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Schutzeinrichtung für Dampfkesselüberhitzerrohre gegen Verbrennen
während der Betriebspausen. Im Betriebe der Dampfkessel mit überhitzern werden diese
durch den sie durchströmenden Dampf genügend gekühlt, um gegen Verbrennung geschützt
zu sein. Um diesen Zustand aber auch während vorübergehender Betriebspausen aufrechtzuerhalten,
bei Lokomotiven also, z. B. beim Bergabfahren oder während des Aufenthaltes auf
Stationen, müssen besondere Einrichtungen getroffen werden.
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Auf diese bezieht sich die Erfindung. Sie geht von dem bekannten Vorschlag
aus, den
Dampfraum durch eine bis unter Wasserstand reichende Scheidewand
in zwei Räume zu teilen, in deren einem Dampf von höherer Spannung als im anderen
erzeugt wird, und diesen Raum mit den Überhitzerrohren so zu verbinden, daß bei
Absperrung der zum Dampfverbraucher führenden Leitung noch weiter Dampf durch die
überhi-zerrohre strömt, und zwar von dem Dampfraum mit höherer Spannung durch die
überhitzerrohre hindurch zum Dampfraum mit niedrigerer Spannung.
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Nach der Erfindung wird eine. derartige Einrichtung dadurch absolut
sicher wirkend gemacht, daß derjenige Dampfraum, der niedrigeren Dampfdruck haben
und während der Betriebspausen den Zutritt von Dampf aus dem anderen Dampfraum mit
höherer Spannung durch die überhit2.errohre hindurch zulassen soll, mit einer Vorrichtung,
wie z. B. einem Sicherheitsventil, versehen ist, die Vorsorge dafür trifft, daß
der Dampfdruck eine bestimmte Grenze nicht überschreiten kann und deshalb ständig
die Druckdifferenz vorhanden ist, unter deren Wirkung der Dampf von dem einen Raum
zum anderen durch die Überhitzerrohre hindurch in Strömung bleibt. Ist eine solche
Einrichtung, wie @es bei den vorerwähnten bekannten Vorschlägen der Fall war, nicht
vorhanden, so wächst bei etwa länger währenden Betriebspausen der Druck in demjenigen
Dampfraum, der anfänglich niedrigeren Druck hatte, allmählich an und nähert sich
dem im anderen Raum herrschenden höheren Druck, und damit nimmt der Dampffluß durch
die L berhitzerrohre und die Kühlwirkung ab, so daß schließlich die überhitzerrohre
nicht mehr vor dem Verbrennen geschützt sind.
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In der Zeichnung ist die Erfindung @erläutert. Abb. i zeigt einen
Längsschnitt durch einen Lokomotivkessel, Abb.2 und 3 sind vergrößerte Einzelansichten
der Abb. i, Abb. 4 ist ein Querschnitt von Abb.3. Abb.5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform
in ähnlicher Darstellung wie Abb. i, Abb. 6 zeigt einen Längsschnitt eines Wasserrohrkessels,
und Abb.7 ist eine Ansicht, genommen von einem Schnitt nach der Linie ?-7 der Abb.
6.
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Bei der Ausführungsform der Abb. i strömen die Verbrennungsgase von
der Feuerbüchse i durch die Züge 2 und die Rohre 3 zur Rauchkammer 4, um von da
in den Schornstein 5 zu gelangen. Diese Verbrennungsprodukte erhitzen und verdampfen
das Wasser in. dem Dampfkessel in der Weise, daß der größere Teil des Dampfes über
und an den Seiten und der Hinterwand der Feuerbüchse erzeugt wird sowie an den Außenflächen
der Züge und Feuerrohre an den an die Feuerbüchse anschließenden Enden. Bei den
gebräuchlichen Dampfkesseln scheidet sich dann der erzeugte Dampf auf der ganzen
Wasseroberfläche ab und füllt den darüberliegenden Raum aus, einschließlich des
Domes 6. Von diesem gelangt der Dampf durch das Trockenröhr 7 zum Erberhitzerkopf
8.. Dieser hat zwei Sätze von Kammern 9 und io (Abb. 3 und 4), die Kammern des ersten
Satzes stehen sämtlich in Verbindung mit einem Querkanal i i, und diejenigen des
zweiten Satzes in Verbindung mit einem Querkanal 12. Eine unmittelbare Verbindung
zwischen beiden Sätzen von Kammern besteht nicht. Die überhitzerrohre 13 ragen schleifenförmig
in die Züge 2 hinein, jedes von ihnen ist mit ,einem Ende an eine Kammer 9 und mit
dem anderen Ende an eine benachbarte Kammer io angeschlossen. Der aus dem Trockenrohr
7 kommende Dampf wird so über die einzelnen überhitzerrohre verteilt und gelangt
in überhitztem Zustand in die Kammer i o, von wo er durch den Querkanal 12, das
Ventil 14 und die Dampfrohre 15 und 16 zum Dampfkasten 17 fließt.
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Insoweit entspricht die Anordnung den allgemein gebräuchlichen Kesseleinrichtungen.
Wenn das Dampfventil offen ist, fließt der Dampf auf seinem Wege zum Dampfkasten
durch die Überhitzerrohre und schützt diese ausreichend gegen allzu starke Erwärmung.
Für die Zeiten, in denen das Ventil geschlossen ist, sind aber Hilfsmittel zum Schutz
der Überhitzerrohre notwendig, und diese bestehen bei den Lokomotivkesseln im allgemeinen
aus einem Schieber, der die Züge gegen den Durchfluß der Verbrennungsgase absperrt.
Dieses und ähnliche Hilfsmittel nun zu ersetzen, ist der Zweck der Erfindung. Nach
dieser ist in dem Dampfraum des Kessels eine Scheidewand 18 (Abb. i) angebracht,
die den Raum, den der sich entwickelnde Dampf einnimmt, in zwei Abteilungen i9 und
2o zerlegt. Von diesen Abteilungen ist diejenige i9, über der Feuerbüchse, .erheblich
größer als die Abteilung 2o, so daß also in ihr ein weitaus größerer Anteil des
Gesamtdampfes entwickelt wird, wie in der weiter hinten gelegenen Abteilung 2o.
Die Scheidewand 18 reicht so weit unter den Wasserspiegel a. a herab, daß auch bei
niedrigem Wasserstand die beiden Dampfräum° stets voneinander geschieden sind. In
Verbindung stehen beide Räume durch ein Rohr 21, das mit einem Dreiwegventil 22
versehen ist. Von diesem führt ein Röhr 23 in den Querkanal 12 des Ü'berhitzerkopfes
B. Befindet sich das Ventil 22 in der Stellung der Abb. 2, so ist diese letztere
Leitung geschlossen und dafür das Verbindungsrohr 21 zwischen den beiden Dampfräumen
i9 und 2o geöffnet; wird das Ventil verstellt, so wird
dieses Rohr
abgesperrt und dafür die Rohrleitung 23 mit dem Raum i 9 in Verbindung gesetzt.
Das Sicherheitsventil 24 befindet sich an geeigneter Stelle, beispielsweise am Dampfdom
6, ist also an den Dampfraum 2o angeschlossen.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn der Maschinist das Dampfventil
14 öffnet, so stellt er zugleich das Drei-,vegventü 22 in die in Abb.2 dargestellte
Lage. Der an den Zügen 2 und den Dampfrohren 3 erzeugte und in dem Raum 2o sich
sammelnde Dampf erfüllt den Dampfdom 6 und tritt von da unmittelbar in das Trockendampfrohr
7 ein, um zum überhitzet und zum Dampfkasten zu gelangen. Der in der Kammer i9 sich
sammelnde Dampf aber gelangt durch das Röhr 21 ebenfalls in den Raum 2o und von.
da aus dem Dampfkasten; auf demselben Weg wie der in 2o sich entwickelnde Dampf.
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Wird das Ventil i4 geschlossen, so hat der Maschinist zugleich das
Dreiwegventil 22 umzustellen, so daß die Leitung 21 von dem Dampfraum i9 getrennt
und dafür das Rohr 23 mit diesem Raum verbunden wird. Nun geht, wie vorstehend bemerkt,
die Dampfentwicklung im Raum i 9 weit schneller und reichlicher vor sich als im
Raum 2o. Es entsteht also im Raum i9 ein Überdruck, der sich, da das unmittelbare-
Übertreten durch die Scheidewand i 8 verhindert ist, durch das Rohr 23 auszugleichen
sucht. Durch dieses Rohr strömt daher Dampf in die Querkammer 12 des überhitzers
durch die überhitzerröhre hindurch und von da durch das Trockendampfrohr 7 in den
Dampfdom und den Raum 20 hinein. Dieser Dampf durchfließt also die L;berhitzerrohre
in entgegengesetztem Sinne, wie der Dampf sie während des Betriebes durchströmt,
wenn das Ventil 14 offen ist. Da die Dampfentwicklung in den Räumen i9 und 2o in
dem beschriebenen Sinne ungleich bleibt, solange das Dampfventil geschlossen ist,
so dauert auch der beschriebene Dampffluß während dieser ganzen Zeit an. Sollte
hierbei der Druck im Kesselraum 2o zu hoch werden, so öffnest sich das Sic erheitsventil
24, der Überdruck gleicht sieh mit dem Außenraum aus, und die Dampfströmung durch
den L berllitzer beginnt alsbald von neuem.
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Dieser Dampf schützt also, ebenso wie der Betriebsdampf, während des
Offenstehens des Dampfventils 14 die i; berhitzerrohre vor allzu starker Erwärmung,
indem er die überschüssige Wärme ableite:. Dabei ist besonders hervorzuheben, daß
die dem Dampf so mitgeteilte Wärme nicht verloren ist, da sie in den Kessel zurückgeführt
wird.
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Wie schon erwähnt, ist es für das Zustandekommen dieser Dampfströmung
erforderlich-, daß der Druck im Dampfraum. i9 höher ist als im Dampfraum 2o. Demgemäß
wird auch der Wasserspiegel im Raum r9 während der Betriebspausen stets etwas niedger
sein, als derjenige im Raum 2o. Indessen ist der Druckunterschied nur sehr klein,
demgemäß ist die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes niedrig, und die Reibungswiderstände
sind gering, so daß die Unterschiede im Wasserspiegel vernachlässigt werden können.
Man muß übrigens auch ohnehin damit rechnen, daß wegen der leb-. hafteten Dampfentwicklung
in der Kammer i9 dort das Wasser stets. mehr aufwallt wie in der Kammer 2o, so daß
auch unter gewöhnlichen Umständen an. dieser Stelle der Wasserspiegel scheinbar
höher ist, als in dem weiter hinten gelegenen Teil des Kessels.
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Es ist ersichtlich, daß zur Erzielung eines günstigen Ergebnisses
der Einrichtung der Raum über dem Wasserspiegel, in den. der Dampf aus dem Lberhitzer
strömt, so groß als möglich gemacht werden muß, damit sich genügend Dampf darin
sammeln kann und ein möglichst starker Dampfstrom durch den L`beX-hitzer hindurch
sich entwickelt. Anstatt eine Verbindung zwischen den beiden Abteilungen i9 und
2o. durch .ein Röhr herzustellen, wie dasjenige 21, kann man denselben Zweck auch
nach Maßgabe der Abb.5 erzielen. Hier hat die Scheidewand 18 eine Öffnung 25, die
mit einem Deckel 26 verschlossen werden kann. Dieser wird durch eine Stange 27 gesteuert,
die bei der dargestelhen Ausführungsform durch eine Stopfbüchse 28 nach außen reicht
und mit dem Ventil'liebel 29 verbunden ist, so daß sie selbsttätig geöffnet wird,
wenn der Maschinist das Dampfventil öffnet, und selbsttätig geschlossen wird, wenn
er dieses letztere schließt. 63 sind Führungen für den Deckel 26. Wie bei der Ausführungsform
der Abb. i dient ein Rohr 23 zur Verbindung des Raumes i 9 mit dem überhitzet, in
die Verbindung ist aber ein Ventil 62 eingeschaltet. Dieses Ventil wird von der
Stange 27 aus gesteuert durch einen Hebel 3o mit Lenker 31. Befindet sich die Stange
27 in der dargestellten Lage, ist also die Öffnung 25 geschlossen, so ist das Ventil
62 offen und umgekehrt.
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Die Wirkungsweise ist ohne weiteres ersichtlich. Ist das Dampfventil
offen, also der Ventilhebel 29 vom Kessel weg nach außen gezogen, so ist das Ventil
62 geschlossen,, die Offnung 25 in der Scheidewand 18 aber offen. Der in i9 sich
entwickelnde Dampf strömt daher durch diese Öffnung hindurch in den anderen Dampfraum
2o und von da in das Trockendampfrohr 7 ; durch 23 strömt kein Dampf. Wird der Ventilhebel
aber umgestellt, so kommt wie-der die Dampfs'crömun.g
durch die
Überhitzerrohre zustande, und diese werden während der Betriebspause gekühlt.
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Selbstverständlich kann auch die Ausführungsform der Abb. i so angeordnet
werden, daß die Steuerung des Dreiweghahnes 22 zwangläufig mit dem Ventilhebel verbunden
wird, und ebenso kann die Ausführungsart nach Abb.5 mit gesonderter Steuerung des
Dampfventils einerseits und des Deckels 26 und des Ventils 62 anderseits ausgeführt
werden.
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In Abb. 6 und 7 ist eine Anwendung der Erfindung für WasserrohrkesseZ
dargestellt. Die im Feuerraum 40 entwickelten Heizgase umspülen die Wasserrohre
41 und 42, der Dampf strömt durch die hinteren Köpfe 43 und 44 und die Rohre 45
in die Dampftrommel 46. Hier ist der Wasserstand durch die Linie a-a angedeutet.
Bekanntlich findet bei Kesseln dieser Art ein lebhafter Wasserumlauf statt, indem
das Wasser aus der Dampftrommel nach abwärts durch die Rohre 47 und 49 in die vorderen
Wasserrohrköpfe 48 und 5o und von da wieder in die Wasserrohre eintritt. Nach der
Erfindung nun ist in der Dampftrommel eine Scheidewand 51
angeordnet, die
bis unter den Wasserspiegel reicht und den Raum über diesem in zwei Abteilungen
52 und 53 zerlegt. Der aus den Röhren 45 anlangende Dampf sammelt sich in dem Raum
52, in den Raum 53 kommt praktisch gar keiner oder ganz wenig Dampf. Beide Räume
sind durch ein Rohr Zia mit einem Ventil 22a miteinander verbunden. Dieses ist ein
Dreiwegventil, dessen Abzweigung an ein Rohr 23a angeschlossen ist, das an den Auslaßkopf
54 des Lberhitzers sich anschließt. Das Ventil 22a kann von der üb@ liehen, im Handel
vorkommenden Form sein; je nach seiner Einstellung sind die Räume 52 und 53 miteinander
verbunden und das Rohr 23a abgeschlossen, oder aber es besteht eine Verbindung zwischen
52 und 23a, und 53 ist äbgeschlossen.
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Der überhitzerkopf 54 ist durch die überhitzerröhre 55 mit dem Einlaßkopf
56 verbunden, der seinen Dampf durch ein Rohr 57 von dem Dampfraum 53 aus erhält.
Vom Auslaßkopf 54 des überhitzers wird der überhitzte Dampf durch ein Rohr 58 mit
Ventil 59 den Verbrauchern zugeführt. Der Dampfraum 53 ist mit einem Sicherheitsventil
24a versehen. Die Wirkungsweise ist genau dieselbe wie die der. vorb@eschriebenen
Anwendungsarten. Ist das Dampfventil 59 geöffnet, so wird Venti122a so eingestellt,
daß die Verbindung zum Rohr 23a geschlossen und dafür eine Verbindung zwischen den
Räumen 52 und 53 hergestellt ist. Der durch die Röhre 45 anlangende Dampf strömt
in den Dampfraum 53 über und. gelangt von da durch das Röhr 57 zu den überhitzerröhnen,
um diese abzukühlen.
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Wird das Dampfventil 59 aber geschlossen, so wird das Dreiwegventil
22a so umgestellt, daß die Verbindung zwischen 52 und 53 unterbrochen und dafür
eine Verbindung zwischen 52 und 23- hergestellt wird. Der durch die Röhren
45 in, den Raum 52 anlangende Dampf strömt dann durch das Röhr 23a in den' Auslaßkopf
54 des überhitzers# von da durch die überhitzerröhre 55, diese abkühlend, und gelangt
durch den Einlaßkopf 56 und das Rohr 57 in die Abteilung 53.
Diese Dampfströmung
wird, wie vorher, durch den Druckunterschied in den beiden Abteilungen 52 und 53a
hervorgebracht, der dadurch erzeugt wird, daß fast der gesamte entwickelte Dampf
.dem Behälter 52 zugeleitet wird.