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Vorrichtung zum Schutz von durch Überhitzung gefährdeten Heizflächen
bei Dampferzeugern Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, um bei Dampferzeugern
eine überm,äl:')ige Erhitzung. irgendwelcher wasserberührter Heizflächen und eine
sich daraus ergebende Schädigung oder gar Zerstörung dieser Heiziiächen zu verhindern.
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Das NVesen der Erfindung besteht in der Hauptsache darin, daL) den
zu schützenden Heizflächen, deren gefahrdrohende Erhitzung sich durch Lieferung
von mehr oder weniger hoch erhitztem Dampf anzeigt, als Kühlmittel Wasser selbsttätig
zugeführt wird, und zwar durch wasserzuführende Rohre, die über oder an den zu kühlenden
Heizflächen angeordnet sind. Dabei werden gemäß der Erfindung zür Wasserzuführung
Rohre benutzt, die sich unter Einwirkung des überhitzten Dampfes oder auch der übermäßig
erhitzten Heizflächen ausdehnen und dabei Öffnungen freigeben, aus denen Wasser
austreten kann, um die übermäßig erhitzten Heiziiächen zu kühlen.
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Zur Veranschaulichung der Erfindung ist in den Zeichnungen ein Wasserröhrenkessel
dargestellt, bei welchem das Speisewasser in die untersten Rohre eingeführt wird,
uni dann unter allmählich wachsender Temperatursteigerung die sämtlichen, durch
Kammern verbundenen Wasserrohre ansteigend zu durchströmen und schließlich in einen
als Dampfsammler wirkenden Oberkessel zu gelangen. Diese Kesselbauart ist hier nur
als Beispiel gewählt, weil sich an ihr das Wesen und die Bedeutung, der Erfindung
besonders zweckmäßig darstellen läßt; selbstverständlich ist aber die Anwendung
der Erfindung nicht auf diese Kesselbauart beschränkt. sondern überall n -iöglich,
wo Heizflächen der Gefahr einer überm.äliigeti Erhitzung ausgesetzt sind.
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Abb. i zeiht im Län-Ssschnitt eine -\Vasserröhrenkesselaulage mit
der vorliegenden Erfindung.
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Abb. = zeigt vergrößert die für die vorliegende Erfindung wesentlichen
Teile der Kesselanlage nach Abb. i unter Fortlassung verschiedener Teile, insbesondere
des Vorwärmers. Die Abb.3 und 4. zeigen ein einzelnes Wasserrohr in vergrößerter
Darstellung im Schnitt mit verschiedener Stellung der zur Zuführung des Wassers
dienenden Teile.
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abb.5 veranschaulicht in gleicher Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform
zu abb.3 und 4..
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Abb. 6 ist ein Scluzitt nach der Linie 13- 1 ; der Abb.5.
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Abb. 7 zeigt im Schnitt vergrößert einen Teil der abb.5.
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Die in Abb. i veranschaulichte Dampfkesselanlage ist mit einer Feuerung
3 ausgerüstet, deren Feuergase über die Brücke öin absteigender Richtung durch die
M'asserroltre 4. hindurchstreichen, die U-förmig gebogen und durch die Kammern i
S miteinander derart verbunden sind, daß das- Wasser, das in die unterste Kammer
iS eingeführt -wird,
allmählich die Rohre aufsteigend durchstreicht,
um dann schließlich in hoch erhittem Zustande, teilweise in Dampf verwandelt, durch
die Anschlußnippel oder Rohre IQ in einett Oberkessel 5 zu gelangen. Der Oberkessel
hat .einen Dampfauslaß 5", durch welchen der Dampf in den IUberhitzer 6 gelangt,
der zwischen die 'Wasserrohre des Kessels eingebaut ist und den Dampf durch eilt
Auslaßrohr 7 zur Verwendungsstelle führt.
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Die Verbrennungsgase der Feuerung 3 strömen, wie gesagt, von oben
über die Brücke 6Q durch die Rohre .l nach dem Rauchkanal und dann zum Schornstein.
An dem Rauchkanal sind Klappen 8 zur Regelung des Verbrennungsgasdurchganges angeordnet,
die selbsttätig oder von. Hand mittels einer"'elle o und eines Hebels i o betätigt
werden können. Die Feuerung kann mit ülbrennern i i oder mit einem Kohlenstaubbrenner
12 oder finit beiden, wie dargestellt, ausgerüstet sein. Selbstverständlich kann
auch jede andere Feuerungsart verwendet werden. Außer den Wasserrohren,l sind noch
im Gewölbe des Kessels Rohre .lb vorgesehen, die ihrerseits auch ungefähr in der
gleichen Höhe der Nippel :1Q durch Anschlußnippel :11 in den Oberkessel münden und
mit dem Speisewasserumlauf verbunden sind, so daß auch sie zur Dampferzeugung herangezogen
werden.
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Die Speisewasserzuführung zu dem Kessel, die in der untersten Kammer
18 erfolgt, wird zweckmäßig durch einen Regler 13 geregelt, der in bekannter "'eise
aus einem ausdehnungsfähigen Hohlkörper oder Rohr 13Q (Abb.2) besteht, das mit dem
Dampfraum des Oberkessels 5 durch das Rohr 131' und mit dem 'Wasserraum des Kessels
durch das Rohr 13c verbunden ist. Das als Ausdehnungskörp iar gedachte Rohr 13Q
wirkt auf einen Hebel 1.1, der durch eine Kette mit dem ge«ichtsbelasteten Hebel
1 _.b des Hauptspeiseventils 15 ,tnerbunden ist. Sinkt der Wasserstand in dem Oberkessel
s, so füllt sich das Ausdehnungsrohr 13- mehr mit Dampf, dehnt sich infolgedessen
aus und hebt durch Umlegen -des Hebels 1.1 den Hebel i.lb an, so daß sich das Speiseventil
weiter öffnet und eine. größere Speisewassermenge dem Kessel zugeführt wird.
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Das Speiseventil 15, das durch diese Speiseleitung 16 mit der untersten
Kammer 18 verbunden ist (vgl. Abb.2), erhält das Speisewasser von einer Pumpe 17
durch die Rohre 23, 2.1, 25, die eine Schleife bilden, welche so hoch geführt ist,
daß bei abgestellter Pumpe ein Zturücklaufen des Kesselwassers u,nrnöglich gemacht
ist.
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Die Pumpe 17 ist als Dampfpumpe ausgebildiet und erhält ihren Dampf
aus dem Oberkessel durch die Rohre U" und 13b. Die Pumpe kann jedoch aus einer anderen
Dampfquelle durch das Dampfeinlaßrohr 171' gespeist werden. Dies erweist
sich bei Inbetriebsetzung des Kessels notwendig, wobei dann das Rückgchlagventil
i 7 c verhindert, da(3 der durch 17b zugeführte Dampf nach dem Oberkessel gelangt.
Ist der Kessel im Betrieb, so erhält die Pumpe Dampf aus dem Oberkessel s, wobei
sich dann das Rückschlagventil17c nach der Leitung i7b schließt.
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Die Pumpe 17 saugt das Speisewasser durch das Rohr 21 aus einen Behälter
2o, dem einerseits durch das Rohr i9 mit dem gewöhnlich offen stehenden Ventil i
g' das Wasser des Oberkessels, anderseits aber durch -die Leitung 22b Speisewasser
aus einem Kondensator o. dgl. zugeführt wird. Etwa erforderliches Zusatzwasser wird
durch das Rohr 22c anls irgendeinter Quelle gespeist, wobei diese Zufuhr durch das
Schwimmerventil :!:! geregelt wird. Der Abfluß des Wassers aus dem Oberkessel 5
nach dem Behälter 2o muß selbstverständlich derart geregelt werden, -daß der Oberkessel
dauernd genügend Wasser enthält, um die im folgenden beschriebene Einsrichtung in
Betrieb setzen zu können.
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Gemäß Abb. i und 2 wird das Speiserohr 25 vor seinem Anschluß an das
Hauptsp.-iseventil 15 durch eine Abzweigung 26 mit einem Ventil27 verbunden, von
dem eine Hilfsspeiseleitung 28 bzw. 28Q ausgeht, die an verschiedene Kammern 18,
nämlich an die Kammern J 8a, 1811 und - i Sc angeschlossen ist letztere Kammer ist
mit den Gewölberohrcn verbunden.
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Diese Kammern, die durch die Zweigrohre 28b und 28r in Verbindung
stehen, werden zweckmäßig danach ausgewählt, welcher Gefährdung in bezug auf die
übermäßige Erhitzung die mit ihnen verbundenen 'Wasserrohre 4 bzw. ¢b ausgesetzt
sind. Wird dann das Ventil 27 geöffnet, so wird zusätzliches Speisewasser
durch die Leitungep 28, 28Q bis 28c direkt den gefährdeten 'Wasserrohren zugeführt,
so daß sie gekühlt werden. -Die Öffnung des Ventils 27 im . Bedarfsfalle erfolgt
zweckmäßig durch einen als Thermostaten ausgebildeten Regler 29, der bei der Ausführungsform
der Abb.2 aus zwei geschlossenen Kammern 3o und 31 besteht. die mit irgendeiner,
verhältnismäßig leicht flüchtigen Flüssigkeit gefüllt sein könncti. An die Kammer
3o ist ein Rohr 32 angeschlossen und weiter auch ein biegsames Rohr das auf einen
Hebel einwirkt. Das Rohr 32 endet zwecknlü(3ig mit einer am Ende -eschlossenen Schleife
in dem Oberkessel, und zwar in der Höhe der Dampfeinströmung, also derart, da13
der aus den Rohrnippeln 4" und .l' ausströmende Dampf unmittelbar das obere Ende
des Rohres 32 trifft. Die Kammer
3 t des Thermostats ist durch ein
Rohr ; a mit dein Wasserraum des Oberkessels 5 verbunden und steht aufierdetii mit
einem biegsamen Rohr 35 in Verbindung, das ebenfalls auf eine Anzeigevorrichtung
und auf den dZts Ventil =7 bewegenden Hebe137, 38 einwirken kann.
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Solange die Temperaturen der RohrL# ;=. 3.1 gleich suid, sind auch
die Drucke in den Kammern 3o, ; t gleich, so daß dann der Zeiger 36 auf Null steht
und das Ventil 27 nicht bewegt wird. Das ist der Fall, solange aus den Rohren .fa
und .11 gesättigter Dampf austritt, wobei dann der Oberkessel 5 in allen Teilen,
also auch im Wasserraum und im Dampfraum die gleiche Temperatur hat.
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Die beschriebene Einrichtung wirkt nun in folgender Weise: -Das Speisewasser
wird normalerweise von der Pumpe 17 durch die Rollre 23, z4., 2
5 und das Ventil 15, das Rohr 16 m die unterste Kammer 18 des Wasserröhrenkessels
gedrückt und fließt dann aufwärts steigend durch die Reilien der U-förmigen Rohre
.1 bis zu der Kammer 181, welche den unteren Teil des Kesslels abschließt, der mehr
oder weniger noch als Speisewasservorw ,ärmer angesprochen werden kann. Über der
Kammer 18d befindet sich der in Abb. i angedeutete Überhitzer 6. Aus der Kammer
18d wird das Wasser durch die um den überhitzer herumgeführten U-förmigen Wasserrohre
¢x in die Kammern t Se geleitet; ein Teil des Wassers kann auch durch die Kammer
18" und die Rohre i 8g weiter ansteigen, dergestalt, daß er in die Kammer 4e und
durch das Rohr .1d in die Kammer i 8c gelangt, um die Gewölberohre .4b zu speisen.
Der übrige Teil des Wassers steigt dann aus der Kammer 18d über die weiteren Wasserrohre
und Kammern aufwärts, um schließlich durch die Rohrnippel 4a in den Oberkessel zu
gelangen.
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Solange aus den Nippeln ¢a und .11 nur gesättigter- Dampf und Wasser
in den Oberkesse15 eintritt, ist die Anlage in Ruhe. Werden aus irgendeinem Grunde
irgendwelche Rohre 4. oder .411 übermüßig erhitzt, so daß dann überhitzter Dampf
aus den Rohrnippeln ,1a oder 41 in den Oberkessel 5 gelangt, so trifft dieser überhitzte
Dampf auf das Rohr 32 des Thermostaten, derart, daß -diesem Rohr nunmehr
eine höhere Temperatur vermittelt wird, wodurch das Gleichgewicht des Thermostaten
gestört wird. Der Austritt von überhitztem Dampf aus irgendwelchen Rohren :1 bzw.
4b ist ein Anzeigen dafür, daß diese Rohre nicht genügend Speisewasser erhalten,
die Speisewasscrzufuhr also in dem betreffenden Augenblick unzulänglich ist. Demzufolge
wird durch die Temperaturdifferenz der Rohre 32 und 34 innerhalb des t #i>crl.esseIs
5 der Thermostat 29 derart be-
i -t, daß sich das Ventil =7 durch -die Hebel
t äti## 3,-. 3S öffnet. Demzufolge liefert nun die Pumpe 17 durch die Rohrleitungen
=8, 28f' und 28c M'asser in die au die angeschlossenen Kammern iSa, 18`, und iSt',
dergestalt daß die an diese Kammern angeschlossenen «-.isserrolir,- nunmehr zusätzliches
Speisewasser erhalten, wodurch eine Beschädigung der Rohre infolge übermäßiger Erhitzung
vermieden wird.
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Gemäli der Erfindung wird dies zusätzliche Spei-ewasser den gefährdeten
Heizflächen durch unmittelbar über oder an ihnen gela'gerte Rohre zugeleitet, die
das zur Kühlung dienende Wasser in möglichst gleichmäßiger Verteilung gegen die
zu. schützenden Flächen austreten lassen. Das kann beispielsweise in einfachster
Weise derart erreicht werden, daß die Leitungen 28 und 28a bzw. 2S1) und zsr nicht
direkt mit den Wasserkammern i 8a usw. verbunden sind, sondern sich an Rohre anschließen,
die in diese Wasserkammern hinein und durch sie hindurch in -die angeschlossenen
'Wasserrohre .1- eingeführt sind. Diese Rohre haben gleichmäßig verteilte üffnungen
oder Spritzdüsen, so -daß das Kühlwasser aus diesen P ohren in gleichmäßiger Verteilung
austreten und die betreffenden übermäßig erhitzten Wasserrohre 4, kühlen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können diese Kühlwasserrohre
gleichzeitig als Ausdehnungskörper ausgebildet werden, derart, -daß sie bei ihrer
Ausdehnung das Kühlwasser austreten lasen.
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Dann fällt die vorhin beschriebene Steuerung der Kühlwasserzufuhr
mit Hilfe des als Thermostat ausgebildeten Reglers a9 fort; und die Kühlrohre stehen
däuernd mit der Wasserzuleitung in Verbindung, wobei ein übermäßiges Ansteigen des
Druckes durch ein bekanntes Überdruckventil verhindert wird.
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In den.Abb.3 und ,l ist mit 18 eine Wasserkammer angedeutet. an die
sich das Wasserrohr .1 anschließt. 'Mit z8 ist das Ende der Kühlwasserleitung bezeichnet.
An diese schließt sich innerhalb der Kammer t S ein schraubenförmig gewundenes Rohr
2o-. Das Rohr 207 hat Austrittsöffnungen, die zwischen den. @#@Tindungen
des Rohres liegen, so daß diese Öffnungen für gewöhnlich geschlossen sind, da die
Wirndungen vermöge der Federkraft des Rohres sich dicht aufeinanderlegen. Die Rohre
=07 sind dauernd mit Wasser gefüllt. Der Druck in der Leitung 2s bzw. der Pumpe
17 ist aber nicht ausreichend, um die Rohre auszudehnen und -das Wasser zum Austritt
zu bringen. Wenn die Kesselrohre nun nicht genügend Wasser aus der Hauptspeiseleitung
erhalten, so wird der in den
Rohren befindliche Dampf überhitzt
und überträgt seine Wärme auf die Rohre 207, so daß nunmehr der Druck innerhalb
der Rohre 207 steigt und die Rohre ausdehnt, wadurch die Öffnungen freigegeben
und das Zusatzwasser aus diesen Öffnungen in die Kesselrohre 200 gespritzt wird.
Dadurch wird die Temperatur und der Druck innerhalb der Kesselrohre wieder verringert.
Rückschlagventile in der Leitung 28 verhindern, daß -der gesteigerte Druck in. den
Rohren 2o7 sich rückwärts auf die Pumpe überträgt. Demzufolge arbeitet die dargestellte
Vorrichtung aussetzend, bis durch entsprechende Einstellung des Hauptspeiseventils
die zu schützenden Kesselrohre .l genügend Speisewasser erhalten oder aber, die
Temperatur der Rauchgase etwas sinkt.
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Die schraubenförmig gewundenen Rohre 207 werden in den Kesselrohren
4 durch Ringe 208 ,getragen, die Ansätze oder Flügel 2o88 aufweisen, die zweckmäßig
schräg zur Längsachse der Kesselrohre gestellt sein können, zum Zweck, dem durchgehenden
Dampf eine wirbelnde Bewegung zu geben. um auf diese Weise eine erhöhte Wärmeübertragung
von der Rohrwand Zoo auf den Dampf zu erzielen.
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Bei der Ausführungsform der Erfil.dung nach den Abb. 5 bis 7 ist das
schraubenförmig gewundene Rohr 207 ersetzt durch ein Rohr 2o9, das aus einer Anzahl
von Ringen gebildet ist, die konkav-konvexe Berührungsflächen haben. Durch diese
Ringe hindurch geht ein Rohr 2 i 2, das an seinem geschlossenen, inneren Ende ein
Gewinde zur Aufnahme einer Mutter 2 i i aufweist. Zwischen dem Endring des Rohres
2o9 und der Mutter 211 ist eine Feder 2i2 vorgesehen, die dazu dient, die Ringe
mit ihren Berührungsflächen dicht aneinander zu pressen, um ein für gewöhnlich geschlossenes
Rohr zu bilden, das in der Mitte des Kesselrohres durch Riage mit Ansätzen 2 13
_ gehalten wird. Das Rohr 212 ist mit einer Anzahl von Löchern versehen, so daß
der Raum innerhalb des aus Ringen bestehenden Rohres 2o9 dauernd mit Wasser gefüllt
ist. Wenn nun das Kesselrohr .1 übermäßig erhitzt wird, so dehnt sich dann auch
durch die Gbertragung der Wärme die Wassersäule in dem Rohr 2o9 aus und verwandelt
sich teilweise in Dampf, so daß die Ringe des Rohres 2o9 auseinandergeschoben werden
und eine Wassermenge zwecks Kühlung des Kesselrohres 4 aus den sich ergebenden i)ffnungen
in der in Abb.7 veranschaulichten Weise in das Kesselrohr .1 gespritzt wird. Auch
hier darf der Druck der Speisepumpe nicht so hoch sein, daß er das Rohr 2o9 ausdehnen
kann. Auch hier müssen vor den Rohren 2o9 Rückschlagventile vorgeschaltet werden.
Im übrigen ist dann der Kühlvorgan, der gleiche, der an Hand der Abb.3 bis .l beschrieben
ist.
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Die Kühlwasserrohre können auch noch andere Form erhalten, z. B. als
ein längsgeschlitztes Rohr ausgebildet sein, dessen Schlitz durch die Federkraft
des Rohres Beschlossen gehalten wird, bis der .durch Erwärmung gestiegene Innendruck
des Rohres den Schlitz öffnet oder die Schlitzbacken infolge der Erwärmung des Rohres
auseinandergehen.
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Wenn auch die zuletzt beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
sich ganz besonders zum Schutz von @Vasserrohren eines Kessels eignen, so ist doch
aus der Erfindung zu entnehmen, daß die Erfindtmg sich grundsätzlich nicht auf Wasserrohrkessel
beschränkt, sondern kann überall da benutzt werden, wo eine übermäßige Erhitzung
wasserberührtrr 1-leizfiächeii einer Kesselanlage eintreten kann, die durch die
Zuführung zusätzlichen Speisewassers an die betreffenden zu schützenden Stellen
vor Zerstörung bewahrt werden können.