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Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Überdruck gegenüber der Atmosphäre
betriebenen zylindrischen Dampfkessel-Feuerraum, welcher von zwei konzentrisch zueinander
stehenden Außenmänteln und einem im Abstand von diesen angeordneten, den Feuerraum
begrenzenden Innenmantel umschlossen ist.
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Es ist bekannt, Verbrennungsräume, welche gleichzeitig einem hohen
Innendruck und einer hohen Wärmebelastung ausgesetzt sind, mit einer die Wärmebeanspruchung
aufnehmenden inneren Wand und einer die Druckbeanspruchung aufnehmenden äußeren
Wand zu versehen. Die innere Wand wird hierbei als verhältnismäßig dünne Wand ausgebildet
und überträgt die auf sie ausgeübten Druckspannungen über Rippen od. dgl. auf die
Außenwand, während durch ein zwischen der Innenwand und der Außenwand strömendes
Kühlmittel die Wärmebeanspruchungen von der Außenwand abgehalten werden. Schon bei
mäßigen Drücken (6 bis 8 Atm.) ergeben sich dabei für die Außenwand beachtliche
Wandstärken, die bei dem unvermeidlichen Temperatursprung zwischen der Innenseite
und der Außenseite und die dadurch bedingte unterschiedliche Wärmedehnung zwischen
inneren und äußeren Fasern erhebliche zusätzliche Wärmebeanspruchungen im Gefolge
haben, die zu Spannungsrissen führen können.
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Es sind weiterhin doppelwandige Behälter für unter Überdruck stehende
heiße Gefäße oder Dämpfe bekannt, wobei die Doppelwände in einem gewissen Abstand
voneinander angeordnet sind.
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Bei diesen bekannten Behältern befindet sich in dem von den beiden
Wänden eingeschlossenen freien Raum das gleiche Medium wie im Innenraum. Hierdurch
wird zwar die zwischen freiem Raum und Innenraum befindliche Wand druckentlastet,
jedoch wird die äußere Wand des freien Raums nicht intensiv genug durch das Medium
gekühlt. Dadurch kann aber die Innenwand des druckfesten Außenmantels nicht mit
der Außenwand temperaturgleich gehalten werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen mit Überdruck gegenüber
der Atmosphäre betriebenen zylindrischen Feuerraum für Dampfkessel zu schaffen,
bei dem vor dem druckfesten Außenmantel ein mit Abstand von diesem an der Innenseite
angeordneter weiterer Mantel vorgesehen ist und bei dem die Innenwand des druckfesten
Außenmantels so gekühlt ist, daß sie mit der Außenwand des druckfesten Mantels im
wesentlichen temperaturgleich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
der von den zwei Außenmänteln gebildete Ringraum von einem flüssigen Kühlmittel
und der von der Innenwand der Außenmäntel und des den Feuerraum begrenzenden Innenmantels
gebildeter Ringraum von Luft oder dem noch zu verbrennenden Gas durchströmt ist
(um auf diese Weise Temperaturgleichheit der Außenmäntel sicherzustellen).
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Auf diese Weise werden die Temperaturen der beiden Wandungen, welche
den den Druck aufnehmenden Mantel bilden, einander weitgehend angeglichen, so daß
Spannungen, die durch unterschiedliche Wärmedehnung auftreten könnten, vermieden
werden. Durch die Unterteilung des den Druck aufnehmenden Mantels in zwei Wände,
von denen erfindungsgemäß die Außenwand eine größere Wandstärke als die Innenwand
haben kann, wird ferner erreicht, daß der Temperatursprung von der Innenseite einer
Wand zu ihrer Außenseite und damit die auftretenden Wärmespannungen wesentlich niedriger
sind als bei einem einteiligen Mantel. Die Wirkung kann noch verbessert werden,
wenn die innere Wandung des druckaufnehmenden Mantels an der dem Ringraum zugekehrten
Außenseite eine beispielsweise durch Kühlrippen vergrößerte Oberfläche erhält, so
daß die Kühlwirkung des durchfließenden Kühlmittels sich auf diesen Wandungsteil
noch stärker auswirken kann. Als Kühlmittel verwendet man zweckmäßigerweise das
Speisewasser für den mit der Feuerung verbundenen Dampfkessel, das normalerweise
unter einem Druck, der 0,5 bis 5 atü über dem Druck des Feuerraums liegt, den Ringraum
durchströmt, während der zwischen dem wärmeaufnehmenden Innenmantel und dem inneren
Teil des druckaufnehmenden Außenmantels liegende Ringraum von der Verbrennungsluft
oder auch bei Gasfeuerungen von dem als Brennstoff dienenden Gas durchströmt wird.
Hierbei ist auch die Möglichkeit gegeben, den Ringraum zu unterteilen und einen
Teil des verbleibenden Ringquerschnitts als Durchflußquerschnitt für Luft und den
anderen für Erdgas oder ein sonstiges Gas zu benutzen.
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Der zwischen den beiden die Druckbeanspruchungen aufnehmenden Außenmänteln
liegende Ringraum wird erfindungsgemäß am oberen Ende durch einen ringförmigen Deckel
abgeschlossen, welcher dicht mit den beiden Mänteln verschweißt ist. An diesem Ring
wird erfindungsgemäß unter Zwischenschaltung einer Weicheisenpackung der Deckel
des Feuerraums befestigt. Eine besonders günstige Form des Abschlusses, die vor
allem für sehr hohe Drücke geeignet ist, erhält man, wenn man die Enden der beiden
Zylindermäntel so abschrägt, daß der Ringquerschnitt nach dem oberen bzw. unteren
Ende zu abnimmt und diesen Abschnitt durch einen ringförmigen Deckel mit trapezförmigem
Querschnitt verschließt. Der Ring wird in diesem Fall in zwei oder drei genau aufeinander
angepaßte Teile unterteilt und bei exzentrischer Stellung der beiden Zylinder in
den Ringraum eingebracht. Nach dem Einrücken der Zylinder in genau konzentrische
Stellung werden die Ringstücke im Ringraum so gedreht, daß sie einander zu einem
Ring ergänzen und dann von außen mit den Deckel durchdringenden Schrauben angezogen.
Dabei werden der. Anpreßdruck und damit die abdichtende Wirkung erhöht durch den
auf die innere Ringfläche wirkenden Innendruck des Ringraums.
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Der Deckel kann nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wiederum
in zwei Teile unterteilt werden, deren äußerer als Ring ausgebildet ist und an dessen
innerem Rand der kreisförmige, die Brenner enthaltende Deckel befestigt wird.
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Die Zeichnung stellt zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstands der
Erfindung dar.
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A b b. I zeigt eine Bauart, bei welcher der den Ringraum zwischen
den beiden Mänteln abdeckende Ring mit den Mänteln verschweißt ist; A b b. 2 zeigt
eine besondere Ausgestaltung -des Abschlußrings für hohe Innendrücke.
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Der Feuerraum ist mit 1 bezeichnet. Er wird nach außen begrenzt durch
einen die Wärme aufnehmenden Mantel 2, der mit dem Deckel durch einen inneren Deckel
12 verbunden ist. An den Zylinder 2
schließt sich nach außen zunächst
ein Ringraum 3 an.
Dieser Ringraum wird nach einem ersten Gedanken
der Erfindung von der Verbrennungsluft oder dem zu verbrennenden Gas durchströmt,
wobei beide etwa unter demselben Druck stehen wie der Innenteil des Feuerraums.
Wird der Ringraum von Luft durchströmt, so dient diese als Sekundärluft für den
Verbrennungsprozeß, für die in der Decke 20 angeordneten, nicht veranschaulichten
Brenner. Die Sekundärluft kann direkt in den Feuerraum 1 über die Öffnung 30, sie
kann aber auch, wenn diese öffnungen nicht vorhanden sind, über den Auslaß 31 direkt
dem Brenner zugeführt werden. Letztere gilt besonders für den Fall, daß in dem Ringraum
3 an Stelle von Luft das zu verbrennende Gas strömt. Dies wird beim Vorbeiziehen
an den Wänden 4 und 2 vorgewärmt und tritt im vorgewärmten Zustand in den nicht
veranschaulichten Brenner ein. Der Eintritt für die in den Ringraum 3 strömende
Sekundärluft oder das Brenngas ist nicht veranschaulicht. Die Brenngase treten über
die Öffnung 32 in ebenfalls nicht veranschaulichte weitere Wärmetauscher oder sonstige
weitere Verwertungsstellen aus. An den Ringraum 3 schließt sich nach außen der den
Druck aufnehmende Teil des Mantels an, der seinerseits aus einem Innenmantel 4 und
einem Außenmantel s besteht. Beide schließen zwischen sich einen Ringraum 6 ein.
Der Ringraum wird von dem Speisewasser durchströmt, das durch den Flansch 7 in dem
Ringraum eintritt. Die Ableitung des Speisewassers ist nicht dargestellt. Die innere
Wand des druckaufnehmenden Mantels besitzt in der dem Ringraum 6 zugewandten Seite
Kühlrippen 22. An seinem oberen Ende wird der Ringraum 6 abgeschlossen durch einen
Ring 16. Dieser Ring ist bei der Bauart nach A b b. 1 mit den beiden Mänteln verschweißt.
Die Schweißstellen sind innen und außen noch durch aufgeschweißte Ringe 8, 18 gesichert.
An dem Ring 16 ist mit Hilfe von Schrauben 9 der äußere, ringförmige Teil 10 des
Deckels angeschraubt. Der innere Teil des Deckels 20 ist seinerseits mit
dem Teil 10 durch Schrauben 29 verbunden. Weicheisenpackungen 11, 21 ergeben
in beiden Fällen die notwendige Dichtung. Am unteren Ende sind die Mäntel 2, 4 und
5 in einen Deckel 13 eingeschweißt, der zur Versteifung mit Rippen 23 versehen ist.
17 ist ein den Ringraum 6 durchdringender Stutzen, der einerseits zur Versteifung,
d. h. zur Übertragung des vom Innenmantel 4 aufgenommenen Drucks auf den Außenmantel,
andererseits zur Aufnahme von Leitungen oder Geräten dient.
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Bei der Bauart nach A b b. 2 sind die Enden der Mäntel an den Stellen
14,15 bzw. 24, 25 so abgeschrägt, daß der Ringquerschnitt von innen nach dem oberen
bzw. unteren Ende abnimmt. Dadurch entsteht ein keilartiger Querschnitt, in den
der Ring 16 bzw. 26 durch die Schraube 9 bzw.19 unter Einwirkung des Innendrucks
in den Raum 6 hineingedrückt wird, so daß er ihn dicht nach außen abschließt. Am
unteren Ende wird der gleiche Abschluß bewirkt durch den Ring 26 und die Anlageflächen
24, 25. Um die Ringe 16 bzw. 26 in den Ringraum 6 hineinzubringen, müssen sie in
mehrere Teile unterteilt werden. Diese Teile werden bei exzentrischer Stellung der
Mäntel 4 und 5 in den Ringraum eingebracht, dann nach Herstellung
der konzentrischen Stellung der beiden Mäntel innerhalb des Ringraums so gedreht,
daß sie einander je einen Ring 16 bzw. 26 ergänzen und schließlich mit Hilfe der
Schrauben 9 bzw.19 angezogen. Dabei legen sich die Ringe mit ihren abgeschrägten
Seitenflächen gegen die entsprechend ausgebildeten Endflächen der Mäntel und ergeben
eine gute Abdichtung, die durch den im Innenraum 6 herrschenden Innendruck noch
unterstützt wird.