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Überhitzeranordnung für Hochdrucklokomotiven Die Erfindung bezieht
sich auf eine neue vorteilhafte Überhitzeranordnung für Hochdrucklokomotiven mit
mittelbarer oder unmittelbarer Betriebsdampferzeugung. Sind derartige Hochdrucklokomotiven
als Zweidru,cklok,ornotiven in der Weise ausgebildet, daß im Zug der Feuergase auf
den Wasser-. rohrkessel, welcher bei der mittelbaren Betriebsdampferzeugung Heizdampf
oder bei der unmittelbaren den Hochdruc'kbetriebsdampf erzeugt, der übliche Rauchrohrkessel
als Niederdrtxekkessel folgt, so ergibt sich eine vorteilhafte Lösung der Überhitzungsfrage
dadurch, daß die' Rauchrohre des Langkessels die Rohrelemente der gebräuchlichen
Rauchrohrüberhitzer sowohl für den Hoichdruck als auch für den Niederdruck aufnehmen.
Wenn dagegen bei der Zweidrurklokomotive der' Anteil des Hochdruckdampfes so weit
vergrößert werden soll, daß der Niederdruck'kessel nur noch einen geringen Anteil
an Niederdruckdampf erzeugt, unter Umständen einen so geringen, daß er für geringe
und mittleref leistungen zum bloßen Vorwärmer für den Hochdruckkessel wird, oder
aber daß er überhaupt nur noch letztere. Aufgabe hat, so daß die Lokomotive nur
mit Hochdruckdampf arbeitet, so fällt die erwähnte, günstige Möglichkeit der Lösung
der überhitzerfrage fort. Eine bekannte und nahehegende Lösung ist dann die, den
überhitzer bzw. Vor- und, Nachüberhitzer zwischen dem dampferzeugenden Teil und
dem Vorwärtnerteil in den Zug der, Feuergase einzuschalten. Diese überhitzeranordnung
hat indessen den wesentlischen Nachteil, daß man, insbesondere für kleinere Leistungen,
eine zu geringe Überhitzung bekommt, indem der Verdampferteil die Heizgase bereits
zu stark abgekühlt hat. Wollte man, um eine höhere Überhitzung zu erhalten, den
überhitzer näher an die Feuerung Vers# legen, d. h. nicht hinter, sondern zwischen
die Gruppen der dampferzeugenden Rohre einbauen, so würde zwar eine höhere überhitzung
erzielbar sein, aber es besteht dann im hohen Maße die Gefahr, daß, insbeson-, dere
wenn einmal der Dampf beim plötxA lachen Halten der Maschine abgestellt wird, die
Überhitzerrohre glühend werden und mit der Zeit durchbrennen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Schwierigkeit dadurch behoben, daß
die Rohrelemente eines oder mehrerer Überhitz`er (Vor- und Wiederüberhitzer) so
angeordnet sind, daß, ihre Rohrstränge die Reihern der dampferzeugenden Rohre in
einer Mehrzahl von Quer;-. ebenen, d. h. in Ebenen quer zur Zugrichtung der Heizgase,
durchsetzen. Hierdurch wird erreicht, daß die überhitzerrohre behufs hoher Überhitzung
in einer heißen Feuergaszone
liegen und dem ungeachtet beim plötzlichen
Abstellen der Dampfentnahme vor dem Durchbrennen geschützt sind. Indem nämlich in
dieser Weise die dampferzeugenden IZohrreihen und die dampfüberhitzenden Rohrstränge
ineinandergeschachtelt sind, ergibt sich eine gegenseitige Beeinflussung durch Rückstrahlung,
welche nicht vorhanden ist, wenn man den Überhitzen als Ganzes, sei es zwischen
dem dampferzeugenden Teil und dem Vorwärmeroder ,au,ch zwischen zwei Rohrgruppen
des dampferzeugenden Teeis einschaltet. Wird der überbitzer abgestellt und steigt
infolgedessen die Temperatur der Rohrwandungen, so entziehen bei der Anordnung gemäß
der Erfindung die benachbarten, von den überhitzerrohrsträngen quer durchsetzten
Reihen der dampferzeugenden Rohre durich Aufnahme der von ersteren rückstrahlenden
Wärme diesen genügend Wärme, um ein, Glühendwerden und damit die Gefahr des Durchbrennens
der Überhitzerrohre zu verhüten. Es ist hierbei nicht unbedingt notwendig, daß immer
ein überhitzerrohrstrang mit einer dampferzeugenden Rohrreihe abwechselt, es können
gegebenenfalls auch immer zwei überhitzerrohrsträmge zwischen je zweiVerdampfungsrohrreihen
liegen. Es ist auf diese Weise möglich, die überhitzerelemente bis ganz in die Nähe
des Verbrennungsraumes zu legen, ohne die Gefahr, daß bei Stillstand der Lokomotive
und ebenso auch beim plötzlichen Abstellen der Dampfentnahme, wie dies beispielsweise
bei Talfahrten vorkommt, der Überhitzer glühend wird und" durchbrennt. Durch die
überhitzeranordnung gemäß der Erfindung wird der Wärmeübergang durch die strahlende
Hitze der Flamme und die ein tretende Wirbelung der Heizgase verbesseft. Die überhitzerheizfläche
fällt entsprechend klein und leicht aus:, was für das. Niedrighalten des Baugewichtes
der Lokomotive für eine gegebene Leistung besonders wichtig ist. Es ist eine leichte
Herausziefbarkeit der Überhitzer gewährleistet, und es läßt sich mit einem derartig
angeordneten überhitzen bei allen Belastungen eine verhältnismäßig gleichmäßige
Überhitzung erreichen, ohne daß besondere Regelungseinrichtungen, wie Umführungskanäle
:o. dgl., nötig sind.
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Die Anordnung der @Überhitzerelemente kann so getroffen sein, daß
sie die Verdampf ungsrohre kreuzen oder aber auch mit ihnen parallel verlaufen.
Im ersteren Falle lassen sich die überhitzerelexnente, welche zweckmäßig als einzelne
Rohrschlangen ausgeführt werden, seitwärts herausziehen, im zweiten Falle nach.
oben oder unten. Die Führung des zu überhitzenden Dampfes durch die überhitzerelemente
kann ferner in bezug auf den Weg der Rauchgase im Gleichstrom, Gegenstrom oder im
Kreuzstrom erfolgen. Um ein Zusetzen der Zwischenräume zwischen den dampferzeugenden
Wasserrohren und den Überhitzerrohren zu vermeiden, kann die Anordnung vorteilhafterweise
so -getroffen sein, daß die dem Feuer zunächst liegenden überhitzersc'hlangen .eine
größere Rohrentfernung zeigen als die weiter abliegenden, damit sich die Kohlen-
und Schlackenteilchen zuerst ausscheiden 'und in den unteren Sammelraum herabfallen
können, aus dem sie leicht entfernbar sind.
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Der Kessel selbst erhält :eine Abschlußwand, entweder aus dicht aneinanclerliegenden,
wasserdurchströmten, glatten Rohren oder aus Rippenrohren, damit die Ausstrahlungsverluste
möglichst gering sind und die Wandfläche in bekannter Weise als Verdampfungsheizfläche
mitwirkt. Die Ausbildung der Verkleidungswand aus Rippenröhren ermöglicht gleichzeitig
eine bequeme Auflage der überhitzerelemente, indem die Umkehrenden der Überhitzerschlangen
:auf der einen Seite in Ausschnitten der Rohrrippen ruhen, während auf der gegenüberliegenden
Seite, nach der das Herausziehen,erfolgt, abnehrnbareKlemmstücke der Auflagerung
und dem Abschluß dienen.
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Die Erfindung ist anwendbar sowöhl für Frischdampfüberhitzer als auch
Zwischendampfüberhitzer, auch können die überhitzer als Vor- und Wiederüberhitzer
ausgsbildet, sein, insbesondere dann, wenn die Zwischenüberhitzung des Arbeitsdampfes
auf mittelbarem Wege durch hochüberhitzten Frischdampf geschieht.
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"Wesentlich für die Erfindung ist in allen Fällen, daß die überhitzerrohrstränge
so angeordnet sind, . daß sie die danzpferzeugenden Rohrreihen in Querebenen durchsetzen.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der überhitzeranordnung
gemäß der Erfindung gezeigt.
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@Fig. i ist ein Längsschnitt durch eine Ho:chdrucklokomative, bei
welcher in bekannter vorteilhafter Weise die Erzeugung des Hochdruclz-dampfes mittelbar
.erfolgt.
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Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. i durch den
Zwischenüberhitzer und die Rauchkammer.
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Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstabe den die überhitzen enthaltenden
Teil des Hochdruckkes:sels. unter Fortlas.sung der Betriebsdan-ipftrommei.
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Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstabe einen Querschnitt nach der Linie
C-D der Fig. i. @Fig.5 zeigt einen Schnitt entsprechend Fig.4 durch eine abgeänderte
Ausführungsform, in Richtung nach vorn auf den Zwischenüberhit7er -gesehen.
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Die Fig. 6 bis 9 zeigen entsprechende Darstellungen der Lagerung der@ÜberhitzerscWangen,
und
zwar zeigen die Fig. 6 und, 7 Ansicht und Draufsicht dieser Lagerung an der Rückseite
und die Fig.8 und g Ansicht uan Draufsicht an der Vorderseite, nach welcher die
Überhitzerschlangen herausziehbar sind.
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"Fig. i o zeigt einen Längsschnitt durch eine Hochdrucklokomotive
mit unmittelbarer Erzeugung des Hochdruckdampfes und abgeänderter Zwischenüberhitzeranordnung.
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Fig. i i zeigt einen Schnitt nach der Linie E-F der Fig. i o, während
Fig. 12 und 13 einen Schnitt nach der Linie G-H der Fig. i i und eine Ansicht eines
abgebrochenen Teils des Kessels und des überihitzers zeigen.
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Die Fig. 14, 15 und 16 zeigen eine abgc:-änderte Ausführungsform des
Überhitzers. Fig. 14 ist ein Querschnitt durch den Hochdruckkessel mit dem Ü berhitzer
in Ansicht. Fig. 15 ist eine Seitenansicht von Fig. 14, und Fig. 16 ist eine Ansicht
von oben auf einen Teil der Überhitzerschlangen.
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Fig. 17 zeigt einen Querschnitt entsprechend Fig.4 durch eine abgeänderte
Ausführungsform.
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In den Fig. i bis 4 besteht der Hochdruckteil der Lokomotive aus einem
Heizsystem für die Betriebsdampftrommel i, in welcher Hochdruckdampf von beispielsweise
6o Atm. mittelbar durch Beheizung mit noch höher gespanntem Wasserdampf von beispielsweise
8o bis 9o Atm. oder auch mit Dampf einer hochsiedenden Flüssigkeit erzeugt wird.
Der Heizkessel bildet die Feuerbüchse und den anschließenden Rauchgaskanal und besteht
zu diesem Zweck aus Verdampfungsrohren 2, welche eine geschlossene Wand und Decke
der Feuerbüchse und des anschließenden Rauchgaskanals bilden. Der an die Feuer,
büchse anschließende Teil des. Rauchgaskanals ist von Querreihen aufrechter Verdampfungsrohre
3 durchsetzt. Sämtliche Verdampfungsrohre münden unten in Wassersammler 4. und oben,
wie aus Fig. 4 ersichtlich, in Zwischenbehälter 5, in welchen sich der entwickelte
Heizdampf sammelt, bevor er in die Heizelemente B eintritt, welche im Wasserraum
der Betriebstrommel i lidgen. Aus dieser ,ge,-langt der entwickelte Bietriebsdampf
von beispielsweise 6o Atm. durch eine Leitung -6 in einen Überhitzer, welcher aus
einem Naßdampfkasten 7 und einem Heißdampfkasten 8 besteht, an welche die Überhitzerrchrstränge
in Form von Schlangen g angeschlossen sind. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, durchsetzen
diese Schlangen g die Reihen der aufrechten Verdampfungsrohre 3 in Querebenen. Der
in diesem überhitzer 7, 8, 9 hoch überhitzte Hochdruckdampf gelangt durch die Leitung
io in den Heizkörper i i eines Zwischenüberhitzers 12. Nach Ab.-abe seiner -L''b.er-i
hitzungswärme an den durch diesen Zwischenüberhitzer strömenden Abdampf des Hochdruc#
zzylinders der Maschine gelangt der Heizdampf durch die Leitung 14 in einen zweiten
Überhitzer oder Wiederüberhitzer, welcher in gleicher Anordnung wie der erste überhitzer
aus Dampfkästen 7 und 8 und zwischen den Reihen der aufrechten Verdampfungsrohre
3 in Querebenen liegenden Rohrschlangen 9-besteht. Aus diesem Wiederüberhitzer gelangt
der Hochdruckdampf durch eine Leitung 15 über einen Regler 16 in den Schieberkasten
18 des Hochdruckzylinders i9 der Maschine. Der Abdampf des Hochdruckzylinders strömt
durch eine Leitung -o vorteilhaft über ein: Rückschlagventil27 in den Zwischenübe:rhitzer
12 und aus diesem über ,einen Regler 21 in die aus Fig. 2 ersichtlichen Schieberkästen
23 der Niederdruckzylinder 24 der Maschine. Än den durch die Wandrohre 2 .gebildeten
Rauchgaskanal schließt sich vor der Rauchkammer 17 ein kurzer Rauchrohrkessel 26
an, durch welchen das gesamte Speisewasser hindurchgeht und der somit in erster
Linie als Vorwärmer für die- Betriebstrommel i des Hochdruckkessels dient. Der in
diesem Kessel entwickelte Niederdruekdampf von beispielsweise 14 Atm. gelangt durch
eine Leitung 28 ebenfalls in den Zwischenübierhitzer i 2, wo er sich mit dem Abdampf
des I-Iochdruicl,:zylinders aus der Leitung 2o mischt und mit diesem zusammen überhitzt
wird. Er gelangt ,entsprechend ,auch über den Regler 21 durch die Leitung 22 in
die Sc'hieberk;ästen der Niederdruckzylinder. Wie .aus der Zeichnung ersichtlich,
liegen in dem die beiden Überhitzer :aufnehmenden Kesselteil die überhitzerrohrstränge
oder -schlangen 9 in Querebenen zwischen den Rohrreihen der Verdamp:fungsrohre 3,
so daß, wenn aus irgendeinem Grunde die überhitzerrohre nicht von Dampf durchströmt
werden, sie Gelegenheit haben, ihre von den Feuergasen aufgenommene Wärme, ohne
zum Erglühen zu kommen, an die benachbarten. Rohrreihen der von Wasser bzw. einem
Gemisch von Wasser und Dampf durchströmten und daher innen ,gekühlten Verdampfungsrohre
r'dckzustrahlen. Hierdurch ist es möglich, die überhitzerstränge bis nahe an die
Feuerbüchse zu liegen und dadurch; ohne Gefahr des Durchbrennens der Überhitzer
die sehr heißen Gase für eine hohe LTberhitzung bei verhältnismäßig kleiner Überhitzerheizfläche
auszunutzen.
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Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, die von derjenigen der Fig.
i bis .4 dadurch abweicht, daß der Heizdampf für den dem Zwischenüberhitzer 12 der
Fig. i !entsprechenden Zwischenüberhitzer 3o den Zwischenbehältern 5 entnommen wird.
Er strömt aus diesen durch die Leitungen 31 in den Naßdampfkasten 7 des Überhitzers
9 und nach;
seiner Überhitzung aus dem Heißdampfkasten 8 durch die
Leitung 32 in Heizschlangen 33 des Zwischenüberhitzers 3o. Nach Abgabe seiner überhitzungs-
und seiner Verda.mpfungsv.'ärme fließt das Kondensat durch Fallrohre 34 in Sammelrohre
35, in welche auch das Kondensat aus den Heizelementen 13 der Betrieb!sdampftrommel
i gelangt. In diesein Falle :enthält also der die, Überhitzer aufnehmende Kesselteil
nicht wie bei Fig. i bis 4 einen über'hitzer undeinen Wiederüberhitzer für den Hochdruckbetriebsdampf,
sondern einen überhitzer für den Ho@ch&uckbetriebsdampf und einen m einen Abzweig
des geschlossenen Umlaufheizsysterus, des Hochdruckkessels eingeschalteten überhitzer.
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Es könnte auch abweichend von Fig. 5 der Heizdampf aus den. Zwischenbehältern
5 unmittelbar ohne vorherige Überhitzung in die Heizschlangen 33 des Zwischenüb:erhitzers
geführt werden. In diesem Falle .enthält der Kesselteil zwischen den Reihen "der
Ver-\ dampfungsrohre 3 nur ,einen überhitzer für den Hochdruckbetriebsdampf.
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Die Fig. 6 bis 9 zeigen die Auflagerung der Überhitzerschlangen 9.
Zu diesem Zwecke sind an der :einen Seite des Rauchgaskanals die die Begrenzungswand
bildenden Verdampfungsrohre 2 mit Rippen 40 versehern, welche Ausschnitte 41 haben,
in welche die Umkehrenden der überhitzerschlangen 9 passen. Auf der gegenüberliegenden
Seite, nach. welcher das Herausziehen der überhitzerstränge erfolgen kann, sind
die Abschlußnohre 2 rippenlos, und der Abschlußerfolgt durch 42, welche mit entsprechenden
Ausschnitten 43 für die Umkehrenden de'r Ü berhitzerschlangen 9 versehen sind. Diese
Klemmplatten 42 sind durch abschraubbare Bügel 44 an einzelnen Rohren 2 festg eleg
t.
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Bei der Lokomotive nach Fig. io wird der Hochdruckbetrieb-sdampf von
beispielsweise 6o Atm. unmittelbar in :einem Wasserrohrkessel erzeub , der aus der
D:ampfsammeltrommel 5o und den Wasserrohren 5 i besteht, welche auch hier Wandrungen
und Decke der Feuerbüchse des anschließenden Rauchgaskanals bilden und unten durch
Wassersammler verbunden sind. Der an die Feuerbüchse anschließende Teil des Rauchgaskanals
ist mit Reihen senkrechter Verdampfungsrohre . 53 durchsetzt. An den Wasserrohrkessel
schließt ein kurzer Niederdruckkesse154 an. Dieser dient wiederum in erster Linie:
.als Vorwärmer für das Speisewasser des Hochdruckk=essels, erzeugt aber gleichzeitig
noch 'Niederdruckdampf von beispielsweise 14 Atm. Die üb:erhitzeranordnung ist bei
dem dargestellten Beispiel folgende: Der in der Dampfsammeltronumel5o :entwickelte
Hochdruckdampf strömt durch eine Leitung 5 5 in einen üb.erhitzer, der in zwei.
Hälften mit Naßdampfkasten 56 und Heißdampfkasteu 57 geteilt ist, an welche sich
Überhitzerschlangen 58 anschließen. Wie aus Fig. i i ersichtlich, verlaufen die
überhtzerstränge in diesemTalle parallel zu den Reihen der aufrechten Verdampfungsroh.re
53 und sind vpn oben her eingehängt. Auch hier durchsetzen die überhitverschlangen
die Reihen der Verdampfungsrohre 53 in Querebenen wie bei der Ausführungsform nach
den Fig. i bis 5. Der überhitzte Hochdruckdampf gelangt durch :eine Leitung 6o über
einen Regler 61 in den Schieberkasten 62 des Hochdruckzylinders 63. Für die Zwischenüberhitzung
des Abdampfes: :des Hochdruckzylinders und ebenso: für die überhitzung des in dem
Niederdruckkessei entwickelten Frischdampfes ist bei: dieser Ausführungsform die
bekannte Rauchrohrüberhitzeranordnung angewendet. Der Abdampf des. Ho:chd'ruckzylinders
gelangt durch eine Leistung 64 vorteilhaft überein Rückschlagventil 75 in den Naßdampf
.asten eines Rauchrohrüberhitzers 65. Der in dem Niederdruckkessei 54 entwickelte
Niederdruckdampf strömt durch :eine Leitung 59 in den N.aßdampfkasben eines zweiten
Rauchrohrüberhitzers 66, wird überhitzt und strömt dann aus dem @Heißdampfikasten
dieses Überhitzers über einen Regler 67 und eine Leitung 68 in eine Mischkammer
69, in welche auch der überhitzte Dampf des Hochdruckzylinders ,aus dem Üb @erhitzer
65 durch :eine Leitung 7o strömt. Aus der Mischkammer strömt das überhitzte Diampfgemtsch
durch die abgebrochen dargestellte Leitung 71 in die Schieberkästen der 'Niederdruckzylinder,
welche in, derselben Weise wie bei rg.2 angeordnet sind.
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Eine abgeänderte Ausführungsform. der Überhitzeranordnung genäß der
Erfindung zeigen die Fig. 14, 15 und r6. Bei ,dieser Übiqrhitzeranordnung sind der
oder die üb.erhitzer wie bei der Ausführungsform. nach den Fig. i biss 4 seitlich
herausziehbar, wobei indessen der Naßdampfk asten 72 und der Heißdampfkasten 73
senkrecht angeordnet sind. Die von diesen Kästen ausgehenden überhitzerschlangen
74 sind, -wie aus Fig. 16 ersichtlich, um 9o° abgebogen, so daß die Schlangen 74
wiederum in Quernehmen die Reihen der aufrechten Verdampfungsrohre 53 durchsetzen
und hierdurch die gleiche vorteilhafte Wirkung .erzielt wird wie bei den. andern
Ausführungsformen.
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Fig. 17 zeigt in einem. der Fig.4 entsprechenden Querschnitt eine
Abänderung der Überhitzeranordnung für den Fall, daß zwei Überhitzer zwischen den
aufrechten Verdampfungsrohren 3 ein .gebaut sind und die
beiden
überhitzer im Zuge der Heizgasenicht hintereinander, sondern parallel und übereinander
liegen, also beide die gleiche Bebe'xung erhalten. - Die Dampfkästen 76 und
-77- Pbhören mit den daran angeschlossenen Rohrschlangen 78 beispielsweise dem Vorüberhitzer
und die Dampfkästen 79 und 8o mit den daran angeschlossenen Rohrschlangen, 8 i dem
Wiederüberhitzer an.
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Selbstverständlich können die Ausführungsformen der überhitzer nach
den. Fig. i i bis 13 und 14 bis 16 auch bei einer Hochdrucklakomotive mit mittelbarer
Hochdruckdampferzeugung entsprechend Fig. i angewendet werden, und umgeikehrt können
die bei dieser Lokomotive beschriebenen und dargestellten Überhitzerausführungsformen
nach den Fig. 3, 4 und 17 auch bei einer Lokomotive mit un; mittelbarer Hochdruckdampferzeugung
entsprechend Fig. io angewendet werden.
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An der überhitzeranordnung und Dampfführung durch die verschiedenen
überhitzer ändert sich ferner nichts, wenn die Lokomotive statt eines Hochdruckzylinders
deren zwei hat.