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Ortsbewegliche Dampfkesselanlage, bei der ein umlaufender Wärmeträger
zur mittelbaren Erzeugung des Dampfes benutzt wird. Die Erfindung betrifft eine
ortsbewegliche Dampfkesselanlage, bei der ein umlaufender Wärmeträger -zur mittelbaren
Erzeugung des Dampfes l@enutzt wird und die für die Erzeugung hochgespannten Dampfes
(von 2o Atm. und mehr) bestimmt ist.
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Es ist wiederholt der Versuch gemacht worden, hochgespannten Dampf
für den Antrieb von ortsbeweglichen Dampfkraftanlagen nützhar zu machen. Bisher
sind aber diese Bestrebungen gescheitert, weil neben anderen Umständen insbesondere
die Dampferzeugung zu große Schwierigkeiten bereitete.
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Es ist bis. in die neueste Zeit nicht gelungen, einen Kessel zu finden,
der neben geringem Gewicht wenig Platz beansprucht, sehr unempfindlich -gegen schlechtes
Kesselspeisewasser ist und größte Betriebssicherheit besitzt, was für seine Verwendung
für Lokomobilen, Dampfpflüge, Lokomotiven und- Schiffe von größter Wichtigkeit ist.
Bei Lokomotiven und Lokomobilen ist der Siederohrkessel herrschend geworden. ,Diese
Bauart gestattet aber nur Dampfdrücke bis höchstens 15 Atm. Weiter hat man versucht,
.eten im ortsfesten Kesselbau sich zur Zeit für höchste Dampfdrücke einführenden
Wasserrohrkessel als Fahrzeugkessel umzugestalten; aber auch dies hat sich als unmöglich
erwiesen, weil der Platzbedarf zu groß, wird und die vielen Erschütterungen ausgesetzten
Einwalzstellen zu lTndichtigkeiten Anlaß geben. Schließlich sind auch noch wiederholt
Schnellverdampfer erprobt worden, die geringsten Wasserinhalt besaßen: Hierbei kamen
die von unreinem Speisewasser herrührenden Unbequemlichkeiten in höchstem Maße zur
Geltung; da diese - Kessel überhaupt nicht zu reinigen waren. Die Schnellverdampfer
waren auch für eine stark schwankende Dainpfentnähme nicht geeignet, wobei sich
große Veränderlichkeiten im Dampfdruck -und. .der Dampftemperatur ergaben, die mitunter
gerade besonders niedrig waren, wenn von der - Maschine größte Leistung abzugeben
war.
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Das bisher als praktisch undurchführbar geltende Problem, hochgespannten
Dampf für ortsbewegliche Anlagen zu verwenden, wird nach der Erfindung in der Weise
gelöst, daßder wärmeaufnehmende Teil des den Wärmeträger enthaltenden Aohrsystems
einen Klein-,vasserraunikessel bildet, der in dem den Feuerrauen umschließenden
Teil als Feuerbüchse ausgebildet -ist, während der wärmeabgebende Teil des Rohrsystems
in einen Wasser- und Dampfbehälter eingebaut ist; der
zur Irrzeugung
Hochgespannten Dampfes (voll 2o Atm. und mehr) geeignet ist. Die den Kleinwasserraumkessel
verlassenden Heizgast können nutzbar, z. B. zur Beheizung eines Uberhitzers. Vorwärincrs
o. @Igl., ;veitergeleitet werden.
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Der l,'-leini\-asserraunikessel wird zweckmäßig so ausgebildet, daß
er einen Druck voll roo Atin. und mehr aushalten kann, ja, daß er selbst bei derartig
hohen Drücken rotwarm werden kann, ohne zti explodieren. Da er die strahlende Wärme
der Feuerung und die erste wärme der Heizgase erhält, wird seine Heizfläche im Verhältnis
zu der zu erzeugenden Dampfmenge klein, und da (las Gewicht der durch enge Röhren
gebildeten Heizkörper sehr gering ist, so ist auch das gesamte Kesselgewicht verhältnismäßig
klein. Da der Federraum von dein Rohrsvstein des Kleinwasserraunikessels völlig
umschlossen wird, ist auch der Wärmeausstrahlungsverltist der Kesselfeuerung niedrig.
Die :Fleizfläclie cles wärmeabgebenden Teiles des IZolirs_vstelns in dein Großwasserraunikesse
t fällt überdies noch kleiner aus als die Feuergasheizfläche des Kleinwasserraumkessels,
da der Wärmefiber= gang voll kondensierendem Dampf auf siedendes Wasser sehr hoch
ist urtfl auch der Temperaturunterschied, selbst wenn man Dampf von 6o Atin. und
mehr im Behälter des Großirasserraulnkessels erzeugen will, noch hoch genug gewählt
werden kann. IYie mittelbare Beheizung bedeutet aibo keine uner@viinschte Gewichtsvermehrung,
wie mal, vielleicht erwarten könnte. Die Hei äase werden in dein Kleitiwasserraumkessel
auf eine Temperatur abgekühlt, die .loo bis 5oo° nicht unterschreitet. Zu ihrer
weiteren Ausnutzung wird der finit ihnen mittelbar erzeugte Dampf in einem Überhetzer
überhitzt; auch kann das Speisewasser für den Großwasserraumkessel in einem Abgasvorwärmer
vorgewärmt werden. Der Kleinwasserrauinkessel braucht nicht gereinigt zu werden.
da er mit kesselsteinfreieni Speisewasser.nur einmal aufgefüllt zu werden braucht,
welches immer wieder voll- neuem seinen Kreislauf ausführt. Die mittelbare Beheizung
des Wasserbehälters gestattet die Verwendung schlechtesten Speisewassers, ohne daß
eine Gefahr für den Kesselbetrieb eiltsteht. Sollte der Xesselsteinbelag so stark
werden, so rdaß der Druck im Kleinwasserraumkessel sich für die Wäriiieal)gabe ungewöhnlich
hoch einstellen'muß, so ist das ein Zeichen, daß das die Wärme abgebende Heizflächensystern
gereinigt,werden muß, was auf einfache Weise geschehen kann.
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In die Verbindung der beiden Teile, nämlich des wärmeaufnehmenden
und'-tvärmeal)gelienflen Teiles, des Rohrsystems wird zweckmäßig eine Umlaufpumpe,
ein Rückschlagventil o. dgl. einsgeschaltet, um ein Rückschlagen des Kondensates
in den wärmeabgehenden Teil der Kreislaufeinrichtung für deti Wärmeträger zu verhindern.
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Der Kleinwasserraumkessel kann aus einer einfachen oder mehrgängig
gewundenen Rohrschlange oder aus' dicht nebeneinander angeordneten senkrechten Rohren
bestellen, die zwei Ringrohre miteinander verbinden, voll denen das untere sich
urimittelbar an die Feuerung anschließt, während all das obere Ringrohr eine Rohrschlange
angeschlossen ist.
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Die I-rfindung gestattet die Verwendung eines im allgemeinen ziemlich
viel Platz beanspruchenden Luftkondensators bei Lokomobilen usw., was gewisse Vorteile
- bietet. Bei Fahrzeugen läßt sich nämlich der aus der Maschine kommende Dampf nur
unvollkominen von ()1 reinigen. Auch <las Kondensat kann hier nicht von dem Ölgehalt
befreit werden. Bei einem Kessel nach der Erfindung ist nun das bei Verwendung eines
Luftkondensators im Speisewasser enthaltene 01 unbedenklich, da nlit ölhaltigem
Speisewasser in Berührung kommende Feuerheizflächen nicht vorhanden sind.
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In den Zeichnungen wird die Erfindung in den' Abh. I bis 14 veranschaulicht.
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In Abb. i ist das kohrsvstein zur Aufnahme des unilaufenden Wärmeträgers
mit 2, 3 bezeichnet. Der erste Teil a dieses Svsterns bildet einen Kleinwasserraumkessel
rl, während der Teil 3 die Wärinecluelle für den Grol3-wasserranmkessel B ist. Mine
Verbindungsleitung d. -zwischen den Teilen 2 und 3 dielet zur Sicherung des Kreislaufes
des in der Rohrschlange 2 befindlichen Wassers bzw. cles daraus erzeugten fleizdanipfes.
Der Teil des Rohrsystems 2, 3 reicht von dem Rost i bis ztt einer Stelle, wo die
Temperatur der Heizgase beispielsweise .Ioo bis 6oo" beträgt, und schließt Gien
ganzen Weg der Heizgase dicht ah. Die teilweise abgekühlten Heizgase entweichen
zwischen den oberen Windtingen 2a des Kessels .4. Bei 7 (s. auch @lih. 2 und 3)
ist das lohrsystein 2 in geeigneter Weise unterbrochen, bzw. die \Vindungen der
Rohrschlangen 2 kehren ihre Richtung uni, so däß eine Öffnung zuln Zwecke: .des
Heizers gebildet wird, die durch eine Tür 6 abschließbar ist. Letztere befindet
sich in dein Gehäuse 13, das den Kleinwasserraumkessel und den über diesem befindlichen
Gherhitzer 3 umgibt. Dieser ist durch eine .Leitung g lilit" dem Danlpfcloin 8 des
Großwasserraunikessels B verbunden. Die Leitung g ist an einen Stutzen io angeschlossen,
welcher sich am Eintrittsende des Überhetzers befindet. All seinem Austrittsende
ist ein Stutzen r i vorgesehen, all den sich die Leitung 12 anschließt, die den
überhitzten Dampf nach
der Verbrauchsstelle führt.. 14 ist der Schornstein.
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Die Heizgase steigen von der Feuerung i auf Und bestreichen das Rohrsystem
2. Mit einer Temperatur, die in der Regel 500
bis 6oo° betragen dürfte,
verlassen sie den Kleinwasserraumkessel und bestreichen den über ihm angeordneten
tlberhitzer und gegebenenfalls noch einen Vorwärmer. In dem Teil 2 des Rohrsystems
wird hochgespannter Dampf erzeugt, der in den Teil 3 strömt. Er gibt hier seine
Wänne an, das umgebende Kesselwasser des Großwasser. raunikessels B ab, wodurch
dieses verdampft wird. Der im Großwasserraumkessel erzeugte Dampf gelangt durch
(lie Leitung g in. den Loberhitzer. Das in dem Teil 3 infolge der Wärmeabgabe sich
bildende Kondensat fließt durch das Rohr :f in den Teil 2 zurück, und der Kreislauf
beginnt von neuem.
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Je nach der gewünschten Spannung des im Kessel B zu erzeugenden Betriebsdampfes
muß natürlich für einen entsprechenden Druck bzw. eine .entsprechende Temperatur
des im Kleinwasserraunikessel A erzeugten Heizdampfes gesorgt werden. Für einen
ungestörten Umlauf des Wassers bzw. Dampfes bz«-. Dampfwassergemisches im Rohrsystem
2, 3 muß durch einen entsprechenden Höhenunterschied in der Anordnung der Teile
2 und 3 gesorgt werden, 1)z-%v, es inuß durch besondere Einrichtungen (Pumpe, Rückschlagventil
o. dgl.) der Umlauf, gefördert werden.
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Die Maschine zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann
von verschiedener Bauart sein.
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In den Abb. 4 und 6 wird eine Kesselanlage für einen Dampfpflug schematisch
dargestellt. Der Kleinwasserraumkessel A besteht hier aus zwei ringförmigen Rohren
15 und 17 (Abb.4), die durch senkrechte, <licht nebeneinander stehende Rohre
r6 miteinander verbunden sind. An das Rohr 17 schließen sich einige Windungen 18
an, geie den Raum innerhalb des Ringrohres 17 bis zu einem gewissen Grade ausfüllen.
Die äußere Windung 18 mündet in den Stutzen ig, an den sich die Leitung 2o
anschließt, die im Wasserraum des Großwasserraumkessels B untergebracht ist. Ein
Mantel 21 schließt den Kleinwasserraumkessel A, den darfber befindlichen Überhitzer
22 und den Vorwärmer- 23 ein. Ani oberen Teil des .Nfantels befindet sich der Schornstein
24. An einer Stelle sind die Rohre 16 unterbrochen, SO claß hier eine Heizöffnung
25 entsteht, die durch eine im Mantel 21 angebrachte Tür 26 abgeschlossen wird.
Der Wasserraum und ,leg Dampfratnii des Kessels B sind durch ge-L-ignete Leitungen
finit dein Vorwäriner bziv 1.'lrerhitzer verbunden, und an diesen schließt sich
wieder eine den überhitzten Dampf nach der Verbrauchsstelle führende Leitung an.
Der Großwasserraumkessel B ist mit dem llalitel 21 fest verbunden. Der Kessel B
stützt sich finit seinem vorderen Ende auf einen Tragteil 30, der mit dein Fahrgestell
in Verbindung stellt. Zwischen diesem Gestell und'dem Kessel B entsteht ein freier
Raum, in dein ein Luftkondensator s7 untergebracht ist, dem die Kühlluft durch ein
Gebläse 28 zugeführt wird. Dieses ist durch ein Rohr 29 mit dem unter der Feuerung
befindlichen Raum derart verbunden, .daß der Feuerung je nach Bedarf erwärmte Luft
zugeführt werden kann. Am Gehäuse .des Gebläses 28 befindet sich eine verschließbare
Öffnung, die einen Teil der erwärmten Kühlluft, die nicht fiiir die Verbrennung
benötigt wird, in :die freie Luft ;iitweichen läßt. Auf dein Kessel-B läßt sich
die Dampfmaschine in üblicher -Weise anbringen.
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Der Kleinwasserraumkessel kann auf verschiedene Weise ausgebildet
werden. Entweder gibt man seinem Ver dampfungsrauni einen verhältnismäßig großen
Querschnitt, tun -dadurch den Widerstand für den Dampf-und Wasserumlauf gering zu
halten und mit einem verhältnismäßig kleinen Gefälle des aus der Heizschlange des
Großwasserrauinkessels in den Kleimvasserraumkessel zurückfließenden Kondensats
auskommen zu können, oder aian bildet den ganzen Kessel als engrohrige Schlange
aus. Im letzteren Falle wird man eine Unilaufvorrichbung in die Leitung 4. einschalten,
z. B. eine Pumpe 31 (Abb. i), welche die Widerstände im Rohrsystem überwindet. Zweckmäßig
wird dabei durch die, Pumpe ein Vielfaches des theoretisch zu verdampfenden Speisewassers
umgepumpt, um eine ausreichende Kühlung der engen, vom Feuer beheizten Rohrschlangen
zu sichern.
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Bei - ausreichender Steigung der Rohrschlangen wird es auch unter
bestirninten \Toraussetzurngln möglich sein, eine Umlaufpumpe zu vermeiden, wenn:
man in der Leitung, durch welche das Kondensat aus .dem Groß.wasserräumkessel B
nach dem Kleinwasserraumkessel A zurückfließt, ein Rückschlagventil 33 anordnet.
Bei der Darstellung nach Abb. i ist dieses Ventil 33 in eine LTinlaufleitung 32
eingeschaltet. Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß die Dampfbildung in den engen
Schlangenrohren zeitweilig stoßweise vor sich geht. Es bildet sich dann eine große
Dampfblase, die sich bei weiterer Wärmezufuhr vergrößert und ausdehnen will. Da
das Rückschlagventil ein Rüoktreten des Wassers nach der Kondensatrückflußleitung
(also entgegengesetzt der Pfeilrichtung in der Leitung 32 in Abb. i) verhindert,
so wird das vor den Dampfblasen sich ansammelnde Dampf- und Wasserdampfgeniisch
stoßweise nach dein
wärmeabgebenden Teil 3 des Rohrsystems, welcher
in dem Großwasserraumkessel B liegt, übergerissen. Der Vorgang wiederholt sich periodisch.
Der durch ihn erzielte. Umlauf genügt zum mindesten, um beim Anheizen ein Erglühender
Rohrschlangen zu verhüten. Beule Einrichtungen, d. h. die Umlaufpumpe und das Rückschlagventil,
sorgen selbst bei einer Schrägstellung der ganzen 31Taschine für einen geregelten
Umlauf.
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In Abb. 7 und 8 ist der Großwasserraumkessel B einer Dam.pfpfluglokonnobile
unabhängig von dein den Kleinwasserraumkessel f1 umgebenden Mantel angeordnet. Der
Kessel B stützt sich auf die Tragglieder 3: f und 35. Der Schornstein 36 ist hier
um die durch den Kleinwasserraum gehende senkrechte Längsachse angeordnet. Neben
diesem Kessel befindet sich in üblicher Weise der Tender 37. In Abb. 9 und io ist
der Schornstein 38 am vorderen Teil einer Lokomobile angeordnet. Ein Kanal 39 führt
die Heizgase nach dem Schornstein 38. In diesem Kanal wird zweckmäßig ein Abgasvorwärmer
untergebracht. Diese Anordnung geschieht zu dem Zwecke, den Bedienungsnnann vor
den durch den Schornstein abziehenden Ruß-. und Ascheteilen usw. zu schützen.
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In den Abb. i i und 12 sowie 13 und i4 werden zwei Anordnungen des
den Kleinwasserraurnkessel bildenden Rohrsystems veranschaulicht. Bei der ersteren
sind .zwischen den einzelnen Windungen Stege 40 vorgesehen. Insbesondere empfiehlt
sich die Anordnung der Stege 4o zwischen den Umkehrstellen 41, welche die Heizöffnung
42 begrenzen. Die Stege vergrößern die Steigung der Rohrwindungen und dienen zur
Beschleunigung des Umlaufes. Dem gleichen Zwecke dient die zweite Anordnung nach
Abb. 13 und 14, bei der das Rohrsystem aus einer mehrfachen, z. B. doppelten Schlange
43 und 43a bestellt. Zwischen den Umkehrstellen :I1 sind noch Stege 4o angeordnet.
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.Eine Kesselanlage nach der Erfindung, besonders mit dein Kleinwasserraumkessel
nach Abb. z, 2, 11, 12, 13 und 14 mit fortlaufenden Rohrschlangen, besitzt sehr
wenige Verbindungsstellen. Daher sind durch Erschütterungen entstehende Undichtigkeiten
nicht zu befürchten. Ebenso ist der Großwasserratimkessel B sehr betriebssicher
herzustellen, da an allen Stellen das volle. durch keinerlei Rohreinwalzungen geschwächte
Wandmaterial vorhanden ist. Die Wandstärke und damit das Gewicht des Großwasserraumkessels
können selbst bei höchsten Drücken verhältnismäßig klein ausfallen, zumal Feuerblech
nicht in Frage kommt und Material von hoher Festigkeit verwendet werden kann.