessels verursacht und meistens das Auswechseln der Rohrwand notwendig wird. Den häufigsten Verlauf von derartigen durch- u₀ dringenden Rissen zeigen die in Fig. 2 eingezeichneten strichpunktierten Linien.

Die angeführten Nachteile 'sollen, wie aus nachfolgendem zu ersehen, bei dem Lokomotivkessel nach der Erfindung beseitigt sein, Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel im Längsschnitt, Fig. 4 bis 7 stellen weitere Ausführungsbeispiele dar.

Bei dem neuen Lokomotivkessel bildet die mittlere Fläche der Rohrwand b des Langkesseis α in bekannter Weise eine ebene Fläche, der Rand der Wand ist jedoch zumindest

unten, zweckmäßig jedoch rund herum, durch eine ringförmige Fläche begrenzt, die nach großem Durchmesser geformt ist und zweckmäßig einen Viertelkreisquerschnitt besitzt (Fig. 3). Auf der Linie (Kreislinie) der Mittel-. punkte 0 dieser Viertelkreise sind gleichzeitig zur Versteifung dienende äußere Heizröhren angeordnet, oder falls dort die Heizröhren nicht mehr zweckmäßig angeordnet werden können (z. B. im oberen Teile des Langkessels vom Dampfsammler rechts und links), kann auf der erwähnten Linie und innerhalb derselben die Versteifung anstatt mittels Röhren durch Ankerschrauben o. dgl. erfolgen. Auf diese Weise bedarf es für die Versteifung der ebenen Fläche der Rohrwand außer den Heizröhren und Ankerschrauben anderer Konstruktionsteile nicht.

Infolge der Abrundung der Rohrwand nach großem Halbmesser müßte eine große Anzahl von Heizröhren weggelassen "werden; um dies zu vermeiden, ist der ebene Teil der Rohrwand in der ursprünglichen Abmessung ausgeführt, während zwecks Anwendbarkeit einer Abrundung nach großem Halbmesser der Durchmesser des Langkessels an der Rohrwand entsprechend erweitert ist. Obwohl dieser erweiterte Durchmesser auf die ganze Länge des Langkessels beibehalten werden könnte, ist es vorteilhafter, die durch die Abrundung der Rohrwand gebildete Fläche mit einer sich allmählich erhebenden Linie in einen Langkessel mit normalem Durchmesser überzuführen. Auf diese Weise entsteht nämlich im unteren Teil des Langkessels an dessen neben der Rohrwand liegendem Ende ein tiefer Schlammbzw. Wassersack, der durch seine Form die Wirkung der Abrundung als eine die Ablagerungen ableitende steile Gleitfläche unterstützt.

Durch die Abrundung allein ist erreicht, daß oberhalb der die Feuerbüchse vorn begrenzenden feuerfesten Wandung c die Rohrwand stark schräg liegt, so daß dort Schlamm und Kesselstein sich nicht ablagern können, ferner die zur Ablagerung geeignete tiefste Stelle d weit weg vom Feuerraume fällt, also hier die Rohrwand selbst bei Ablagerungen nicht durchglühen kann. Außerdem ergibt die nach einer gebrochenen Linie erfolgte Ausbildung des weiten Wassersackes unter den Heizröhren und beiderseits von ihnen, daß hier ein steter Wasserumlauf erfolgt, weil das immer gegen den tiefsten Punkt strebende kühlere Wasser vom höheren Langkessel längs ' der schiefen Vorderfläche des Wassersackes der Rohrwand zufließt und das verdampfende Wasser sofort ersetzt. . Durch das Überführen der Gleitfläche in einen engeren Langkessel wird das Gewicht desselben im Vergleich zu einem durchgehend zylindrisch erweiterten Kessel vermindert. Der angesammelte, abgelagerte Schlamm kann durch die leicht zugängliche Putzöffnung e bequem entfernt werden. Die große Abrundung hat j weiterhin zur Folge, daß die Abmessungsänderungen infolge Temperaturänderungen ziemlich frei vor sich gehen können und auch die Längsausdehnung der Heizröhren ohne schädlichen Einfluß auf die Umgebung der Einspannstelle der Rohrwand bleibt, da die Formänderung der Rohrwand sich auf einen langen Bogen verteilt.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 sind die Rohrrahmen g durch wasserführende Rohre j bis zum vorderen Ende des Kessels verlängert, und der Langkessel ruht auf diesen Rohren j mittels Wasserrohren, welche an Stelle einfacher Böcke vorgesehen sind. Da auch in den Verlängerungen / Kesselwasser kreist, dehnen sich die Teile / und g unter der Einwirkung von Temperaturschwankungen zusammen genau soviel wie der ganze Kessel aus. Wenn die Rohre j am Lokomotivrahmen vorn fest niedergehalten und hinten wie üblich in einem Gleitlager geführt sind, kann nunmehr eine Verschiebung, da ein Hebelarm nicht auftritt, ohne Klemmung vor sich gehen. Da auch die Rohre k Kerselwasser führen, so sind die senkrechte Ausdehnung der Feuerbüchse einerseits und des Langkessels und der Rohre k andererseits infolge der Gleichheit der Höhenabmessungen einander nahezu gleich, gleichgerichtete Lage der Mittellinie von Dampf sammler und Langkessel ist also dauernd gesichert und die Abmessungsänderungen in senkrechter Richtung sind ohne schädlichen Einfluß auf die Rohrwand und die Dichtungen, da Langkessel und Dampfsammler Relativbewegungen infolge der Wärmeausdehnung nicht zu vollführen brauchen.

Zum Niederhalten der aus dem Dampfdruck stammenden Kraft P, die den Dampfsammler aus der Rohrwand herauszuziehen bestrebt ist, sind an dem Mantel des Dampfsammlers unter Vermeidung der Rohrwaud eine Anzahl Ankerschrauben m vorgesehen, die vorteilhaft bis zur Rauchkammerrohrwand geführt sind.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von der nach Fig. 3 nur dadurch, daß hier der Rohrrahmen g durch das Umlaufsrohr η mit dem Langkessel unmittelbar ver- bunden ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist die Rohrwand nicht ringsum, sondern nur unten von einer eine Viertelkreisquerschnittsform mit großem Halbmesser besitzenden Fläche begrenzt, während die Halbmesser der Viertelkreise nach oben stetig abnehmen, bis eben der Abrandungshalbmesser so klein ist, daß die Platte gerade noch gebördelt werden kann. Bei solcher Einrichtung enthält die Rohrwand einen verhältnismäßig größeren ebenen Teil, weshalb sie schwerer auszusteifen ■ ist, aus

welchem Grunde diese Lösung nicht so vorteilhaft wie die vorhergehende erscheint.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 erstreckt sich der Dampf sammler f in bekannter Weise über dem Längskessel a. Bei der Anordnung nach Fig. 7 ist als Abänderung der vorherigen der Dampfsammler verkürzt und teilweise versenkt. Das Rohr I dient zur Verbindung der Dampfräume.

Bei den Anordnungen nach Fig. 3 bis 7 ist der letzte Mantelteil des Längskessels nach einem schiefen Kegel ausgebildet. Ohne Berührung des Wesens der Erfindung kann dieser Mantel auch in Form eines geraden oder nahezu geraden Kegels hergestellt sein, wie dies die strichpunktierten Linien der Fig. 3 bis 5 zeigen. Es ist auch eine Lösung möglich, daß mehrere Mäntelschüsse des Langkessels nach schiefen oder geraden Kegejn ausgebildet sind bzw. daß der Langkessel ganz kegelförmig hergestellt ist.

Die Ankerschrauben und ähnliche Versteifungen sind vorteilhaft bis zur Rauchkammerrohr wand geführt, brauchen jedoch nur bis zu einem Zwischenmantelteil des Langkessels geführt zu sein.

Die Rohrwand an der Feuerbüchse kann auch hergestellt sein, indem innerhalb der Abrundung nach einem großen Halbmesser der bisher ebenflächig gezeigte Teil als Kugelfläche ausgebildet ist; diese für die Rohrwand sonst vorteilhaft erscheinende Abänderung würde aber das Einpressen gerader Heizröhren erschweren.

Auch können die Neuerungen von der Feuerbüchsrohrwand entsprechend auf die an der Rauchkammer befindliche Rohrwand übertragen werden.

Claims (8)

1. Patent-Ansprüche:

   ■ i. Lokomotivkessel mit Wasserröhrenfeuerbüchse, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem unteren Teil der Rohrwand (b) der Feuerbüchse und dem Langkessel eine von der Rohrwand gegen den Langkessel abfallende, den sich ablagernden Schlamm und Kesselstein von der Rohrwand weg zu einem vom Feuer nicht beheizten tieferen Punkt des Langkessels leitende Fläche eingeschaltet ist.
2. 2. Lokomotivkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsfläche nach einer von der Rohrwand gegen den tieferen Punkt des Langkessels steil abfallenden und dann mit geringerer S.teigung sich allmählich in den höher gelegenen zylindrischen Teil des Langkessels erhebenden gebrochenen Linie geführt ist.
3. 3. Lokomotivkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung 6u der Heizröhren des Langkessels in der üblichen Entfernung vom Umfang des engsten Langkesselteils die Rohrwand ringsherum oder zumindest im unteren Teile nach einem Halbmesser abgerundet ist, dessen Mittelpunkt in jedem Querschnitt der Rohrwand in der Nähe der Mittellinie des äußersten Heizrohres oder der äußersten Ankerschraube Hegt.
4. 4. Lokomotivkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrundungshalbmesser der Rohrwand von unten nach oben allmählich abnehmen.
5. 5. Lokomotivkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Rohrwand anschließende Langkesselteil nur unten eine Erweiterung gegen die Rohrwand bildet und nach oben allmählich in die zylindrische Fortsetzung des Langkessels übergeht.
6. 6. Lokomotivkessel nach Anspruch 1, da-' durch gekennzeichnet, daß der Langkessel auf dem Lokomotivrahmen mittels sich auf seine ganze Länge erstreckender, Verlängerungen des zur Aufnahme der unteren Enden der Wasserröhren (A) der Feuerbüchse dienenden Rohrrahmens (g) bilden- der Rohre (j) ruht.
7. 7. Lokomotivkessel nach Anspruch ι und6, dadurch gekennzeichnet, daß der Langkessel mittels verbindender Wasserrohre (k) auf die Verlängerungsrohre (/') sich stützt.
8. 8. Lokomotivkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsankerschrauben (m) unter Vermeidung der Rohrwand (δ) unmittelbar an dem Mantel des einen Anschluß an die Rohrwand bildenden Dampfsammlers (f) befestigt sind.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.