Röhrendam pferzenger. Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhrendampferzeuger, der ausser der laufend eingespeisten, bei einem Durchlauf verdampf- L en N Vassermenge noch eine zusätzliche Was- sermenge enthält und besteht darin, dass die Verdampferrohre mit Fallrohren durch Zwi schenglieder, aus denen der Dampf entnom men wird,
während das Wasser zu den Fall rohren weiterströmt, zu Umlaufgliedern ver bunden sind, die nicht mit einer Dampf wassertrommel mit einem höher als die Zwi schenglieder liegenden Wasserspiegel in Ver bindung stehen, so dass der umlaufende Was serinhalt des Röhrendampferzeugers in Ein zelumläufe aufgeteilt ist.
Die Röhrendampferzeuger, deren Ver- dampferröhren nur das bei einem Durchlauf verdampfte Speisewasser zugeführt und am Ende als Dampf entnommen wird, enthalten in ihrem feuerbeheizten Teil nur wenig Wasser. Sie können infolgedessen in kurzer Zeit aufgeheizt werden und haben den Vor teil, dass sie explosionssicher sind. Ihr Be- trieb ist aber in hohem Masse von dem zu verlässigen Arbeiten der Speisevorrichtung und einer schnellen Feuerregelung abhängig.
Versagt die Speiseeinrichtung, so hört auch sofort die im Betrieb vorhandene, durch das strömende Dampfwassergemisch und Dampf verursachte Kühlung der feuerbeheizten Rohrwandfläche auf.
Es sind auch Röhrendampferzeuger be kannt, die ausser der laufend eingespeisten, bei einem Durchlauf verdampften Wasser menge noch eine zusätzliche Wassermenge enthalten, so dass aus den in eine Trommel einmündenden Verdampferrohren ein Dampf wassergemisch austritt und in der Trommel die Trennung des Dampfes von Überschuss- wasser stattfindet. Das Wasser fliesst durch Fallrohre einem untern Sammelbehälter zu,
von dem die Verdampferrohre ausgehen und in den das Speisewasser entsprechend dei verdampften Menge eingespeist wird. Für die Ausbildung des bei diesem Röhrendampf erzeuger vorhandenen natürlichen Umlaufes durch die Verdampferrohre wirkt sich die Trägheit der verhältnismässig grossen Wasser menge auf der Fallrohrseite nachteilig aus.
Ferner erfordert das Dampfmachen beim An heizen verhältnismässig viel Zeit, weil nicht das bei einem Durchlauf erwärmte Wasser sofort wieder den Verdampferrohren zufliesst, sondern dieses Wasser zunächst oben auf den Wasserinhalt der Fallrohre auftrifft und seine Bewegungsenergie verliert, während aus dem untern Wasserbehälter frisches Speisewasser nachströmt. Es muss also erst ein verhältnimässig grosser Wasserinhalt bis zum Sieden erhitzt werden.
Demgegenüber besteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung darin, dass die Strö- mungsgeschwindigkeit des von den Ver- dampferrohren zu den Fallrohren weiterströ menden Wassers für den Umlauf ausgenutzt wird. Da das von den Verdampferrohren hochgeführte Wasser stets sofort weiter ge leitet wird, kann sich im obern Teil der Ver- dampferrohre keine Wassersäule bilden, die das freie Abströmen .des Dampfes hindert.
Infolge der Aufteilung des umlaufenden Wasserinhaltes des vorliegenden Röhren dampferzeugers in so viele kleine Teilmengen, wie Umlaufglieder vorhanden sind, ist an keiner Stelle des Dampferzeugers eine Wasser menge mit grossem Trägheitsmoment vor handen. Je geringer der Strömungswider stand in dem einzelnen Umlaufglied ist, desto beweglicher ist die kleine Teilwasser menge. Es werden deshalb auch nur leichte Pulsationen mit geringen Gegenstössen er folgen, die den ständigen Umlauf nicht stören, so dass eine gute Kühlung der feuer beheizten Verdampfungsflächen durch das strömende Wasser gesichert ist.
Infolge der günstigen Umlaufverhältnisse kann der an sich kleine Wasserinhalt eines Umlaufgliedes ohne Gefahr in weiten Gren zen verändert werden. Bei grossem Wasser inhalt ist der Verdampfungsvorgang ähnlich wie in einem Wasserrohrkessel mit natür lichem Umlauf.
Der Wasserinhalt ist aber, bezogen auf idie Heizfläche oder auf die Ver- dampfungsleistang, nur ein Bruchteil gegen- über normalen Wasserrohrkesseln. Bei mittle rem Wasserinhalt, welcher imR.egelbetrieb vor handen ist, ergibt sich ein Verdampfungsvor- ga.ng wie in einem Durchlaufverdampfer mit Überschussspeisung. Je mehr der Wasser inhalt verringert wird,
desto ähnlicher wird der Verdampfungsvorgang demjenigen eines einfachen Durchlaufverdampfers. Dieser weite Spielraum bezüglich des zusätzlichen Wasser inhaltes der Umlaufglieder ergibt eine für einen Röhrendampferzeuger sehr hohe Be triebssicherheit und ferner eine Gleichmässig keit der Dampferzeugung auch bei stark vor- oder nacheilender Speise- und Feuerregelung.
Der vorliegende Dampferzeuger vereinigt somit wesentliche Vorzüge der bekannten Röhrendurchlaufverdampfer und Wasserrohr kessel, ohne die erwähnten Nachteile dieser Kesselgattungen aufzuweisen. Gegenüber den Durchlaufverdampfern zeichnet er sich haupt sächlich durch geringere Empfindlichkeit und erhöhte Betriebssicherheit aus.
Er ist deshalb auch für Kohlenfeuerung und wegen seines relativ geringen Gewichtes als Kessel für leichte Fahrzeuge, wie Triebwagen und Kraftwagen, besonders geeignet, kann aber auch als Spitzenleistung kessel in Kraft werken vorteilhaft verwendet werden.
Auch bei stark schwankenden Belastungen, wie sie zum Beispiel bei Triebwagen vorkommen, ist ein sicherer Betrieb ohne Verwendung ver wickelter Regelorgane gesichert und ein wei ter Spielraum im Wasserinhalt zwischen einem unerwünschten Wassermitreissen und anderseits unzulässiger Überhitzung des Dampfes in den Umlaufgliedern vorhanden.
Auf der Zeichnung zeigt Fig. 1 die ver einfachte Darstellung eines Umlaufgliedes nach der Erfindung, und Fig. 2 in grösserem Massstab als Beispiel ausführung einen Schnitt durch den obern Teil des Umlaufgliedes mit der Dampfablei tung;
Fig. 8 zeigt schematisch ein Ausführungs beispiel einer Gruppe hintereinander ge- schalteter Umlaufglieder, die ein mit hori zontaler Achse verlaufendes Schlangenrohr bilden, und Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der aus einem Behälter gespeisten Umlaufglieder; Fig. 5 zeigt einen senkrechten Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Röhren dampferzeugers ;
Fig. 6 zeigt einen Teil des zugehörigen Grundrisses Fig. 7, 8 und 9 zeigen je einen senkrech ten Schnitt durch drei weitere Ausführungs beispiele des Röhrendampferzeugers; Fig. 10 zeigt einen .senkrechten Schnitt durch noch ein anderes Ausführungsbeispiel, und Fig. 11 einen Teil des zugehörigen Grund risses.
Bei den in Fig. 1 bis 4 dargestellten Um laufgliedern ist das feuerbeheizte Steigrohr mit 1 und das unbeheizte oder nur schwach beheizte Fallrohr mit 2 bezeichnet. Im obern Teil des Umlaufgliedes ist die Verbindung des Steigrohres mit dem Fallrohr mit grossem Rohrbogen und unten mit kleineren Rohr bogen, aber an allen Stellen ohne scharfen Richtungswechsel ausgeführt, so dass ein Umlaufglied mit einem geschlossenen, stö rungsfreien Umlaufweg entsteht. Wasser wird in das Fallrohr 2 durch eine Leitung 3 in der im Rohr vorhandenen Strömungsrich tung eingespeist.
Der in dem Steigrohrteil erzeugte Dampf wird am obern Ende des Umlaufgliedes, und zwar an der Übergangs- stelle zwischen Steigrohr- und Fallrohrteil, abgeführt. Zu diesem Zweck :sind in dem Verbindungsrohrstück 4 Löcher oder Schlitze 5 vorgesehen, die in ein auf das Rohrstück 4 aufgesetztes Ableitungsrohr 6 einmüden.
Auf diese Weise steht für das Abscheiden des Dampfes aus dem strömenden Dampfwasser gemisch ein so langer Weg zur Verfügung, dass es möglich wird, aus dem strömenden Dampfwassergemiseh den Dampf abzuschei den, ohne die Geschwindigkeit des in dem Gemisch enthaltenen Wassers wesentlich zu vermindern. Zwischen dem Dampfableitungs- rohr 6 und .dem Fallrohr 2 ist noch ein Verbindunbsrohr 7 vorgesehen, durch das etwaiges Niederschlagwasser oder vom Dampf mitgerissenes Wasser in das Fallrohr zu rückfliessen kann.
Bei sehr hoher Heizflächenbelastung kann es vorkommen, :d-ass von dem umlaufenden Wasser noch ein Teil des Dampfes in einen hinter -der Dampfabscheidestelle liegenden Rohrabschnitt des Übergangsrohres 4 mit gerissen wird. Damit dieser mitgerissene Dampf zur Dampfabscheidungsstelle zurück strömen kann, ohne die Geschwindigkaitdes weiterlaufenden Wassers zu beeinträchtigen,
erhält für derartige hochbelastete Kessel der hinter der Dampfabscheidestelle liegende Rohrabschnitt des Umlaufgliedes vorteilhaft eine grössere lichte Weite.
Beidem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind drei aus je einem Steigrohr und einem Fallrohr .gebildete Umlaufglieder zu einer in sieh geschlossenen Gruppe vereinigt.
Das erste Steigrohr 1 ist mit dem nächstfolgen den Fallrohr 2 -verbunden, dieses Fallrohr mit dem zweiten Steigrohr, dieses wieder mit dem nächsten Fallrohr, dieses Fallrohr mit ,dem dritten Steigrohr und dieses mit dem dritten Fallrohr, das zum ersten Steig- rohr zurüekführt. Gespeist wird durch die Leitung 3 nur in das in .das erste Steigrohr \1 einmündende Fallrohr 2.
Dagegen wird der Dampf .am obern Teil jedes einzelnen aus Steigrohr und Fallrohr gebildeten Umlauf gliedes durch ein Ableitungsrohr 6 entnom men. Es kann aber auch in jedes Fallrohr einer Gruppe .gespeist werden.
Fig. 4 zeigt Umlaufglieder mit einem in die :Speiseleitung eingeschalteten Vorratss- behälter B. Der Wasserspiegel in diesem se hälter liegt tiefer als die Dampfentnahme stelle und auch niedriger als,die obersten be- heizten Stellender Steigrohre 1 der Umlauf- glieder. Vom untern Teil,
des Behälters füh ren Speiseleitungen 9 zu den Fallrohren 2 ,der Umlaufglieder, deren Dampfableitungs- rohre 6 in, den obern Teil des Behälters ein münden. Durch den Dampf wird in dem Behälter !8 ,das .Speisewasser, das im Behälter "über einen Rieselvorwärmer 10 fliesst, vor gewärmt.
Mit 12 ist die Speiseleitung und mit 13 die zur Verbrauchsstelle gehende Dampfleitung bezeichnet. Selbstverständlich brauchen nicht alle Dampfableitungsrohre der Umlaufglieder zu dem Vorratsbehälter geführt zu werden. Es muss nur ein Druck ausgleich zwischen,dem Vorratsbehälter und den Umlaufgliedern stattfinden können.
Hier für .genügt .gegebenenfalls ein Verbindungs rohr zwischen der Dampfableitung der Um laufglieder und .denn obern Teil des Vorrats behälters.
In Fig. 5 und 6 liegen die Steigrohre 1 der Umlaufglieder dicht nebeneinander und bilden ,den Manteldes Brennraumes 1.5. Die Umlaufglieder sind fortlaufend in der Weise hintereinander geschaltet,
wie dies vorstehend bei Fig. 3 für eine aus drei Gliedern zusam- mengefasste Umlaufgruppe beschrieben ist. Sie ergeben eine kreisförmig in sich zurück laufende Schlange.
Die Speisung erfolgt in jedes dritte Fallrohr in .der in diesem herr schenden Strömungsrichtung. Das Speise- wasser wird in einem Ring 16 eingespeist, von,dem Speiserohre 17 zu,den betreffenden Fallrohren 2 führen.
Der in den Steigrohren erzeugte Dampf wird am obern Teil jedes Umlaufgliedes abgeschieden und durch Ab- leitungsrohre 18 einem Sammelring 19 zu- geführt. Von dem Ring 19 geht ,der Dampf durch eine Leitung 20 zu einem Überhitzer 21, ;
der in einem sieh an den Brennraum an schliessenden Heizzug 2,2 angeordnet ist. In dem Heizzug 22 liegt über dem Überhitzer 21 ein ',Speisewasservorwärmer 23, von dem eine Leitung 24 zum -Speisewamerring 16 führt.
In Fig. 7 ist der .Speisewasservorwärmer mit 25 bezeichnet. Er ist als Verdampfungs- vorwIrmer ausgebildet. Die das Dampf wassergemisch aus dem Vorwärmer 25 ab führenden Rohre sind mit 26 bezeichnet.
In diesen Rohren wird der Dampf ausgeschie den und durch Dam.pfableitungsrohre ,27 in ,die Steigrohre 1- der Umlaufglieder ein- geführt. Hinter der Dampfabzweigungsstelle enthalten die -an das Rohr 26 sich anschlie ssenden Rohre 28 von Dampf befreites Was ser,
das in den Fallrohrteil 29 des Umlauf- gliedes in der in ihm herrschenden Strö- mungsrichtung eingeführt wind. Die Um laufglieder können beispielsweise ringförmig, wie in Fig. 5 und 6,
oder auch an beiden Seiten eines rechteckigen Brennraumes an geordnet sein. Von jedem Umlaufglied wird oben der in ihm erzeugte Dampf in einem Dampfsammler BO abgeführt.
Das Dampfwassergemisch, das aus dem Verdampfunb vorwärmer austritt, könnte auch ohne vorherige Ausscheidung des Damp fes in. die @Steigrohrteile der Umlaufglieder eingeführt werden. Dadurch würde man auch schon eine Verbesserung ödes Umlaufes er reichen. Es kann aber auch ein Teil des Ver- dampfungssystemes, z.
B. eine von den an dern Umlaufgruppen getrennte Umlauf gruppe, so -ausgebildet werden"dass in ,diesem Verdampferteil ein höherer Druck aufrecht erhalten werden kann als in den übrigen Teilen. Der auf diese Weise erzeugte Dampf höheren Druckes wird dem beheizten Steig rohrteil einzelner oder aller Umlaufglieder zugeführt, um den Umlauf zu verstärken.
In Fig. 8 wird der den Brennraum um schliessende Mantel durch eine in Form einer sechsgängigen Schraube gewickelte Rohr schlange gebildet. Die einzelnen Rohrschlan gen dieses Mantels sind mit 31 bis 36 be zeichnet. Jede dieser sechs Rohrschlangen ist mit einem unbeheizten Fallrohr zu einem Umlaufglied vereinigt, beispielsweise die Rohrschlange 31 mit einem Fallrohr 37.
Die oberste Windung der Rohrschlange geht also ohne scharfen Richtungswechsel in das ab wärtsführende Fallrohr 37 über, und dieses ist am untern Ende so abgebogen, dass es ohne scharfen Richtungswechsel zum untern Eintrittsende des Schlangenrohres 31 führt. In dieser Weise bildet jedes Schlangenrohr den Steigrohrteil eines Umlaufgliedes. Der in diesem Steigrohrteil erzeugte Dampf wird am obern Ende des Umlaufgliedes, und zwar an der Übergangsstelle zwischen Steigrohr teil und Fallrohrteil, abgeführt. Mit 38 ist das Dampfableitungsrohr des Umlaufgliedes, zu dem das Steigrohr 31 gehört, bezeichnet.
An die Dampfableitungsrohre der-sechs Um laufglieder schliessen sich Rohre an, in denen die Überhitzung des Dampfes erfolgt. Das an das Rohr 38 sich anschliessende Über hitzerrohr ist mit 39 bezeichnet. Der aus Rohrwindungen dieser Anschlussrohre gebil dete Überhitzer 40 liegt bei dem gezeichne ten Ausführungsbeispiel in einem an den Brennraum sich anschliessenden Heizzug 41. Der aus den Umlaufgliedern des Verdampfer- systemes entnommene Dampf strömt also un mittelbar zum Überhitzer.
In Fig. 9 und 10 sind verschieden stark beheizte Umlaufglieder hintereinander ge schaltet. In Fig. 9 sind als Steigrohre Schlangenrohre verwendet, die wieder in Form einer sechsgängigen Schraube gewickelt sind. Die am stärksten beheizten Schlangen rohre 44 bilden den Mantel des Brennraumes 43. Hinter die Umlaufglieder dieser am stärksten beheizten Steigrohre sind noch je zwei Umlaufglieder geschaltet, deren Steig rohre 45 bezw. 46 in gewissem Abstand kon zentrisch zu den Rohren 44 liegen. Die Steig rohre 44 der ersten Umlaufglieder sind mit Fallrohren 47 verbunden, die zu den Steig rohren 45 der zweiten Umlaufglieder führen.
Diese sind mit Fallrohren 48 verbunden, die zu den Steigrohren 46 der dritten Umlauf glieder führen, und diese wieder sind mit den Fallrohren 49 verbunden, die zu den Steigrohren 44 der ersten Umlaufglieder zu rückführen. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind die Fallrohre 47 bezw. 48 und 49 nur mit einfachen Linien gezeichnet, ob wohl entsprechend den sechs Steigrohren auch sechs Fallrohre vorhanden sein würden. Es ist jedoch auch eine Ausführung möglich, bei der für jede der Steigrohrgruppen ein ge meinsames Fallrohr vorhanden ist, in das oben die sechs Steigrohre einmünden und das unten wieder in sechs Übergangsrohre auf geteilt ist.
Bei dieser letzteren Ausführung wird die von jedem einzelnen Steigrohr zum Fallrohr überströmende Wassermenge vom Fallrohr aus wieder auf sämtliche Steigrohre verteilt, so dass ein gewisser Ausgleich zwi schen den Strömungsverhältnissen der ein zelnen Steigrohre stattfindet.
Der in den einzelnen Umlaufgliedern er- zeugte Dampf wird am obern Teil jedes Um laufgliedes abgeleitet, wie die Pfeile 50, 51, 52 andeuten. Die Speisung erfolgt nur in die am stärksten beheizten Umlaufglieder, und zwar zweckmässig in die zu den Steigrohren 44 zurückführenden Fallrohre 49, wodurch die in der Beschreibungseinleitung erläuterte wirksame Kühlung der am stärksten beheiz ten Rohre eintritt. Diese Speisung der Um laufglieder ist bei 53 angedeutet.
Die Heiz gase treten am obern Ende des Brennraumes 48 unterhalb einer Decke 54 in einen Heiz- zug 55 und von diesem am untern Ende in einen Heizzug 56, der am obern Ende mit dem Rauchabzug 57 in Verbindung steht.
Es ist ersichtlich, dass die den Brenn- raummantel bildenden Steigrohre 44 der ersten Umlaufglieder am stärksten beheizt sind, und dass die Steigrohre 45 der zweiten Umlaufglieder, die einen die Heizzüge 55, 56 trennenden 1AIantel bilden, schwächer beheizt sind, und dass schliesslich die aussenliegenden Steigrohre 46 der dritten Umlaufglieder von den schon abgekühlten Rauchgasen nur noch verhältnismässig schwach beheizt werden.
Werden die konzentrisch angeordneten Rohrschlangen, welche die Steigrohre der Umlaufglieder bilden, mit gleicher Gangzahl gewickelt, so nimmt bei den von innen nach aussen aufeinander folgenden Rohrschlangen entsprechend ihrem grösseren Durchmesser die Steigung ab und die Länge einer Win dung zu. Infolgedessen ist in den weiter aussen liegenden Rohrschlangen der Strö- mungswiderstand grösser.
Um diesem Ein fluss entgegen zu wirken und in den konzen trisch liegenden Rohrschlangen annähernd gleichen Strömungswiderstand zu erhalten, kann man die Rohrschlangen, die grösseren Durchmesser haben, mit grösserer Gangzahl ausführen, also zum Beispiel hinter die sechs gängige eine achtgängige und hinter diese eine zehngängige Rohrschlange schalten. Die Steigrohre einer Gruppe erhalten dann ein gemeinsames Fallrohr, das am untern Ende in so viele Übergangsrohre aufzuteilen ist, wie die nachgeschaltete Gruppe Steigrohre hat.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 und 11 sind wieder drei Gruppen verschieden stark beheizter Steigrohre vorhanden, die mit ihren zugehörigen Fallrohren zu Umlauf gliedern vereinigt sind. Die Steigrohre sind in der Weise um einen Brennraum 60 an geordnet, dass die im Brennraum von unten nach oben ziehenden Heizgase durch die von den Steigrohren gebildeten Rohrreihen hin durchstreichen. Die der Brennraumachse zu nächstliegenden Steigrohre 61 sind am stärk sten, die mehr zurückliegenden Steigrohre 62 weniger stark und die am weitesten zurück liegenden Steigrohre 63 am schwächsten be heizt.
Die zugehörigen, an ihren untern En den mit den Steigrohren 61, 62, 63 verbun denen Fallrohre sind mit 64, 65, 66 bezeich net. Alle Steig- und Fallrohre sind in der aus Fig. 11 ersichtlichen Weise hintereinan der geschaltet, so dass sie. eine fortlaufende Rohrschlange bilden. Eingespeist wird in die Fallrohre 64, die zu den am stärksten be heizten Steigrohren 61 führen, so dass diese, wie das oben erläutert ist, die grösste Wasser menge erhalten. Von jedem aus Steigrohr und Fallrohr gebildeten Umlaufglied wird am obern Teil der Dampf aus dem Wasserstrom ausgeschieden und abgeleitet.
Ein solches Dampfableitungsrohr ist in Fig. 10 mit 67 bezeichnet und die an ein Fallrohr 64 an geschlossene Speiseleitung mit 68. Die Um laufglieder 61, 64 sind etwas höher als die Umlaufglieder 62, 65 und diese wieder etwas höher als die Umlaufglieder 63, 66. Der Scheitel des Umlaufweges liegt also in dem stärker beheizten Glied höher als in dem ihm nachgeschalteten, schwächer beheizten Gliede, in dem das Dampfwassergemisch somit etwas weniger hoch zu heben ist. Dadurch ist dem Umstand Rechnung getragen, dass die Auf triebskraft in den am stärksten beheizten Steigrohren am grössten ist.