DE1155557B

DE1155557B - Blowpipe system for steam locomotives with a diffuser-like upward widening chimney of elongated, especially oval cross-sectional shape and one or more blowpipes

Info

Publication number: DE1155557B
Application number: DEG34126A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr T Giesl-Gieslingen
Original assignee: Dipl-Ing Dr Techn Adolph Giesl-Gieslingen
Current assignee: Dipl-Ing Dr Techn Adolph Giesl-Gieslingen
Priority date: 1961-02-13
Filing date: 1962-01-27
Publication date: 1963-10-10

Description

Blasrohranlage für Dampflokomotiven mit einem diffusorartig nach oben sich erweiternden Schornstein länglicher, insbesondere ovaler Querschnittsform und einer oder mehreren Blasrohröffnungen Die Erfindung bezieht sich auf Blasrohranlagen für Dampflokomotiven und befaßt sich mit der Formgebung der Schornsteine dieser zur Förderung der Verbrennungsluft durch die Ejektorwirkung des Abdampfes der Lokomotivmaschine dienenden Anlagen, und zwar bei solchen Blasrohranlagen, bei denen ein Schornstein länglicher, insbesondere ovaler Querschnittsform Verwendung findet.Blowpipe system for steam locomotives with a diffuser-like top widening chimney of elongated, in particular oval cross-sectional shape and one or more blowpipe openings The invention relates to blowpipe systems for steam locomotives and deals with the shaping of the chimneys of these for conveying the combustion air through the ejector effect of the exhaust steam from the locomotive engine serving systems, namely in those blowpipe systems in which a chimney elongated, in particular oval cross-sectional shape is used.

Derartige Blasrohranlagen sind bereits bekannt, sie verdanken ihr Entstehen dem Streben nach Steigerung des Pumpwirkungsgrades. Demgemäß wurde von Anfang an versucht, durch Verringerung aller Verluste, d. h. des Stoßverlustes, der beim Zusammentreffen von Dampf und Gas entsteht, des Reibungsverlustes an der Schornsteinwand, des Diffusorverlustes während der Umsetzung von Bewegungs- in Druckenergie und des Verlustes durch die kinetische Restenergie an der Schornsteinmündung, ein Maximum an Pumpwirkungsgrad zu erzielen.Such blowpipe systems are already known, they owe them to her Arises from the pursuit of increasing the pumping efficiency. Accordingly, from Tried at the beginning by reducing all losses, i. H. the shock loss, which occurs when steam and gas meet, the loss of friction at the Chimney wall, the diffuser loss during the conversion of kinetic energy into pressure energy and the loss due to the residual kinetic energy at the chimney mouth To achieve maximum pumping efficiency.

Dieses Bestreben führte im Zusammenhang mit Schornsteinen länglicher Querschnittsform zu einem außerordentlichen technischen Fortschritt, da der Überdruck des Abdampfes vor der Blasrohrmündung auf etwa ein Viertel der bei den besten bekannten einfachen Blasrohranlagen mit rundem Schornstein erzielbaren Werte herabgesetzt werden konnte. Dies bedeutet, daß derart dimensionierte Blasrohranlagen einen vierfachen Pumpwirkungsgrad haben.This endeavor resulted in elongated chimneys in the context of chimneys Cross-sectional shape to an extraordinary technical progress, because the overpressure of the exhaust steam before the blowpipe mouth to about a quarter of that of the best known simple blowpipe systems with a round chimney reduce the achievable values could be. This means that blowpipe systems dimensioned in this way are fourfold Have pumping efficiency.

Die Betriebserfahrungen erwiesen nun zwar die logischen Folgen dieser Wirkungsgradsteigerung in Form einer Brennstoffersparnis und erhöhter Leistungsfähigkeit der Lokomotiven, doch ergab sich insofern auch ein gewisser Nachteil, als bei Verwendung schlechterer Kohle oder allgemein auf sehr langen Lokomotivfahrten, bei denen sich größere Aschenmengen am Rost ansammeln, die Luftzufuhr stärker abnahm als bei den herkömmlichen Blasrohranlagen. Dies bedeutete, daß die mit diesen Anlagen höchsten Wirkungsgrades ausgestatteten Lokomotiven empfindlicher wurden, indem ein Anwachsen des Durchtrittswiderstandes der Luft durch die Brennstoffschicht eine stärkere Beeinträchtigung der Dampferzeugung bewirkte, was eine besonders sachgemäße Handhabung der Feuerung erforderte.The operating experience has now shown the logical consequences of this Increased efficiency in the form of fuel savings and increased performance of the locomotives, but there was also a certain disadvantage in that regard as in use poor coal or generally on very long locomotive trips, where collect larger amounts of ash on the grate, the air supply decreased more than with the conventional blowpipe systems. This meant that those with these facilities were highest Efficiency-equipped locomotives were more sensitive by growing the passage resistance of the air through the fuel layer has a stronger impairment the steam generation caused a particularly proper handling of the furnace required.

Die Erfindung bezweckt nun, diesen Nachteil zu beseitigen und Blasrohranlagen mit Schornsteinen länglicher Querschnittsform gegen eine Erhöhung des Strömungswiderstandeswenigerempfindlichzu machen.The invention now aims to eliminate this disadvantage and blowpipe systems with chimneys of elongated cross-sectional shape less sensitive to an increase in flow resistance do.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß durch eine gewisse Erhöhung des Diffusorverlustes, zweckmäßig verbunden mit einer maßvollen Steigerung des Reibungswiderstandes, dieLuftförderungscharakteristik der Blasrohranlage bei steigendem Strömungswiderstand entscheidend verbessert werden kann, wobei der Pumpwirkungsgrad noch immer etwa dreimal so hoch bleibt wie bei den besten herkömmlichen Blasrohranlagen.The invention is based on the knowledge that by a certain Increase in diffuser loss, appropriately combined with a moderate increase the frictional resistance, the air delivery characteristics of the blowpipe system increasing flow resistance can be decisively improved, with the pumping efficiency still remains about three times as high as with the best conventional blowpipe systems.

Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung das Profil des Schornsteins länglicher Querschnittsform in besonderer Weise ausgebildet, was durch Vergleich mit der bisher üblichen Ausführung solcher Schornsteine erläutert werden soll. Zu diesem Zweck wird zunächst auf die Fig. 1 und 1 a der Zeichnung Bezug genommen, die im Längsschnitt bzw. in Draufsicht eine übliche Blasrohranlage mit einem Schornstein länglichen Querschnitts darstellen. Mit 1 ist die Schornsteinwand und mit 2 das Blasrohr bezeichnet, dessen freie Öffnung durch den Spalt zwischen zwei längsseitig angeordneten Einstellschiebern 3 festgelegt wird.For this purpose, according to the invention, the profile of the chimney of elongated cross-sectional shape is designed in a special way, which is to be explained by comparison with the hitherto customary design of such chimneys. For this purpose, reference is first made to FIGS. 1 and 1a of the drawing, which show a conventional blowpipe system with a chimney of elongated cross section in longitudinal section and in plan view. The chimney wall is denoted by 1 and the blower pipe is denoted by 2, the free opening of which is defined by the gap between two adjusting slides 3 arranged on the longitudinal side.

Für höchsten Wirkungsgrad, also geringste Verluste, verlangen die bei Lokomotivblasrohranlagen vorliegenden Medien und Druck- bzw. Geschwindigkeitsverhältnisse bei Schornsteinen länglichen Querschnitts eine Profilgestaltung nach Fig. 1, bei welcher die von der Seitenkante x der Blasrohröffnung zu aufeinanderfolgenden Punkten P einer Erzeugenden der Schornsteininnenwand verlaufenden Geraden G, die in zur Längsmittelebene des Schornsteins (das ist jene Mittelebene des Schornsteins, in der die längere Achse des länglichen Schornsteinquerschnitts liegt und die in Fig. 1 senkrecht zur Zeichenebene durch die Symmetrielinie S verläuft) senkrechten Ebenen und in der allgemeinen Strömungsrichtung der Medien (d. h. im wesentlichen in Richtung der Schornsteinachse) verlaufen, mit der Längsmittelebene des Schornsteins einen Winkel x einschließen, der um so kleiner ist, je weiter der jeweils betrachtete Punkt P von der Blasrohrmündungsebene E-E entfernt ist. Am Ende des sogenannten Mischraumes, d. h. an der engsten Stelle des Schornsteins (Ebene e-e) liegt dabei das Verhältnis üblicherweise zwischen 5 und 5,5 (wobei a der Abstand der engsten Stelle des Schornsteins von der Blasrohrmündungsebene, b die wirksame Weite der Blasrohröffnung und c die lichte Weite des Schornsteins an seiner engsten Stelle ist), während sich das analoge Verhältnis für die Mündungsebene e-e des Schornsteins (m ist der Abstand der Schornsteinmündungsebene 8-e von der Blasrohrmündungsebene E-E, und d ist die lichte Weite der Schornsteinmündung) nach der verfügbaren Bauhöhe richtet und stets etwas größer ist als das Verhältnis Das Erweiterungsverhältnis des als Diffusor wirkenden oberen Schornsteinabschnittes unterschreitet dabei auch im Mündungsbereich nicht den Wert 7.For maximum efficiency, i.e. lowest losses, the media and pressure and speed conditions in chimneys of elongated cross-section require a profile design according to FIG. 1 in which the straight lines running from the side edge x of the blower pipe opening to successive points P of a generatrix of the chimney inner wall G, the planes perpendicular to the longitudinal center plane of the chimney (that is, that center plane of the chimney in which the longer axis of the elongated chimney cross section lies and which in Fig. 1 runs perpendicular to the plane of the drawing through the line of symmetry S) and in the general direction of flow of the media ( ie run essentially in the direction of the chimney axis), enclose an angle x with the longitudinal center plane of the chimney which is smaller the further the point P under consideration is from the blowpipe mouth plane EE. The ratio is at the end of the so-called mixing space, ie at the narrowest point of the chimney (level ee) usually between 5 and 5.5 (where a is the distance between the narrowest point of the chimney and the plane of the blowpipe mouth, b is the effective width of the blowpipe opening and c is the clear width of the chimney at its narrowest point), while the analogous relationship is for the opening level ee of the chimney (m is the distance of the chimney opening level 8-e from the blowpipe opening level EE, and d is the clear width of the chimney opening) is based on the available construction height and is always slightly larger than the ratio The expansion ratio of the upper chimney section acting as a diffuser does not fall below the value 7 in the mouth area either.

Demgegenüber ist eine erfindungsgemäße Blasrohranlage im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ,x, den die von der Blasrohrseitenkante x aus zu aufeinanderfolgenden Punkten P einer Erzeugenden der Schornsteininnenwand 1 in zur Längsmittelebene S des Schornsteins senkrechten und in der allgemeinen Strömungsrichtung der Medien liegenden Ebenen gezogenen Geraden G mit der Längsmittelebene S des Schornsteins einschließen, mit zunehmendem Abstand h der Punkte P von der Blasrohröffnungsebene E-E nur so lange kleiner wird, bis dieser Abstand h mindestens das 11/4fache und höchstens das 2fache des Abstandes a der engsten Stelle c des Schornsteins von der Blasrohrmündungsebene E-E beträgt, und daß dieser Winkel a bei weiterer Zunahme des Abstandes h der Punkte P von der Blasrohrmündungsebene wieder größer wird.In contrast, a blowpipe system according to the invention is essentially characterized in that the angle, x, which the straight lines drawn from the blowpipe side edge x to successive points P of a generatrix of the chimney inner wall 1 in planes perpendicular to the longitudinal center plane S of the chimney and in the general flow direction of the media Include G with the longitudinal center plane S of the chimney, with increasing distance h of the points P from the blower pipe opening plane EE only becomes smaller until this distance h is at least 11/4 times and at most twice the distance a of the narrowest point c of the chimney from the Blowpipe mouth plane EE, and that this angle a becomes larger again with a further increase in the distance h of the points P from the blowpipe mouth plane.

Diese Ausbildung der Blasrohranlage ist in den Fig. 2 und 2a im Achsschnitt bzw. in Draufsicht dargestellt.This design of the blowpipe system is shown in Fig. 2 and 2a in axial section or shown in plan view.

Der kleinste Abstand h jenes Punktes P, in dem der Winkel ,% ein Minimum hat (wo also die Gerade G eine Tangente an die Schornsteininnenwand 2 bildet), ist dadurch gegeben, daß die enge Zone des Schornsteins genügend lang sein muß, um die beabsichtigte Reibungserhöhung genügend wirksam zu machen. In einem Abstand von 1,6 bis 1,7 a nimmt die Reibung infolge der immer größer werdenden Strömungsquerschnitte progressiv ab, so daß es zweckmäßig ist, von dieser Zone an den Diffusorwinkel zu vergrößern, und zwar am besten in der Weise, daß von dort ab bis zur Mündung ein angenähert gerader Kegel mit einem Erweiterungsverhältnis von 6 bis 7 vorliegt. Hierbei ist i die Länge des als Diffusor wirkenden Schornsteinabschnittes und l die lichte Weite des Schornsteins am Beginn dieses Abschnittes.The smallest distance h of that point P at which the angle,% has a minimum (where the straight line G forms a tangent to the chimney inner wall 2), is given by the fact that the narrow zone of the chimney must be long enough to accommodate the intended To make the increase in friction sufficiently effective. At a distance of 1.6 to 1.7 a, the friction decreases progressively as a result of the ever increasing flow cross-sections, so that it is advisable to increase the diffuser angle from this zone, preferably in such a way that from there from to the mouth an approximately straight cone with an expansion ratio from 6 to 7 is present. Here i is the length of the chimney section acting as a diffuser and l is the clear width of the chimney at the beginning of this section.

Im Rahmen der Erfindung soll ferner das schon erläuterte Verhältnis mehr als 5,5, vorzugsweise 6 bis 6,5, in besonderen Fällen bis über 7, betragen.In the context of the invention, the relationship already explained is also intended more than 5.5, preferably 6 to 6.5, in special cases up to more than 7.

Diese Gestaltung ergibt, daß bei einer Zunahme des Strömungswiderstandes durch die Brennstoffschicht, die naturgemäß einen Rückgang der geförderten Gasmenge zur Folge hat, die damit verbundene Verringerung des Reibungs- und Diffusorverlustes eine kompensatorische Wirkung ausübt, so daß der Rückgang der Fördermenge in engen Grenzen bleibt. Dies wirkt sich im Betrieb durch eine bemerkenswerte Unempfindlichkeit gegen schlechten Brennstoff aus.This design results in an increase in the flow resistance due to the fuel layer, which naturally results in a decrease in the amount of gas delivered has the consequence, the associated reduction in friction and diffuser loss exerts a compensatory effect, so that the decrease in the flow rate in tight Limits remain. This has a remarkable insensitivity during operation against bad fuel.

Ein besonders hoher Grad der Unempfindlichkeit wird erreicht, wenn eine Blasrohranlage gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Kessel mit hohem konstantem Anteil des Strömungswiderstandes kombiniert wird, am besten mit einer Drosselung der Siederohrströmung oder mit relativ engen Siederohren.A particularly high degree of insensitivity is achieved when a blowpipe system according to the present invention with a boiler with high constant portion of the flow resistance is combined, preferably with a Throttling of the boiler flow or with relatively narrow boiler tubes.

In Fig.2a sind beispielsweise mehrere nebeneinanderliegende Blasrohröffnungen angedeutet, doch kann auch nur eine Blasrohröffnung gemäß Fig. 1 a vorgesehen sein. Die Profilform des Schornsteins in der Längsmittelebene kann in üblicher Weise gewählt werden.In Figure 2a, for example, there are several adjacent blowpipe openings indicated, but only one blowpipe opening according to FIG. 1 a can be provided. The profile shape of the chimney in the longitudinal center plane can be selected in the usual way will.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Blowpipe system for steam locomotives with a diffuser-like upward widening chimney of elongated, in particular oval, cross-sectional shape and one or more blowpipe openings, characterized in that the change in cross-section of the chimney runs in such a way that the angle (x) formed by the side edge of the blowpipe ( x) from successive points (P) to enclose a generatrix of the chimney inner wall (1) in planes perpendicular to the longitudinal center plane (S) of the chimney and lying in the general flow direction of the media with straight lines (G) with the longitudinal center plane (S) of the chimney increasing distance (h) of the points (P) from the blowpipe opening level (EE) only becomes smaller until this distance (h) is at least 11/4 times and at most twice the distance (a) of the narrowest point (e) of the chimney from the blowpipe mouth plane (EE), and that this angle (a) with a further increase in the distance (h) d he points (P) from the blowpipe mouth level (EE) becomes larger again. z. Blowpipe system according to claim 1, characterized in that the ratio of more than 5.5, preferably 6 to 6.5, where a is the distance between the narrowest point of the chimney and the plane of the blowpipe mouth, b is the effective width of the blowpipe opening and c is the clear width of the chimney at its narrowest point. 3. Blowpipe system according to claim 1 or 2, characterized in that the mean expansion ratio of the diffuser, measured in planes perpendicular to the longitudinal center plane (S) of the chimney and in the general direction of flow of the media, between the cross-sectional plane through that point on the chimney inner wall for which the angle (x) made by the side edge of the blower pipe (_x-) to the chimney inner wall with the longitudinal center plane (S) of the chimney, is a minimum, and the mouth plane of the chimney is between 6 and 7, where i is the length of the chimney section acting as a diffuser and! is the clear width of the chimney at the beginning of this section.