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Dampferzeuger.
Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger der mit geringem Wasserüberschuss arbeitenden
Zwanglaufbauart, besonders für Fahrzeug-und Schiffsbetrieb, wo an schnelle Anpassung an die stark veränderlichen Belastungsverhältnisse die höchsten Anforderungen gestellt werden. Zum Betriebe eines solchen Dampferzeugers ist die selbsttätige Regelung des Verhältnisses von Brennstoff, Luft und Wasser bei der veränderlichen Dampfabgabe erforderlich. Diesem Zwecke muss auch der Kessel in vielen Einzelheiten angepasst sein. Daher wird nachstehend der Kessel mit den Regeleinrichtungen, wie er in den Fig. 1-44 dargestellt ist, beschrieben und die Wirkungsweise erklärt, um anschliessend daran darzustellen, was als Erfindung in Anspruch genommen wird.
Fig. 1 ist eine sinnbildliche Darstellung der Heizflächen des Dampferzeugers in bezug auf den Weg der Heizgase, Fig. 2 ist eine seitliche Ansicht des Kessels mit den Hilfsmaschinen, Fig. 3 ist ein
Schnitt durch den Kessel nach der lotrechten Mittelebene, Fig. 4 ist ein Schnitt durch Überhitzer, Vorwärmer und Luftvorwärmer in einer waagrechten Ebene, Fig. 5 und 6 zeigen die Anordnung von strömungsteehnischen Verdrängungskorpern zwischen den Rohren des Kessels, Fig. 7 gibt einen
Querschnitt des Kessels in perspektivischer Darstellung, Fig. 8 ist ein Querschnitt durch den Lufterhitzer und Brenner, Fig. 8 A durch den Vorwärmer und Feuerraum, Fig. 9 ist ebenfalls ein Schnitt durch den Vorwärmer und Feuerraum, gegen den Brenner hin gesehen, Fig.
10 stellt eine Ansicht mit Teilschnitt des Brenners dar, Fig. 11 einen lotrechten Schnitt durch die Brennerachse, Fig. 12 ist eine Draufsicht auf den Lufterhitzer, Fig. 13 eine Vorderansicht mit Schnitt durch den Luftkanal, Fig. 14 und 15 sind ebenfalls Schnitte durch den Lufterhitzer, Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht des in der Brennkammer liegenden Teiles des Rohrsystems des Kessels, Fig. 17 ist eine aus der gleichen Richtung gesehene perspektivische Darstellung des die Berührungsrohrbündel enthaltenden oberen Teiles des Kessels, Fig. 18 stellt eine Einzelheit der Ausbildung von enggebogenen Rohren dar, Fig. 19 bis 21 zeigen die Ausbildung besonders gestalteter Rohrkrümmer, Fig. 22 (auf dem Blatt bei Fig. 4) die Befestigung der Brennkammerkühlrohre, Fig. 23 und 24 zeigen den Dampfabscheider, der in Fig. 7 in Ansicht dargestellt ist, Fig.
25 und 26 geben eine Anordnung zum Schutze der Verbindungsrohre gegen Beheizung wieder, Fig. 27 stellt eine gasdichte Rohrdurchführung durch das Gehäuse dar, Fig. 28-31 sind perspektivische Ansichten von einzelnen Rohrschlangen, wie sie für die Formung der Heizflächen benutzt werden, u. zw.
Fig. 28 für Feuerraum-Seiten- und Rückwand, Fig. 29 für Seitenwände und Berührungsbiindel, Fig. 30 für den Brennkammerboden, Fig. 31 für die Brennkammerdecke, Fig. 32 zeigt die Form der Rohrschlangen im Speisewasservorwärmer, Fig. 33 die des Überhitzers, die übereinanderliegenden Rohrschlangen sind abwechselnd gegenläufig gebogen und tragen einander, Fig. 34 gibt eine Seitenansicht des zusammengebauten Überhitzers, Fig. 35 stellt sinnbildlich das Zusammenarbeiten der verschiedenen Regelungsvorrichtungen dar, Fig. 36 die gleiche Anordnung mit etwas veränderter Wirkungsweise, Fig. 37 ist ein Schnitt durch das Steuerventil, Fig. 38-40 veranschaulichen Formen des dazugehörigen Steuerkolbens, Fig. 41-43 sind Darstellungen der Regelkurven, Fig.
44 zeigt die Sonderausbildung eines Reglerteiles.
In Fig. 1 ist in sinnbildlicher Darstellung wiedergegeben, welche Heizflächengruppen innerhalb des Gehäuses und in welcher Reihenfolge sie angeordnet sind. Das Speisewasser fliesst aus dem Sammel-
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behälter A durch einen Wärmeaustauscher B zu den Speisepumpen 0, die es durch den RauchgasSpeisewasservorwärmer D zu einem Sammler drücken, an denen mit Drosselstrecken die Kühlflächen und Beruhrungsverdampferflächen F--G-H angeschlossen sind, die das Dampfwassergemisch in den Wasserabscheider J ausströmen. Der erzeugte Dampf durchströmt den Überhitzer K auf dem
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durchfliesst den Wärmeaustauscher B und geht, soweit es nicht abgeschlämmt wird, in den Speisewasserbehälter A zurück.
Als Wärmequelle ist ein Brenner M dargestellt, dessen Heizgase in der durch Pfeile gekennzeichneten Reihenfolge den Kessel durchstreichen, wobei der am Gasaustritt liegende Lufterhitzer nicht dargestellt ist.
In Fig. 3 und 4 ist die räumliche Anordnung dieser Heizflächen im Schnitt, in Fig. 16 und 17 in perspektivischer Ansicht dargestellt.
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ein Berührungsrohrbündel und umkleiden zugleich einen Raum 245, in dem die von unten aufsteigenden Gase umgelenkt werden. Fig. 33 zeigt die Form einer Rohrschlange. Die nächste Rohrschlange ist entgegengesetzt gebogen, so dass sie diejenigen Wandteile deckt, welche die andere freigelassen hat.
Infolge der Gegenwindungen können die Überhitzerrohrsehlangen unmittelbar aufeinandergelegt werden, ohne den Gasdurehgang zu versperren. Durch die waagrechte Anordnung aller Überhitzer-
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sammler abströmen, während sich in dem Bündel ein beschränkter Wasserumlauf entwickelt. Auch wenn beim Zuschalten des Kessels an den Dampfabnehmer der Überhitzer noch nicht ganz leergedampft ist, besteht keine Gefahr des Wassermitreissens, weil die oberen Rohre frei sind. Das lässt die Fig. 34 erkennen.
Mit Hilfe von Ventil 244"kann der Überhitzer so weit entwässert und durch strömenden Dampf gekühlt werden, dass beim Öffnen des Hauptventils 244'keine Gefahr besteht.
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Einsatzkörper aus feuerfestem Baustoff vorgesehen werden nach Fig. a und 6, welche einerseits die Gasgeschwindigkeit erhöhen, anderseits durch Abstrahlung zusätzliche Wärme auf die Heizfläche übertragen.
Der Dampferzeuger in der beschriebenen Anordnung hat in allen seinen Teilen, Vorwärmer, Überhitzer und Verdampfer, ausschliesslich waagrechte oder aufsteigende Rohrschlangen, welche Dampfstau unmöglich machen. Die Verdampferheizflächen bestehen aus Rohrschlangen, die gleich bemessen und gleich beheizt sind, so dass in jedem Heizflächenteil an der Decke, den Wänden, am
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sind. Diese Anordnung sichert bei geringstem Wasserüberschuss beste Verteilung a @f alle Rohrstränge und gibt damit die Möglichkeit, einen Dampferzeuger von geringstem Eigengewicht, kleinstem Wasserinhalt und grösster Regelfähigkeit zu schaffen.
Zu diesem Zweck wird auch das den Dampferzeuger umgebende Gehäuse sehr leicht gehalten.
Unmittelbar hinter den Kühlwandrohren liegt eine Blechwand 247 (Fig. 22 bei Fig. 4) aus hitze- beständigem Metall, welche zum Ausgleich von Wärmedehnungen ähnlich wie die Platte 2.'31 in Fig. 7 wellenförmig gebogen sein kann. Dahinter liegt eine Lage 247' von Leichtisolierstoff und, falls erforderlieh, eine zweite Lage 248 des gleichen oder eines ähnlich wirkenden Stoffes. Das Ganze wird durch Metallplatten 257 abgedeckt, welche allein oder ebenso wie die Platten 217-2. 37 eine gasdichte Wand bilden. Diese Wand ist so bemessen, dass die Feuerzüge mit Überdruck betrieben werden können.
Zu diesem Zweck werden die Platten 257 an die Gerüstträger 254 unter Zwischenlage von Dichtungen angeschraubt oder mit ihnen unmittelbar verschweisst. Dadurch, dass hinter den Rohren ein gasdichtes Gehäuse geschaffen wird, ist es möglich, trotz der geringen Isolierstärke die Gerüstlräger 2o4
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Muttern 251 die Tragbalken 253 befestigt sind. Soweit erforderlich, werden sie aus hitzefesten Legierungen hergestellt. Die Seitenwandrohre (Fig. 22) sind mit angeschweissten Haken 2J6 an Tragpratzen 25. angehängt, die ihrerseits mit den Gerüstträgern 25J verbunden sind. Im allgemeinen wird für diese Befestigung die Schweissverbindung angewandt werden.
Die Stirnwand der Brennkammer wird von dem Ölbrenner eingenommen. An dem Düsenstein 258 (Fig. 10 und 11) ist mit Sehrauben 259 eine Stirnplatte 260 befestigt, die den Brennerring 261 mit den Leitschaufeln 262 trägt. In der Mitte dieser Öffnung ist der kegelige Streuteller 263 angeordnet, der in an sich bekannter Weise axial verstellbar ist und dem von aussen das Öl und das Streumittel,
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Die Luftkammer des Brenners ist völlig geschlossen und mit Wärmeschutz 269 versehen. Sie hat Leitschaufeln 278 und eine spiralförmig eingezogene Aussenwand 270, um die bei 271 vom Lufterhitzer kommende Luft gleichmässig zu verteilen. Die Leitschaufeln beginnen im geraden Lufteintrittskanal und teilen ihn in Kanäle 272-277.
Die Luft wird dem Brenner zugedrückt. Das Gebläse muss auch die Verbrennungsgase aus dem Kessel drücken. Deshalb ist der Brenner nach aussen vollständig dicht abgeschlossen.
Für die Zündung ist in dem Düsenstein 268 eine Öffnung 278 vorgeschen, durch welchen ein Gasbrenner eingeführt wird. Um diesen Brenner mit Luft zu versellen, sind zwei Leitschaufeln 27 derart zusammengeführt, dass eine besondere Windkammer entsteht, der durch die Öffnungen 280 Luft zugeführt wird.
Über dem Lufteintritt 271 des Ölbrenners ist der Röhrenlufterhitzer 282 angeordnet, durch dessen Rohre die Feuergase ziehen (Fig. 3) und die durch den Kanal 28. 3 abziehen. Die Luft tritt durch den Kanal 284 ein und strömt durch den Lufterhitzer unmittelbar in den Brenner ein.
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Es ist selbstverständlich, dass ein derart hochentwickelter Dampferzeuger nur ausnahmsweise von Hand gesteuert wird und dass, besonders bei Fahrzeugantrieb, eine selbsttätige Steuerung, die
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Vor Inbetriebsetzung wird der Kessel bis zu dem geschlossenen Ventil 244' (Fig. 34) mit Wasser gefüllt, wobei das Entlüftungsventil 244"geöffnet ist.
Dann wird der Gasbrenner angezündet und mit Hilfe eines Motorventilators 292, 291 (Fig. 2) Luft eingeblasen sowie Heizöl zugeführt. Nach Zündung der Ölflamme wird der mit Flaschengas betriebene Hilfsbrenner abgestellt. Sobald das Wasser im Kessel zu kochen beginnt, was nach wenigen Sekunden der Fall ist, und das Ventil 244" haupt- sächlich nur Dampf abbläst, wird dieses geschlossen und 244'geöffnet, um Dampf für die Hilfsturbine zu liefern, welche das Gebläse 288 für die Verbrennungsluft, die Speisepumpe 289 und die Heizölpumpe 290 und die Schmierölpumpe 290'antreibt.
Von diesem Zeitpunkt an beginnt die selbsttätige Regelung des Dampferzeugers. Als Hauptgrosse für die Messung werden dabei die entnommene Dampfmenge und das Vorhandensein eines Wasseriiberschusses betrachtet. Daher werden die Pumpen in vorbezeichneter Weise gemeinsam angetrieben, um einerseits das richtige Verhältnis Brennstoffluft, anderseits die Förderung einer die Verdampfung übersteigenden Wassermenge ohne besondere Regelung sicherzustellen. Die Aufgabe der Regelung ist dann nur noch, dieses Verhältnis zu ändern, wo es andern Betriebsbedingungen nicht entspricht.
Damit dieses überschüssige Wasser nicht in den Überhitzer kommt, ist ein Regler vorgesehen, der in Abhängigkeit vom Wasserstand im Abscheider das Übersehusswasser abfliessen lässt.
Das abfliessende heisse Wasser kann benutzt werden, die Verbrennungsluft oder das Speisewasser anzuwärmen und in der in Fig. 25 und 26 dargestellten Weise in einem Mantel die Überströmrohre 292 zum Abscheider vor unmittelbarer Beheizung zu schützen.
Die Fig. 35 zeigt die Anordnung der Regelvorrichtungen zur selbsttätigen Steuerung des Dampf- erzeugers. Der Weg der Flüssigkeit und des Dampfes ist darin, ähnlich wie in Fig. 1, sinnbildlieb in Form von einfachen Rohrschlangen dargestellt. Das Wasser fliesst im Zwanglauf durch den Vorwärmer D und den Verdampfer F, G, H in den Abscheider 232. Von dort geht der Dampf durch den Überhitzer K und die Rohrleitung 244 zum Dampfverbraucher, etwa zur Turbine 12.
Die Hilfsturbine 287, die mit Eigendampf oder mit Fremddampf betrieben werden kann, treibt im unveränderlichen Übersetzungsverhältnis die Speisepumpe 289, das Gebläse für die Verbrennung- luft 288 und die Brennstoffpumpe 290 an. Die Speisepumpe ist so bemessen, dass sie stets mehr Wasser liefert, als mittels der geförderten Brennstoff-und Luftmenge verdampft werden kann. Die über- schlüssige Wassermenge fliesst aus dem Abscheider durch ein Rohr 1 ab und wird je nach Bedarf und Menge abgeschlämmt, oder in den Kreislauf zurückgeführt durch Ablassen in den Speisewasserbehälter.
Zu diesem Zweck ist an den Abscheidern eine fest eingestellte Drosselvorrichtung 2 angeschlossen und parallel zu ihr eine geregelte Ablassvorrichtung 3.
Die Feuerung des Dampferzeugers besteht aus einem Ölbrenner 4, dem Öl durch die Rohrleitung 5 von der Ölpumpe 290 zugedrückt wird, und einem Luftkasten 6, dem durch den Kanal 7 Luft von dem Gebläse 288 zugeführt wird. Zum Zünden ist ein Gasbrenner 8 vorgesehen, dem Gas durch ein Rohr 9 zugeführt wird, das von einem Regelventil 10 beeinflusst wird.
Die Menge des durch Leitung 5 fliessenden Öles wird von einem Mengenmesser 14, die Menge der durch Kanal 7 strömenden Luft mittels des Mengenmessers j ! 6 gemessen. Diese beiden Messer beeinflussen den auf ein bestimmtes Verhältnis Brennstoff zu Luft eingestellten Steuerkolben 26 des
Gebers, der seinerseits das Regelventil M in der Brennstoffleitung beeinflusst.
An die Dampfleitung 244 ist ein Druckmesser 17 angeschlossen, der mit Zeiger 18 und Skala 19 den Dampfdruck hinter dem Kessel anzeigt. Ein anderer Druckmesser 20 mit Zeiger 21 und Skala 22 zeigt den Druck an einer Stelle an, wo der Dampf bereits zum Teil entspannt ist, etwa hinter der ersten Turbinenstufe. Die Anzeigeuntersehiede dieser beiden Druekmesser geben ein Mass für die Dampfmenge. Diese Messer 17 und 20 beeinflussen über Steuerschieber die Stellung eines Steuerkolbens in dem Geber 27, der seinerseits einen entsprechenden Druck des Steuermittels Öl oder Pressluft auf die druckempfindliche Steuerung 28 des Turbineneinlassventils der Hilfsturbine 287 einstellt.
Mit dem Abscheider 2-32 ist ein Wasserstandsmesser 23 verbunden. Mit Hilfe eines U-Rohres mit Queeksilberfüllung und eines Schwimmers wird in Abhängigkeit vom Wasserspiegel im Behälter 232 der Zeiger 24 über der Skala 25 verstellt. Dabei verstellt er mittels Gestänge 41 auch einen Steuerschieber und beeinflusst dadurch das Drosselventil 42 in der Ölleitung und den Steuerzylinder 29, der mittels Drehklappe 15 die Luftmenge regelt. Eine Hilfsöl- oder Pressluftpumpe 30 ist mit der Hilfsturbine unmittelbar gekuppelt. Das Öl geht durch eine Leitung.'31 zu einem federbelasteten Wellrohr 33, welches das eine Ende des Steuerhebels 34 beeinflusst.
In dem Steuerzylinder 35 bewegt sieh der Hilfskolben, der das Einlassventil der Hilfsturbine verstellt. Die zum Steuerzylinder 35 fliessende Ölmenge wird von einem Kolben beeinflusst, der im Zylinder 37 mittels der Stange ; ; 6 bewegt wird. Das gewöhnlich offene Regelventil 38 lässt das überschüssige Öl aus der Leitung 31 durch 32 mit Drosselstrecke 38' zur Pumpe. 30 zurückfliessen.
Das Steuerventil, wie es unter 26, 37 und 41 verwendet wird, ist in Fig. 37 dargestellt. Es besteht aus einem zylindrisehen Gehäuse 37 mit einer zylindrisehen Bohrung und zwei ringförmigen Austritts-
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beide Ringschlitze verschliessen. Wird die Sehieberstange bewegt, so fliesst das von links eintretende Drucköl durch die innerhalb der beiden Kugeln liegende Öffnung weiter. Die Kugelform gewährt eine schleichende Eröffnung, wie sie für ein ruhiges Arbeiten der Regelvorrichtung erforderlich ist.
Die verschiedene Empfindlichkeit der Regler 26, 37, 41 kann durch verschiedene Formen der Schieber erzielt werden, wie sie in Fig. 38,39, 40 dargestellt sind, so dass die Regler nicht gleichzeitig, sondern mit mehr oder weniger Verzögerung ansprechen.
Der Wasserstandsregler 23 (Fig. 35) verstellt einen sol ('hen Steuerschieber 11, der nach beiden Seiten Drucköl durchlassen kann. Der obere Anschluss ist verbunden mit dem Brennstoffregelventil 42
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Die Fig. 41 zeigt, in welcher Weise der Regler 23 arbeitet. Angenommen, die feste Absehlämm- vorrichtung sei so bemessen, dass sie nicht alles Überschusswasser abführt. Dann wird sich in dem Behälter 232 ein Wasserspiegel einstellen. Es bedeutet nun in Fig. 42 a die Lage des Behälterbodens, b die des Anschlusses für das Abflussrohr, c die untere zulässige Grenze für den Wasserspiegel. Von dieser Höhenlage an bis zu einer oberen zulässigen Lage des Wasserspiegels bei e geht der Hauptregelbereich. Er zerfällt in zwei Stufen, die der Luftregelung von c bis d und die der Abflussregelung von d bis e. Über e setzt die Sicherheitsregelung ein.
Wenn der Wasserspiegel etwa bei d steht, so ist die gewünschte Übereinstimmung vorhanden, sofern die erstmalige Abstimmung auf diese Mittelstellung eingerichtet worden ist. Die Drosselklappe 15 ist dann weit offen und das Abflussventil 3 lässt nur wenig Wasser durch. Steigt jedoch der Wasserspiegel, so öffnet das Abflussventil 8 immer weiter. Dies wird dadurch eingeleitet, dass die Steuerkolbenstange 41 nach unten bewegt und die Ölpressung in Ventil 3 erhöht wird. Steigt der Wasserspiegel noch über 3 hinaus, so beginnt der Öldruck das Umlaufventil 38 zu schliessen, so dass der im Wellrohr 33 ansteigende Druck das Einlassventil der Hilfsturbine drosselt und die geförderte Wassermenge herabsetzt. Diese Regelung kann bis zum Stillsetzen der Hilfsturbine durchgeführt werden.
Während dieser ganzen Regelung war die Drosselklappe 15 im Luftkanal weit offen. Sinkt dagegen der Wasserspiegel unter die Mittellage, so lässt Regler 29 infolge des nun abnehmenden Öldruckes durch eine Feder oder ein Gewicht die Luftzufuhr durch Verstellen der Klappe 15 drosseln.
Infolge der auf ein bestimmtes Verhältnis Brennstoff zu Luft eingestellten Messer 14 und 16 beginnt gleichzeitig der Steuerschieber 26 Öldruck auf den Geber zu leiten, der das Regelventil 13 in der Brennstoffleitung drosselt. Diese Regelung ist bis zu kleinen Belastungen möglich. Sinkt der Wasserspiegel trotzdem noch ab, so greift ein Sicherheitsregler ein, indem der vom Kolben 41 gesteuerte Öldruck die Drosselung und, falls nötig, die vollständige Absperrung der Brennstoffzufuhr durch das Ventil 42 veranlasst.
In Fig. 36 ist eine etwas andere Regelanordnung dargestellt bezüglich des Einflusses des Sicher- heitsreglers bei veränderlichem Wasserstand. Im Schaubild 42 unterscheidet sich diese Regelung dadurch, dass die Zone des verstärkten Abschlämmens zwischen d und e der Fig. 41 durch ein Kurz- schliessen der Speisepumpe ersetzt worden ist.
Der Wasserstandsregler 23 verstellt den Steuerkolben 41. In Mittellage ist die Luftdrossel- klappe 15 weit offen und das Umführungsventil 43 geschlossen. Steigt der Wasserspiegel, so beginnt das Umführungsventil 43 zu öffnen, so dass nicht mehr alles Wasser in den Kessel gefördert wird.
Diese Art der Regelung vermeidet die Wärmeverluste durch verstärkte Abschlämmung, die bei der
Anordnung nach Fig. 13 auftreten würden Bezüglich der Hilfsregelung bei Erreichen der oberen oder der unteren Sicherheitsgrenze können die bei Fig. 35 erläuterten Massnahmen beibehalten werden.
Sinkt der Wasserspiegel unter das Mittel, so schliesst das Umführungsventil 43 und die Luftklappe 15 beginnt zu drosseln, damit über 16-14 auch die Brennstoffmenge beeinflussend.
Die Fig. 41 und 42 zeigen geradlinigen Regelverlauf. In Wirklichkeit wird er mehr nach den gekrümmten Linien gemäss Fig. 43 erfolgen. Die Krümmung dieser Linien kann durch die in Fig. 38-40 gezeigte verschiedenartige Formung der Steuerkolben weitgehend beeinflusst werden.
Fig. 44 zeigt, wie mit einem Regler 23 zwei verschiedene Steuerkolben betätigt werden können, wobei noch ein toter Weg eingeschaltet ist, damit die Steuerung erst mit Verzögerung anspricht, wie dies für die Sicherheftsregler im allgemeinen notwendig ist.
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