DE185284C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- Jig 185284 KLASSE \3d. GRUPPE

JOHANN BROTAN in GMÜND, Nied.-Österr.

Dampfüberhitzer für Heizröhrenkessel. Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. Juli 1905 ab.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Überhitzer für Heizröhrenkessel (Lokomotiv-, Lokomobil-, Schiffs- und ortfeste Kessel), namentlich solche, bei welchen in dem Langkessel, beispielsweise in einem Teil der Heizrohre, Uberhitzerrohre und in der Rauchkammer eine Naß- und Heißdampfkammer angeordnet sind, die mit den Überhitzerrohren in Verbindung stehen und von

ίο denen die Naßdampfkammer den gesättigten Dampf durch ein Rohr unmittelbar aus dem Dampfraum des .Kessels erhält, während die Heiß dampfkammer den überhitzten Dampf unter Vermittlung eines Reglers an die Schieberkästen abgibt.

Bei den bisher bekannten Überhitzern wird bei geschlossenem Reglerschieber der Dampfzutritt zu dem Überhitzer unterbrochen, was zu vielen Ungelegenheiten Anlaß gibt. So müssen beispielsweise während des Stillstandes der Lokomotive, die die Überhitzerrohre, enthaltenden Heizrohre abgeschlossen werden, um erstere nicht zu. verbrennen;

■ außerdem können die Heizrohre nicht mit überhitztem Dampf, der sich hierzu vermöge seiner gasförmigen Beschaffenheit besonders eignet, ausgeblasen oder gereinigt werden, weil kein solcher vorrätig ist, usw.

. Die Erfindung bezweckt, einen Überhitzer zu schaffen, der diese Nachteile nicht aufweist und außerdem nach jeder Richtung hin den zu stellenden Anforderungen entspricht.

Zu diesem Zwecke wird die Reglerkammer mit einer oder mehreren vom Schieber unbe-. 35 einflußten Öffnungen versehen, die eine Verbindung der Heißdampfkammer des Überhitzers mit dem Dampfraum des Kessels herstellen, so daß der Überhitzer auch bei geschlossenem Schieber der Reglerkammer wirksam bleibt. Es brauchen demnach bei Stillstand der Maschine oder Lokomotive die Heizrohre nicht abgeschlossen zu werden, diese können vielmehr mit überhitztem Dampf ausgeblasen werden, zu welchem Behufe an die Heißdampfkammer des Überhitzers eine mit dieser durch ein Absperrventil verbindbare Blaskammer mit vor den Heizrohren mündenden Blasrohren angeschlossen ist.

Der Überhitzer ist außerdem leicht ausschaltbar und zum Arbeiten oder Fahren mit überhitztem, gesättigtem oder gemischtem Dampf eingerichtet, während dessen Rohrbündel beim Anheizen des Kessels von dessen Feuerbüchse aus abschließbar und stets in ihrer richtigen Lage, unbeeinflußt durch die Wärme und ihre eigene Schwere, gehalten sind.

Die Zeichnungen stellen eine Ausführungsförm des Erfindungsgegenstandes dar, und ist:

Fig. ι ein Längsschnitt durch den Lokomotivkessel, Fig. 2 ein Querschnitt durch dessen Rauchkammer, Fig. 3 ein Schnitt durch die Heißdampfvorrichtung in der Richtung der beiden anschließenden Dampfleitungsrohre, Fig. 4 ein Schnitt durch die beiden Dampfleitungskammern und deren Schieber und Fig. 5 ein Querschnitt durch den Dampfregler und dessen Kammer. Fig. 6 zeigt in Ansicht und Querschnitt eines der Überhitzrohrbündel in der Rauchkammer liegend, samt dem Blasrohr, Fig. 7 im Längsschnitt und Querschnitt ein Heizrohr mit einem Über-

hitzerrohrbündel und Fig. 8 in Längsschnitten und Querschnitt ein Heizrohr mit dem der Feuerbüchse zugekehrten Ende des Überhitzerrohrbündels.

Im Langkessel, und zwar in der Mitte der Rauchkammerrohrwand, ist zwischen dieser und der Rohrwand der Feuerbüchse ein Bündel Heizrohre ι (Fig. i) von namhaft größerem Durchmesser als jener der normalen Heizrohre 2 eingezogen; in der Feuerbüchsrohrwand ist deren Durchmesser entsprechend eingeengt.

Die Querschnittsform dieses Rohrbündels soll symmetrisch und derart beschaffen sein, daß die Anordnung der übrigen normalen Heizrohre 2 ohne viel Raumverlust sich an das Rohrbündel anschließen läßt. In der Rauchkammer, unmittelbar an der Türöffnung und in der Ebene des Heizrohrbündels liegend, befindet sich die eigentliche, aus Stahlguß hergestellte Heiß dämpfvorrichtung mit der Naßdampfkammer 3 der Heißdampfkammer 4 und der Blasdampfkammer 5.
Im Langkessel sind zwei Dampfleitungsrohre 6 und 7 eingelegt. Diese Rohre beginnen an zwei voneinander abgesonderten Stellen des Langkessels, wozu sich ein senkrecht in zwei Teile geteilter Dom oder am besten zwei Dome eignen; diese Rohre münden in je eine Dampfkammer 8 und 9 (Fig. 4) eines eisernen Kastens, der vorn am Langkessel, eüva am Mantel des vorderen Domes oder an der Stirnseite des Dampfsammlers angebracht ist.

Jede dieser Dampfkämmern besitzt ein Dampfventil oder einen Dampf schieber 10 und 11, welche vom Führerstand aus gehandhabt werden. Deren Bewegung ist zwangläufig und steht unter einem bestimmten gegenseitigen Abhängigkeitsverhältnis. Wird nämlich einer dieser Schieber um ein gewisses Maß geöffnet, so wird um dasselbe Maß der zweite Schieber geschlossen und umgekehrt; ist somit ein Schieber vollends offen oder geschlossen, so ist der andere Schieber vollends geschlossen oder offen.

Von den Öffnungen dieser beiden Schieber 10 und 11 setzen sich die Dampfleitungsrohre 6 und 7 weiter fort und durchdringen nahe an der vorderen Rohrwand des Langkessels den Rauchkammermantel im Scheitel desselben.

■ Das rechte Dampfleitungsrohr 6 zieht sich an der inneren Mantelfläche der Rauchkammer von oben nach unten zum Boden derselben, von wo es sodann aufwärtssteigend in den unteren Teil der Naßdampfkammer 3 der Heiß dämpfvorrichtung einmündet. Das linksseitige Dampfleitungsrohr 7 geht dagegen ohne Umweg in den oberen Teil der Heißclarnpfkammer 4 derselben Vorrichtung über.

An jener Stelle, an der die beiden Dampfleitungsrohre 6 und 7 in die Rauchkammer übergehen, sind deren einander zugekehrten Wände zu einer Kammer ausgebildet, oder es schließt sich · daselbst an diese beiden Rohre eine Kammer an, welche. die Dampfreglerkammer 12 bildet. Ein Teil der Seitenwände dieser Kammer 12 gehört somit auch den beiden Dampfleitungsrohren 6 und 7 soweit an, als sie aneinander liegen und ist jener Teil .der Wand, den die Reglerkammer 12 mit dem Dampfleitungsrohr 7 gemeinschaftlich besitzt, mit Dampflöchern 13 versehen, deren Gesamtquerschnitt größer sein muß als der Querschnitt des Rohres 7.

Die Reglerkammer 12 enthält den Dampfreglerschieber 14 (Fig. 5), der vom Führerstand aus bewegt wird.

Im Dampfleitungsrohr 7 ist zwischen der Reglerkammer 12 und dessen Einmündung in die Kammer 4 der Heiß dämpfvorrichtung ein Dampfäbsperrventil 15 (Fig. 2) eingeschaltet.

In sämtliche Heizrohre 1 sind auf der denselben zugekehrten Stirnseite der Heißdämpfvorrichtung dünne Uberhitzerrohre 16 (Fig. 1) eingezogen, von denen stets zwei in die gegenüberliegenden Heizrohre 1 einmünden und sich in denselben nach rückwärts gegen die Feuerbüchse des Kessels hinziehen.

Noch bevor aber die Überhitzerrohre 16 in die Feuerbüchse übergehen, sind sie ungefähr V2 ^{m vor} der Rohrwand derselben unter 45° sich kreuzend, nach aufwärts in vollem Halbkreis abgebogen (Fig. 8), nehmen somit von hier aus die entgegengesetzte Richtung ein, treten aus den Heizrohren wieder in die Rauchkammer und münden oberhalb ihres Austrittes aus der Heißdampfvorrichtung wieder in diese ein.

Es befinden sich somit in einem jeden Heizrohr ι zwei Überhitzerrohre 16, und da letztere hin- und ,hergeführt sind, so liegen in einem jeden Heizrohr 1 vier Überhitzrohrstränge.

Eines dieser beiden Überhitzerrohre beginnt ungefähr V4 ^m früher den Rücklauf als das andere, und um diese Rohre vor dem Feuer tunlichst zu schützen, werden an deren im Heizrohr 1 unmittelbar dem Feuer ausgesetzten und abgebogenen Teilen Stahlgußkappen 17 (Fig. 8) hart angelötet.

Beide Enden sämtlicher Überhitzrohre 16 durchdringen die drei Wände der Heißdampfvorrichtung und münden in die Heißdampfkammer 4 (Fig. 3).

Nach Abnahme des Deckels 18 werden die Überhitzrohre 16 in die drei Wände der Kammern 3, 4 und 5 eingewalzt. Zur besseren Abdichtung können in den Löchern der genannten Wände parallel laufende Rillen in Form von Gasgewinden eingeschnitten sein.

Während das untere Ende (Dampfeintritt)

der Überhitzerrohre 16 in der Kammer 4 mit einer schwach kegelförmigen Schraube 19 dampf dicht verschlossen. ist, bleibt das obere Ende derselben (Dampfaüstritt) in der Kammer 4 offen; dagegen besitzt das untere Ende der Überhitzerrohre, soweit als es in der Kammer 3 liegt, mehrere Löcher 20, deren Gesamtquerschnitt größer sein muß als der Querschnitt des dazugehörenden Überhitzerrohres.

Im Langkessel tritt demnach aus dem rückwärtigen Dom der gesättigte Dampf beim Rohr 6 ein, passiert die Schieberkammer 8, die öffnung des Schiebers 10, gelangt weiter durch das Dampfleitungsrohr 6 in die Naßdampfkammer 3 der Heißdampfvorrichtung und von da durch die Löcher 20 in die Überhitz.errohre 16, welche in der Rauchkammer des Kessels von den heißen Gasen und in den Heizrohren ι vom Feuer bestrichen werden. ' 20 Der Dampf, welcher sich bei dieser Anordnung in den Überhitzerrohren nur langsam fortbewegen kann, befindet sich während seiner Bewegung nach rückwärts in Gegenströmung und während seiner Vorwärtsbewegung in Gleichströmung mit den heißen Gasen, wird somit von denselben hoch überhitzt und gelangt in diesem Zustande in die Heißdampfkammer 4. Aus dieser Kammer steigt der hoch überhitzte Dampf in das .Dampfleitungsrohr 7 und durch die Löcher 13 in die Reglerkammer 12, aus welcher er bei offenem Reglerschieber 14 in das Dampf einströmungskreuzrohr 21 (Fig. 5) und weiter in die Dampfschieberkästen und Zylinder gelangt.

Es wird somit mit hoch überhitztem Dampf gefahren, und zwar ist dies ' dann der Fall, wenn der Dampfleitungsschieber 10 vollständig offen und somit dessen Nachbarschieber 11 ganz geschlossen ist.

Ist jedoch der Dampfleitungsschieber 10 nicht ganz, etwa nur 75 Prozent geöffnet, so ist der Nachbarschieber 11 ebenfalls, aber nur 25 Prozent offen. Es entströmt somit aus dem vorderen Dom auch diesem letzteren Schieber gesättigter Dampf in das Dampfleitungsrohr 7, der sich daselbst mit dem hoch überhitzten Dampf vermengt, und zwar in jenem Verhältnis, welches durch die Größe der Öffnungen dieser beiden Schieber 10 und 11 gegeben ist.

Nachdem beim Überströmen dieser beiden verschieden warmen Dampfmengen durch die Löcher 13 eine innige Vermengung der erstcren stattfindet, so tritt auch ein vollkommener Ausgleich von deren Wärmemengen, deren Volumen und somit auch deren spezifischen Gewichten ein. Unter diesen Verhältnissen findet die Fahrt mit trockenem oder gemäßigt überhitztem Dampf, und zwar mit jener Wärmemenge desselben statt, die sich aus dem Verhältnis der Dampfmengen ergibt, j unter welchen diese den beiden Schieberöffnungen entströmen; da die Einstellung dieser Schieberöffnungen in der Hand des Führers liegt, so ist er auch in der Lage, während der Fahrt den Wärmegrad des anzuwendenden Dampfes beliebig zu regeln.

Sollte sich während des Betriebes an irgendeinem Teil des Überhitzers ein Mangel einstellen, der die Ausschaltung desselben wünsehenswert erscheinen ließe, so wird das Heißdampfabsperrventil 15 und der Dampfleitungsschieber 10 gänzlich geschlossen; es· gelangt alsdann kein Dampf in den Überhitzer und dessen Rohre 16. .

Bei geschlossenem Schieber 10 ist aber der Schieber 11 ganz geöffnet,- so daß der gesättigte Dampf durch das Dampfleitungsrohr 7 und durch die Löcher 13 in die Reglerkammer 12 gelangt. Es findet somit die Fahrt mit gesättigtem Dampf statt.

Gelangt die Lokomotive zum Stillstand oder wird der Regler geschlossen, so ist entweder, wenn vorher hoch überhitzter Dampf angewendet wurde, der Schieber 10 offen, der Nachbarschieber 11 dagegen geschlossen, oder .: es sind, wenn mit gemischtem Dampf gefahren wurde, beide Schieber offen. Im ersteren Fall muß mit dem Schließen des Dampfreglerschiebers 14 gleichzeitig · auch ein schwaches Öffnen des. Schiebers 11 auf ungefähr 25 bis 50 Prozent erfolgen. Im zweiten Fall entfällt letzteres, weil der Schieber 11 ohnehin teilweise geöffnet ist. Die Eröffnung dieses Schiebers 11 muß aber im vorliegenden Fall 95 stets kleiner als jene des Schiebers 10 sein.

Vermöge des namhaft geringeren spezifischen Gewichtes des hoch überhitzten Dampfes wird dieser im geschlossenen Raum, der auch spezifisch schwerere, d. i. gesättigte Dämpfe enthält, weder stehen bleiben, noch weniger sich nach abwärts bewegen, sondern er wird sich so lange aufsteigend verhalten, bis die spezifischen Gewichte genannter Dampfgattungen durch Abgabe bezw. Aufnähme'von Wärme sich vollends ausgeglichen haben. Der.hoch überhitzte Dampf wird sich somit in der Heißdampfkammer 4 und dem Anschlußrohr 7' stets nach aufwärts bewegen und nachdem der Reglerschieber 14 geschlossen ist, durch die teilweise freie Öffnung des Schiebers 11 in die Kammer 4 und von da, nachdem er bereits einen Teil seiner Wärme an den daselbst befindlichen gesättigten Dampf abgegeben hat, durch das Dampfleitungsrohr 7 in den vorderen Dom des Langkessels gelangen, woselbst erst der vollständige Ausgleich der Wärme bezw. der spezifischen^ Gewichte der genannten Dampfgattungen vor sich geht.

Es wird somit, solange der Regler geschlossen bleibt, der Dampf durch die Heiß-

dämpfvorrichtung' und deren Überhitzerrohre in steter lang-samer Bewegung vom rückwärtigen in den vorderen Dom strömen und daselbst die im Überhitzer gesammelte Wärme an den gesättigten Dampf abgeben.

Es wird demnach bei dieser Wirkungsweise der Dampf im Langkessel vorerhitzt bezw. getrocknet.

Damit die Überhitzerrohre 16 während des

ίο Anheizens des Kessels, d.h. solange in demselben kein Dampf ist, nicht Schaden leiden, ist in der Feuerbüchse des Kessels ein Flammschirm 22 (Fig. i) angebracht, der aus einer Eisenplatte mit beiderseits angegossenen Rippen besteht, zwischen denen feuerfestes Material, wie Schamotte oder dergl. aufgetragen ist. Die Rippen auf der der Rohrwand zugekehrten Seite sind abgerundet und decken jedes einzelne Heizrohr 1 ab.

Der Flammschirm wird von einem Gestänge 23 getragen, welches auf einer Welle 24 aufgekeilt ist. Letztere ist hinter dem Feuerschirm 25 in .den Seitenwänden der Feuerbüchse gelagert und kann vom Heizerstand aus derart bedient werden, daß der Schirm entweder aufrecht stehend die Flammrohre deckt oder am Rücken des Feuerschirmes oder Feuergewölbes 25 in geschützter Lage ruht. Um den Flammschirm 22 noch mehr vor dem Feuer zu schützen, kann dessen Gestänge samt Welle mit in Pyrofiniösung getränkten Asbestschnüren umwickelt und der Schirm samt Gestänge im Scheitel des Gewölbes 25 eingelassen werden.

Das Abschließen der Heizrohre ist nur während des Anheizens des Kessels, und zwar nur bevor sich Dampf zu bilden beginnt, während welcher Zeit sich keine namhafte Stichflamme in der Feuerbüchse entwickelt, notwendig.

Es ist somit der Flammschirm in der dem Feuer am meisten ausgesetzten, d. h. in seiner stehenden Lage, keiner besonders hohen Hitze preisgegeben.

Sobald sich der Dampf zu entwickeln beginnt, etwa. bei V₂ Atm. Dampfdruck, kann der Flammschirm 22 herabgelassen werden, weil in die Überhitzerrohre 16 bereits Dampf eingetreten ist, der diese Rohre vor dem Verbrennen zur Genüge schützt. Bevor demnach der Kessel angeheizt wird, wird der Flammschirm 22 aufgestellt und der Dampfleitungsschieber 10 gänzlich geöffnet. Der Schieber 11 wird somit geschlossen.
Bei ungefähr V₂ bis 1 Atm. Dampfdruck wird der Flammschirm 22 herabgelassen und der Schieber. 11 auf 25 bis 50 Prozent geöffnet, wodurch die Zirkulation des Dampfes im Überhitzer beginnt und ein äußerst rasches Aufsteigen des Dampfdruckes im Kessel ein-

.60 tritt. Um den Dampfdruck rasch zu steigern, kann zwischen dem Dampfleitungsrohr 7 in dessen höchster Lage und dem Notdampfbläser eine mit einem Wechsel versehene Röhrchenverbindung hergestellt sein.

Sollten sich die Heizrohre, mit Flugasche oder Ruß verlegen, so werden sie mit überhitztem Dampf ausgeblasen, und zwar auf nachfolgende Art:

Die beiden Stirnwände der Naßdampfkammer 3 (Fig. 3) sind durch runde eingegossene Stege 26 derart verbunden, daß in der Mitte eines jeden Bündels der vier Uberhitzerrohre ein Steg sich befindet, welcher in seiner ganzen Länge von außen bis in die Blasdampfkammer S durchgebohrt ist.

In diesen Durchbohrungen sind dünne, aber verhältnismäßig dickwandige Blasrohre 27 dampfdicht eingeschraubt, welche sich zwischen je vier Strängen der Überhitzerrohre 16 bis ungefähr 100 mm vor die Mündung der 80 ■ in die Rauchkammerrohrwand eingewalzten Heizrohre hinziehen.

Vermittels eines Ventiles oder Wechsels 28 (Fig. 2), der am Überhitzer angeordnet ist und von außen bewegt werden kann, wird überhitzter Dampf aus der Kammer 4 in die Mittel- oder die Blasdampfkammer 5 eingelassen, aus welcher er durch die Blasrohre 27 mit großer Kraft in die Heizrohre einströmt und diese von Ruß und Asche gründlich reinigt, ohne sie zu befeuchten oder abzukühlen.

Damit der Dampfstrahl der Blasrohre stets zentrisch in die Heizrohre einströmt und die Überhitzerrohre durch die eigene Schwere sich nicht senken, sind letztere im Innern der Heiz- · rohre durch Stellringe 29 (Fig. 7) und in der Rauchkammer durch Schnallringe 30 (Flg. 6) voneinander bezw. aneinander gehalten und die Blasrohre 27 durch eingeschobene Zentrierringe 31 (Fig. 6) genau in der Mitte der sie umgebenden vier Überhitzerrohre festgehalten.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Dampfüberhitzer für Heizröhrenkessel, dadurch gekennzeichnet, daß die den Arbeitsdampf zu dem oder den Dampfzylindern leitende Reglerkammer eine oder mehrere, vom Reglerschieber unbeeinflußte öffnungen besitzt, die eine Verbindung des Überhitzers mit dem Dampfraum des Kessels herstellen, so daß der Überhitzer auch bei geschlossenem Schieber der Reglerkammer wirksam bleibt.

2. Ausführungsform des Dampfüberhitzers nach Anspruch 1 mit Einrichtung zum Ausblasen der Heizrohre, dadurch gekennzeichnet, daß an die Heißdampfkammer (4) eine mit dieser durch ein Absperrventil (28) verbindbare Blaskammer

(5) angeschlossen ist, von welcher Blasrohre (27) ausgehen, die gegenüber den in der Rauchkammer liegenden Enden der Heizrohren münden.

3. Ausführungsform des Dampfüberhitzers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Dampfraum des Kessels ausgehendes Rohrpaar (6,7) angeordnet ist, welches in zwei Schieberkästen (8, 9) mit zwangläufig und umgekehrt bewegbaren Schiebern (10, 11) mündet und dessen eines Rohr (6) in üblicher Weise in die Naß dampfkammer (3) führt, während das andere Rohr (7) erst zur Reglerkammer (12) und von dieser zur Heißdampfkammer (4) geht, zum Zweck, mit überhitztem, gesättigtem oder gemischtem Dampf arbeiten zu können.

4. Ausführungsform des Dampfüber- ao ihitzers nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Überhitzerrohre (16) als die Blasrohre (27) durch Stell-, Schnall- und Zentrierringe (29, 30, 31) gegeneinander festgehalten werden, so daß sie durch die Wärme und ihre eigene Schwere die ursprüngliche Lage nicht verändern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.