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Lokomotivkessel mit Wasserröhrenfeuerbüchse.
Zum besseren Verständnis der durch die Erfindung gelösten technischen Aufgaben sollen zunächst jene nachteiligen Erscheinungen besprochen werden, die bei den in Fig. 1 und 2 im Längs-bzw. Querschnitt dargestellten bekannten Lokomotivkesseln mit Wasserröhrenfeuerbüchse zu beobachten sind. Bei denselben sind zwischen Dampfsammler c und
Rohrrahmen d Wasserrohre fangeordnet ; die Feuerrohre g des Langkessels a sind in der Rohrwand b befestigt ; zwischen Rohrrahmen d und Langkessel a sind Zirkülationsrohre e eingeschaltet ; der Feuerungsraum ist durch eine feuerfeste Wand h zu einem geschlossenen Raum ausgebildet ;
der Kessel ist normalerweise vorn, beim Rauchkasten mit dem Rahmen der Lokomotive fest verbunden, während er hinten, bei der Feuerbüchse durch eine Gleit- unterstützung j, k 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 Lokomotivkesseln rasch zugrunde gehen.
Der erste Fehler besteht darin, dass der auf den hinteren Deckel des Dampfsammlers einwirkende Dampfdruck mit einer grossen Kraft P bestrebt ist, den Dampfsammler aus der Rohrwand herauszuziehen, wodurch eine ständige Deformation der Rohrwand verursacht wird. Dies hat im Gefolge, dass die Rohrwand an der Stelle m Risse bekommt und dass ausserdem die oberen Feuerrohre g des Langkessels undicht werden. Daraus folgt auch, 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 haltbaren Weise noch gar nicht gelungen ist.
Ein weiterer grundsätzlicher Fehler ist, dass die alte Bauart die Verschiedenheit der durch Wärmedilatation entstehenden Schwankungen der Abmessungen in den verschiedenen Teilen des Kessels gar nicht berücksichtigt.
Der Langkessel ist nämlich beim Anheizen, da er vorn fest mit dem Lokomotivrahmen verbunden ist und seine wagerechte Abmessung zunimmt, bestrebt, von seinem fixen Vorder. punkt ausgehend in bezug auf den Lokomotivrahmen nach hinten zu gleiten ; der Rohr-
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grossen Hebelarm einwirkt und die Verklemmung desselben verursacht und weil andrerseits 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 nachgiebigen Wasserrohre. f verziehen, wodurch Undichtigkeiten entstehen. Eine ähnliche schädliche Wirkung hat auf die alte Bauart auch die Wärmedilatation in senkrechter Richtung.
Die senkrechte Abmessung der aus dem Dampfsammler, Wasserrohren und dem Rohrrahmen bestehenden Feuerbüchse ist wesentlich grösser als der Durchmesser des Langkessels. Die linearen Abmessungsänderungen der Feuerbüchse in senkrechter Richtung infolge Temperatur- änderungen sind also absolut wesentlich grösser als die aus demselben Grunde sich ergebende Änderung des Durchmessers vom Langkessel.
Da aber sowohl der Langkessel als auch der Rohrrahmen d unten am Lokomotivlahmen so befestigt sind, dass die Wärmeausdehnung
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nur nach oben, wo diese Teile frei sind, vor sich gehen kann, da ferner der Dampfsammler gleichzeitig vorn mit der Rohrwand fest zusammengebaut ist, ist die freie Ausdehnung in dem Vorderteil der Feuerbüchse verhindert, wodurch sich innere Spannungen ergeben, die den ganzen Kessel defoimieren, was daran feststellbar ist, dass bei den bekannten Loko- : motiven mit der Zeit die ursprünglich parallele Lage der Mittellinien von Langkessel und
Dampfsammler verloren geht.
Schwerwiegende Nachteile folgen daraus, dass man, um sich die Möglichkeit zu sichern, eine genügende Anzahl Feuerrohre anordnen zu können, am Rande der Rohrwand einen Übergang nur mit sehr kleinem Halbmesser ausbilden darf. Die vom Feuer unmittelbar berührte Rohrwand b, sowie die unteren Feuerrohre g, die im Raume n (Fig. i) allmählich von im Betriebe unvermeidlichen, die Wärme schlecht leitenden Ablagerungen bedeckt werden, nehmen nämlich eine sehr hohe Temperatur an, ändern also ihre Abmessungen infolge der Wärmedilatation sehr stark, während die Temperatur des Lingkesselmantels beträchtlich niedriger und gleichmässiger ist.
Die Rohrwand wird also in ihrer Wärme- dilatation in Richtung ihres Durchmessers durch den niedrigere Temperatur besitzenden und sich demgemäss weniger ausdehnenden Langkessel gehindert, wobei aber zu beachten ist, dass, wie schon früher auseinandergesetzte wurde, die Rohrwand gleichzeitig unter der
Einwirkung der durch die Temperaturschwankungen sich ergebenden Längsdilatation der
Feuerrohre ständig in Querrichtung deformiert wird. Dies hat zur Folge, dass die mit kleiner
Abrundung ausgebildeten Übergangsstellen der Rohrwand am Umfang ringsherum bei der
Einspannstelle in dem Langkesselmantel bald Risse bekommen. Die Wahrscheinlichkeit der
Ablagerung von Schlamm und Kesselstein in dem vor der Rohrwand befindlichen Raume n ist um so grösser, als in diesem Raume keine Wasserzirkulation stattfindet, sondern dieser einen toten Raum darstellt.
Es kann nämlich durch den von den Feuerrohren vollkommen ausgefüllten Raum hindurch nicht so viel frisches Wasser diesem Raume zufliessen, wie für den Ersatz der starken Verdampfung erforderlich ist. Im Raume n befindet sich also ein die Wärme weniger gut leitendes Dampfwassergemisch, das zwischen den engen Zwischenräumen der Feuerrohre stecken blieb, den Wasserumlauf hier verhindert und das Aus- scheiden von festen Bestandteilen noch begünstigt. Dieser Nachteil wird auch dadurch ver- grössert, dass der Raum n wegen der Feuerrohre zum Zwecke der Reinigung sehr schwer zugänglich ist. Infolge der Ablagerungen und des Mangels an Abkühlung durch zirkulierendes Wasser durchglüht die Rohrwand unten bald und das Material verliert seine Widerstandskraft.
Das ist ein weiterer Grund der im unteren Teil der Rohrwand häufig auftretenden, den Kessel durchdringenden langen Risse (siehe die in Fig. 2 eingezeichneten punktstrichlierten Linien).
Die angeführten Nachteile sind bei den Lokomotivkesseln nach der Erfindung vollkommen beseitigt. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel im Längsschnitt, die Fig. 4, 5, 6, 7 stellen weitere Auführungsbeispiele dar.
Die mittlere Fläche der Rohrwand b des Langkessels a bildet eine ebene Fläche, der Rand der Wand ist jedoch zumindest unten, zweckmässig jedoch rund herum durch eine ringförmige Zone begrenzt, die nach grossem Durchmesser geformt ist und zweckmässig einen Viertelkreisquerschnitt besitzt (Fig. 2). Die Mittelpunkte o dieser Viertelkreise liegen in einem Kreise und in diesem Kreise sind zur Versteifung dienende äussere Feuerrohre angeordnet bzw. wo die Feuerrohre nicht mehr zweckmässig angeordnet werden können (z. B. im oberen Teile des Längskessels vom Dampfsammler rechts und links und innerhalb des genannten Kreises erfolgt die Versteifung statt mittels Rohre durch Ankerschrauben.
Infolge der Abrundung der Rohrwand nach grossem Halbmesser müsste eine grosse Anzahl von Feuerrohren weggelassen werden ; um dies zu vermeiden, ist der ebene Teil der Rohrwand in der selben Abmessung ausgeführt, wie bei den bekannten Kesseln mit kleiner Abrundung und zwecks Anwendbarkeit einer Abrundung nach grossem Halbmesser ist in Richtung der Rohrwand der Durchmesser des Langkessels entsprechend erweitert. Obwohl dieser erweiterte Durchmesser auf die ganze Länge des Langkessels beibehalten werden könnte, ist es vorteilhafter, die durch die Abrundung gebildete steile Übergangsfläche durch eine sich allmählich erhebende Linie in einen mit normalem Durchmesser gebildeten Langkessel überzuführen. Auf diese Weise entsteht nämlich im unteren Teile des Langkessels an dessen neben der Rohrwand liegendem Ende ein tiefer Schlamm bezw.
Wassersack, der durch seine eigenartige Form die Wirkung der Abrundung, die als die Ablagerungen ableitende steile Gleitfläche wirkt, noch unterstützt. Durch die Abrundung allein wird nämlich erreicht, dass oberhalb der die Feuerbüchse vorn begrenzenden feuerfesten Wandung c also ausserhalb des eigentlichen Feuerraumes, die Rohrwand noch stark schräg ist, dass also dort Schlamm und Kesselstein sich nicht ablagern können, dass ferner die zur Ablagerung geeignete tiefste Stelle d weit weg vom Feuerraume fällt, also hier die Rohrwand selbst bei
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der unter den Feuerrohre und beiderseits von denselben auf diese Weise entsteht, nach einer gebrochenen Linie ergibt aber ausserdem noch, dass hier ein vollkommener Wasser- umlauf entsteht. weil das immer gegen den tiefsten Punkt strebende kühlere Wasser vom höhe.
en Langkessel längs der schiefen Vorderfläche des Wassersackes der Rohrwand zufliesst
Lnd das verdampfende Wasser sofort ersetzt. Ausserdem wird durch das Überführen der
Gleitfläche in einen engeren Langkessel das Gewicht desselben im Vergleiche zu einem durch- gehend zylindrisch erweiterten Kessel vermindert. Der angesammelte, abgelagerte Schlamm kann durch die leicht zugängliche Putzöffnung e bequem entfernt werden. Die grosse Ab- rundung hat weiterhin im Gefolge, dass die Abmessungsänderungen infolge Temperatur- änderungen frei vor sich gehen können, und dass auch die Längsdilatation der Feuerrohre ohne schädlichen Einfluss auf die Umgebung der Einspannstelle der Rohrwand ist, da die
Deformationen der Rohrwand sich auf einen langen Bogen verteilen.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 sind ausgehend aus dem Rohrrahmen g wasserführende
Ro re j nach vorn. bis zum Anfang des Kessels geführt, und der Langkessel ruht auf diesen Rohren j mittels Böcke oder zweckmässiger vermittelst ebenfalls Wasser führender
Hohlkörper k. Da auch in den Ansätzen j Kesselwasser kreist, dehnen sich die Teile i und g unter der Einwirkung von Temperaturschwankungen zusammen genau so viel aus wie der ganze Kessel. Wenn die Rohre i am Lokomotivrahmen ganz vorn fix niedergehalten und sonst wie üblich rückwärts in einem Gleitlager geführt sind, kann diese Verschiebung, da praktisch kein Hebelarm auftritt, ohne Verklemmung vor sich gehen.
Führen auch die Böcke k Kesselwasser, dann sind die senkt echten Dilatationen der Feuerbüchse einerseits und des Langkessels plus der Rohre k anderseits infolge Gleichheit der Höhenabmessungen einander nahezu gleich, die parallele Lage der Mittellinie vom Dampfsammler und Langkessel ist also dauernd gesichert.
Zum Niederhalten der aus dem Dampfdruck stammenden Kraft P sind an dem Mantel des Dampfsammlers unter Vermeidung der Rohrwand eine Anzahl Ankerschrauben m vorgesehen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Rohrrahmen g durch das Zirkulationsrohr n mit dem Langkessel unmittelbar verbunden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist die Rohrwand nur unten mit dem vollen Viertelkreis von grossem Halbme ser begrenzt und die Halbmesser der Viertelkreise nehmen nach oben fortwährend ab. Bei der Aus- führungsform n ? ch Fig. 6 erstreckt sich der Dampfsammler über den Langkessel ; nach Fig. 7 ist der obere Dampfsammler verkürzt und versenkt, wobei das Rohr l zur Verbindung der Dampfräume dient. Selbstverständlich können der Rohrrahmenansatz i sowie die Unterstützungsrohre k bei sämtlichen Ausführungsformen Anwendung finden.
Bei den Anordnungen nach den Fig. 3 bis 7 ist der letzte Mantel des Langkessels nach einem schiefen Kegel ausgebildet ; ohne Berührung des Wesens der Erfindung kann dieser Mantel auch in Form eines geraden oder nahezu geraden Kegels hergestellt werden, wie dies die strichpunktierten Linien der Fig. 3 bis 5 zeigen.
Es ist selbstverständlich, dass der neue Lokomotivkessel auch bei stabilen und halbstabilen Kesselanlagen, Schiffen, Lokomobilen mit gleichem Erfolg verwendet werden kann.
Die Ausbildung der Rohrwand kann auch von der beschriebenen abweichend erfolgen, z. B. auch derart, dass ausser der Abrundung nach einem grossen Halbmesser auch noch der bisher ebenflächig ausgebildete Teil derselben als Kugelfläche ausgebildet ist.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Lokomotivkessel mit Wasserröhrenfeuerbüchse, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem unteren Teil der Rohrwand (b) und dem Langkessel (a) eingeschaltete, Niederschläge von der Rohrwand gegen den Langkessel ablenkende Übergangsfläche derart ausserhalb des Feuerraumes angeordnet ist, dass sie vom Feuer nicht direkt getroffen ist.