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Hochleistungsdampfkessel für starken Umlauf und Nachgiebigkeit gegenüberWärmedehnungen,
insbesondere für Lokomotiven und Schiffe Die Erfindung betrifft einen Hochleistungsdampfkessel
mit starkem Umlauf und Nachgiebigkeit gegenüber Wärmedehnungen, insbesondere für
Lokomotiven und Schiffe, mit Rauchrohrlangkessel und Wasserrohrfeuerbü,chse ,aus
ungefähr senkrechten seitlichen Siederohren, die oben in zwei seitliche Siedesammler
münden und unten durch eine Vorrichtung an den ,Rauchrohrlangkessel angeschlossen
sind.
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Die bisher vorgeschlagenen Hochleistungsdampfkessel dieser Bauart
können in der Praxis insofern nicht vollständig befriedigen, als sie die Schwierigkeiten
nicht gänzlich zu beseitigen vermögen, die einerseits durch die erforderliche freie
Ausdehnungs- und Biegungsmöglichkeit der mit dem Feuer und den heißen Gasen in Berührung
stehenden Feuerbüchsenteile und andererseits durch den anzustrebenden starken und
freien Wasser- und Dampfumlauf hervorgerufen werden. Beide Bedingungen müssen jedoch
von einem heutigen Hochleistungskessel erfüllt werden, da die erste Bedingung eine
lange Lebensdauer der Feuerbüchse und die zweite Bedingung einen guten Wirkungsgrad
des Hochleistun,gsdampfkessels .gewährleistet. Diese beiden Bedingungen stellen
jedoch gewissermaßen sich widersprechende Forderungen dar, so daß es bis heute noch
nicht gelungen ist, einen Hochleistungsd.ampfkessel zu schaffen, bei dem die beiden
Forderungen erfüllt sind.
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So sind z. B. Kessel einer derartigen Bauart bekannt, bei .denen außer
den hinteren Enden der Siedesammler auch die unteren Enden der Siederohre vollständig
frei sind
und die sich daher nach allen Richtungen frei ausdehnen
können. Die unteren Enden der Siederohre sind jedoch gänzlich geschlossen und stehen
mit dem kältesten Teil der großen Wassermasse des Rauchrohrlangkessels nicbtin Verbindung,
-wodurch nur ein mangelhafter Wasser- und Dampfumlauf und infolgedessen auch nur
ein niedriger Wirkungsgrad möglich ist. Ferner ist auch dadurch das Entleeren und
Entschlammen der Siederohre beträchtlich erschwert.
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Es sind weiterhin auch Ilochleistungsdampfkessel der eingangs erwähnten
Bauart vorgeschlagen worden, bei denen sämtliche Siederohre einerseits mit ihren
Oberenden in den Siedesammlern und andererseits mit ihren Unterenden in einem hohlen
Rahmen bzw. Sammler starr eingesetzt sind, wobei letzterer mit dem unteren Teil
des Rauchin Verbindung steht und gegebenenfalls auf Federn senkrecht verschiebbar
an"eordnet ist. Das freie Ende der Siedesammler ist hierbei durch senkrechte Zuganker
mit dem Lokomotivrahmen verbunden. Wenn auch bei dieser Anordnung ein freier U :-lauf
zwischen den Unterenden der Siederohre und der großen Wassermasse des Rauchroln-langkessels
gewährleistet wird, so können sich .die Siederohre an ihren beiden Enden doch nicht
frei ausdehnen und biegen, da sie mit den Siedesammlern sowie mit dein hohlen Rahmen
bzw. den unteren Sammlern starr verbunden sind und letztere nur in senkrechter Richtung
oder gar nicht beweglich gelagert sind. Durch die verhinderte Ausdehnung der Siederohre
entstehen infolge der unterschiedlichsten Temperaturen in den verschiedenen Gegenden
der Feuerbüchse geführlichc Spa "nuii` eti und dauernde Verformungen, die eine gute
Erhaltung dieser "feile unmöglich machen. Dieses ist um so mehr der Fall, als auch
die entsprechenden Einsätze in den Siederohren Verformungen in einer anderen Größe
und Richtung bedingen, die sich dann den Dehnungs- und Biegungserscheinungen der
Siedesammler selbst überlagern. Bei denjenigen Ausführungen, bei denen die. freien
Enden der Siedesammler durch Zuganker mit den Lokomotivrahmen verbunden sind, entstehen
ferner infolge der ungleichmäßigen Temperatureinwirkungen übermäßige tiiid zusätzliche
Zugbeanspruchungen, die sich an der Befestigungsstelle der Siedesammler in die Feuerbüchsenröhrenplatte
sowie in dein Lokomotivrahmen selbst ausv-irken, rund dies sowohl wegen der Verbiegung
der Siedesammler als auch wegen der starren Abstützung des der Feuerbüchse zugekehrten
Endes des Rauchrohrlangkessels auf dein Lokouiotivrali;nen.
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Endlich wird auch bei diesen Bartarten durch den hohlen Rahmen bzw.
durch den unteren Sammler ein genügender Umlauf zwischen dem unteren Teil des Rauchrohrlang--kessels
und den Siederohren nicht erzielt.
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eses hat den folgenden Grund: In den kochleistungsdampfkesseln der
heute üblichen großen Lokomotiven, bei denen die Verdampfungsleistung recht groß
sein muß (ungefähr 30 cbm pro Stunde, davon i o bis i 5 cbm durch die Feuerung),
sind Feuerung und Feuerun,gsrost sehr breit bemessen, so daß auf den Längsseiten
nur wenig Raum zum Unterbringen eines hohlen Rahmenteils bzw. eines unteren Sammlers
von genügenden Abmessungen frei bleibt, um auf diese Weise einen starken Umlauf
zwischen dem unteren Teil des RauchrohrIangkessels und den Siederohren zu ermöglichen,
da die Breitenabmessungen der Lokomotive das gegebene Profil nicht überschreiten
dürfen.
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Die Erfindung hat nun eine Verbesserung von Hochleistungsdampfkesseln
dieser letzteren Bauarten zum Gegenstand, und zwar wird angestrebt, die freie Ausdehnung
und ungehinderte Biegung der der Feuerung ausgesetzten Rohrteile zu ermöglichen
sowie gleichzeitig einen starken freien Umlauf zwischen dem Rauchrohrlangkessel
und den Siederohren zu gewährleisten.
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Dieses wird bei dem erfindungsgemäß ausgestalteten Hochleistungsdampfkessel
durch die Verbindung der folgenden Maßnahmen erzielt: a) Die Hinterenden der an
den Rauchrohrkessel starr angeschlossenen Siedesammler sind derart angeordnet, daß
sie sich nach allen Richtungen hin frei bewegen können.
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b) Der Fuß eines jeden Siederohres ist an den Unterteil des Rauchrohrlangkessels
durch ein biegsames Verbindungsrohr, das einen kräftigen Umlauf gestattet, derart
angeschlossen, daß es sich unabhängig von den anderen Siederohren nach allen Richtungen
hin frei unter der Wirkung der in ihm durch die Wärmedehnung und -krümmung des Rohres
selbst und des Siedesammlers entstehenden Verformungen bewegen kann.
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c` An den beiden Seiten, des Kessels sind die biegsamen Verbindungsrohre
ungefähr in einer im wesentlichen senkrechten Ebene außerhalb des Bereiches der
Flammen und der heißen Gase angeordnet.
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Diese Maßnahmen ermöglichen nicht nur in an sich bekannter Weise unter
dem Einfluß der Hitze eine unbehinderte Beweglichkeit der freien Enden der Siedesammler
nach
allen Richtungen, sondern sie gewährleisten insbesondere eine
freie Beweglichkeit der einzelnen Siederohrfüße nach allen Richtungen, wobei sie
aber trotzdem durch die Anordnung der biegsamen Verbindungsrohre mit dem Unterteil
des Rauchrohrlangkessels in Verbindung bleiben und daher einen starken Umlauf des
zu verdampfenden Wassers ermöglichen. Andererseits wird die angestrebte Wirkung
erzielt, ohne daß die Querabmessungen der Feuerung in bezug auf die von außen gemessene
Breite der Feuerbüchse am Unterteil der Siederohre erhöht werden müssen, da sämtliche
biegsame Verbindungs-und Umlaufrohre zu beiden Seiten der Feuerbüchse in einer annähernd
senkrechten, neben den Seitenwänden des Aschenkastens liegende Ebene angeordnet
sind. Die äußeren Querabmessungen der Lokomotive können vielmehr trotz des verhältnismäßig
großen möglichen Durchmessers der Verbindungs- und Umlaufrohre, z. B. 35 bis 4o
mm Innendurchmesser bei .einem Lokomotivkessel mit einer stündlichen Verdampfungsleistung
von 30 cbm Wasser, innerhalb der zulässigen Grenzen gehalten werden. Endlich
bieten die außerhalb des Aschenkastens liegenden biegsamen Verbindungs- und Umlaufrohre
den weiteren Vorteil, d;aß sie leicht zugänglich und auswechselbar sind und auch
eine etwaige Instandsetzung und Auswechslung von Siederohren erleichtern.
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In den unbeheizten und tief liegenden biegsamen Verbindungs- und Umlaufrohren
würde sich jedoch bei der Verwendung von unreinem Wassei der sich bildende und mitgenommene
Schlamm absetzen und Verstopfungen erzeugen, was noch dadurch erleichtert würde,
daß der Durchmesser der biegsamen Rohre, der an sich zwar groß, aber doch wesentlich
geringer ist als derjenige der Siederohre. Um dem vorzubeugen, wird nach einer weiter
verbesserten Ausführungsart der Erfindung die an der Unterseite des Rauchrohrlangkessels
zu beiden Seiten für das Abzweigen der entsprechenden Verbindungsrohre senkrecht
bzw. waagerecht angeordnete Verteilungsvorrichtung als Entschlammungsvorrichtung
.ausgebildet, die nach Wunsch entweder ein Entschlammen des Rauchrohrlangkessels
oder das gleichzeitige Entschlammen der sämtlichen Siederohre und der diese verlängernden
biegsamen Umlaufrohre ermöglicht oder das Entschlammen eines jeden Siederohres mit
seinem Verbindungsrohr einzeln gestattet. Dadurch ist es möglich, öfters, z. B.
während der Dienststunden der Lokomotive, leichte und rasche Reinigungen vorzunehmen
und somit eine zu große Ablagerung von Schlamm zu vermeiden oder gegebenenfalls
bei längeren Aufenthalten der Lokomotive eine seltenere aber gründliche und geprüfte
Reinigung auszuführen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel schematisch
dargestellt. Es zeigen Fig. i meiner Längsansicht die gesamte Anordnung der die
Feuerbüchse begrenzenden Rohrelemente mit den biegsamen Verbindungsrohren und der
Verteilungsvorrichtung, Fig. 2 eine linke Stirnansicht von Fig. i, Fi;g.3 die Draufsicht
auf die biegsamen Verbindungsrohre im Zusammenhang mit den Siederohren sowie mit
der Verteilungsvorrichtung, Fig. q. und 5 im teilweisen Schnitt die Anordnung der
unteren Enden der Siederohre in ihren Lagern, Fig.6 einen Schnitt durch die Längsachse
der als Entschlammungsvorrichtung ausgebildeten Verteilungsvorrichtung.
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Der Siedesammler z (im allgemeinen sind zwei solche Sammler vorgesehen,
je einer zu jeder Seite der Längsachse der Feuerbüchse) weist :eine Reihe paralleler
und ungefähr senkrechter Siederohre i auf. Die Siedesammler 2 sind durch das eine
Ende starr an die Feuerbüchsenröhrenplatte T befestigt, während das andere Ende
auf einen Träger S aufliegt und sich unter der Einwirkung der Hitze nach allen Richtungen
hin frei bewegen kann. Die Siederohre können je aus einem einzelnen äußeren Rohr
i oder aus zwei gleichachsigen Rohren i, 3 (Fig. 2) bestehen, wobei dann das innere
Rohr 3 in an sich bekannter Weise zur Führung des Wassers und der Dampfblasen dient.
Des weiteren sind die Siederohre i mit ihren oberen Enden an die Siedesammler 2
befestigt, während ihre unteren Enden durch biegsame Verbindungsrohre 5 an einer
Verteilungsvorrichtung q. angeschlossen sind, welche mit dem zylindrischen RauchrohrJangkessel
H fest verbunden ist und durch die Leitung D, mit der am wenigsten warmen Wassermasse
des Kessels in Verbindung steht. Die biegsamen Verbindungsrohre 5 sind hierbei außerhalb
des unmittelbaren Wirkungsbereichs des Feuers bzw. der heißen Gase, und zwar unterhalb
der Rostebene G und außerhalb des Aschenraums angeordnet. Sie haben einen verhältnismäßig
geringen Durchmesser und sind mit Biegungen 6 oder mit halbkreisförmigen Schleifen
7 (Fig. 3) an dem einen Ende oder den beiden Enden A, B versehen. Bei größeren
Verbindungsrohren werden Kugelgelenke C vorgesehen, die eine freie Beweglichkeit
der Verbindungsrohre in den beiden Richtungen erlauben. Es ist zweckmäßig, den an
den beiden Seiten der Feuerbüchse in einer im wesentlichen senkrechten Ebene angeordneten
Verbindungsrohren eine ungefähr gleichmäßige und gleichgerichtete
Neigung
zu geben und hierbei plötzliche Krümmungen zu vermeiden, um das Entstehen von Dampf-
bzw. Wassersäcken zu verhüten und die Auftriebbewegung des Wassers sowohl in den
Verbindungsrohren 5 als auch des Wassers und der Dampfblasen in den Siederohren
i zu erleichtern.
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Die Biegungen 6 sowie die Schleifen 7 der Verbindungsrohre 5 nehmen
die Ausdehnung und die etwa mögliche Krümmung der Siedesammler 2 und der Siederohre
i auf. Ferner gewährleisten die Verbindungsrohre 5 einen starken Umlauf zwischen
den Siederohren i und der großen Wassermasse des Rauchrohrlangkessels H. Die Schenkel
der Schleifen 7 und die Biegungen 6 können so angeordnet und bemessen werden, daß
die gesamte Ausdehnung der letzteren in der Länge unter der doppelten Wirkung der
Wärme und des Kesseldrucks die entsprechende Ausdehnung der Siedesammler 2 soweit
als möglich aufliebt. Es ist auf diese Weise möglich, die die Krümmung der Verbindungsrohre
5 bewirkende Kraft wesentlich herabzusetzen. Falls jedoch die Verbindungsrohre 5
durch ihre Anordnung oder Form einen verhältnismäßig zu hohen Widerstand den Ausgleichsbeanspruchungen
bieten sollten, so können die Siederohre t mit ihren unteren Enden, und zwar ohne
Spiel in der Längsrichtung der Feuerbüchse, in einem mehrfach gelagerten Träger
S (Fig. ,l und 5) gehalten werden. Hierbei hat der den Träger bildende Baustoff
ungefähr die gleiche Längsausdehnung wie der Baustoff der Siedesammler 2, jedoch
unter Berücksichtigung der Temperaturunterschiede zwischen diesen beiden Körpern.
Die Lageröffnungen des Trägers S haben jedoch in der Querrichtung einen gewissen
Spielraum 9, wodurch den Siederohren i die Möglichkeit gegeben wird, sich auf der
entgegengesetzten Seite zum Feuer in die Quere zu krümmen, um die Befestigungsstellen
der Siederohre t sowie ihre Haltbarkeit nicht irgendwie zu beeinträchtigen.
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Die als Entschlammungsvorrichtung ausgebildete Verteilungsvorrichtung
4., mittels der die Siederohre i mit der am wenigsten warmen Wassermasse des Rauchrohrlangkessels
über die Leitung,0 verbunden sind, liegt in einer geringeren Höhe als diese Leitung
und als die Gesamtheit der Siederohre. Sie besteht aus einem Abschlußhahn i o, durch
den der Umlauf unterbrochen werden kann, und ferner aus einem Entleerungshahn i
i (Fig. i, 2, 6), der außer dem völligen Entleeren der Siederohre i, der Verbindungsrohre
5 und des Rauchrohrlangkessels PI noch das Ablassen des Schlammes aus den Siederohren
i gestattet. Dieses erfolgt durch den sehr heftigen umgekehrten Wasserumlauf in
den Siederohren i, wenn der Hahn io geschlossen und der Hahn i t geöffnet wird.
Sollte zwischen zwei aufeitianderfolgenden Etitsclilammungen zufällig ein Verbindungsrohr
5 durch Schlamm verstopft sein, so wird der Umlauf des Wassers und des Dampfes in
dem dazugehörigen Siederohr i durch das innere Rohr 3 (Fig. 2) doch gewährleistet.
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Die Entschlammungsvorrichtung .1 kann auch so ausgeführt werden, daß
sie außer dem Entleeren sämtlicher Siederohre i mit den dazugehörigen Verbindungsrohren
5 auch das Entleeren und Entschlammen jedes einzelnen. Siederohres i mit dem dazugehörigen
Verbindungsrohr 5 allein gestattet. In diesem Falle besteht die Entschlammungsvorrichtung
gemäß Fig. 6 aus einem Zylinder ¢, in dessen Mantel die biegsamen Verbindungsrohre
5 längs einer Erzeugenden einmünden, während ein hohlzylindrisches Verschlußteil
12 mit sanfter -Reibung drehbar in dem Zylinder ¢ angeordnet ist. Dieses Verschlußteil12
ist nach oben und unten offen und ist über seinen Mantel mit Löchern E versehen,
die in der Höhenrichtung den verschiedenen, in den Mantel mündenden Verbindungsrohren
5 entsprechen, aber seitlich um einen gewissen Winkel gegeneinander verlegt sind,
so daß die Löcher E in der Form einer Schraubenlinie angeordnet sind. Durch langsames
Drehen des Verschlußteils 12 ist es somit möglich, die verschiedenen Verbindungsrohre
5 je einzeln nacheinander freizulegen. Wird die letzte Wähllage überschritten, so
werden durch einen breiten Längsschlitz F des Verschluß.teils 12 sämtliche Verbindungsrohre
5 gleichz<itig freinel(#gt, wodurch die sämtlichen Siederohre i durch den Entleerungshahn
t t entleert werden kiinnen.