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Heizvorrichtung für Hochdruckdampferzeuger Es sind Heizvorrichtungen
zum Beheizen von Flüssigkeiten mit im Flüssigkeitsstrom parallel geschalteten Rohrelementen
bekannt, bei denen die Heizwirkung auf die Flüssigkeit in jedem Element gleich groß
ist, und deren einzelne Windungen aneinanderliegen und so Führungswände für den
Heizgasstrom bilden. Gegenstand der Erfindung ist die Ausbildung solcher Heizvorrichtung,
derart, daß die Führungs- und Begrenzungswände für den Heizgasstrom von allen Rohrelementen
gemeinsam gebildet werden, jedes Rohrelement also einen Teil der Begrenzungswände
bildet, wobei die Heizwirkung auf die Flüssigkeit in jedem Element dadurch gleich
groß wird, daß bei über- oder hintereinanderliegenden Elementen die Heizgaszüge
konzentrisch aufeinanderfolgen und bei nebeneinanderliegenden Elementen die Heizgaszüge
parallel geschaltet sind.
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Bei einem derartigen Aufbau der Heizvorrichtung entfallen viele gemauerte
Wände, die hohen Feuergastemperaturen ausgesetzt sind. Derartige Heizvorrichtungen
haben daher, bei erhöhter Betriebssicherheit, geringere Unterhaltungskosten als
Heizvorrichtungen mit gemauerten Feuerzügen und -führungswänden. Sie sind besonders
vorteilhaft für Lokomotiv- und Schiffsbetrieb wegen ihres geringen Gewichtes. Ferner
ergibt sich aus der Verkleinerung der Mauermassen, die große Wärmemengen in sich
aufnehmen, eine Abkürzung der Anheizzeit und eine verminderte Trägheit des Dampferzeugers,
d. h. die Dampferzeugung folgt rascher einer Veränderung der Feuerwirkung.
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Dieser Vorteil ist zwar auch bei den bekannten Rohrelementen vorhanden,
nur werden hier gegenüberliegende Führungswände nicht durch dasselbe Element gebildet.
Es brauchen auch hier nicht alle Elemente miteinander zusammen zu wirken, um die
Führungswände in ihrer Gesamtheit zu erzeugen. Nun sind zwar auch Rohrelemente bekannt,
die die vorstehend gekennzeichneten Bedingungen zum Bilden der Führungswände erfüllen.
Es handelt sich dabei aber nicht um Heizelemente, bei denen die Heizwirkung auf
jedes Element gleich groß ist.
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Heizvorrichtungen nach der Erfindung sind vorteilhaft für das durch
Patent 464555 geschützte Verfahren zur Hochdruckdampferzeugung geeignet.
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Einige Ausführungsbeispiele von Heizvorrichtungen nach der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt.
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In Abb. i bedeutet i den Brennraum, von dem aus die Feuergase bei
a in die konzentrisch angeordneten Feuerzüge strömen, deren Wände durch die eng
aneinander gewickelten Rohre einzelner Rohrelemente 2 (Rohrschlangen o. dgl.) und
durch die Aneinanderfügung der einzelnen Elemente 2 gebildet werden. Die Elemente
bestehen aus ineinandergewikkelten Rohrzylindern von beliebiger Form der Grundfläche.
Das zu beheizende Medium wird durch einen Verteiler 3 auf die einzelnen Elemente
verteilt. Um eine gleichmäßige
Verteilung auf die Elemente zu erreichen,
ist das Zuführungsrohr q. bis nahe an den Grund des Verteilers 3 geführt, und das
zu beheizende -Medium tritt in den Verteiler durch Löcher aus, die nach dem Rohrende
immer größer werden. Ähnlich ist der Sammler zur Erreichung eines Temperaturausgleiches
des erhitzten Mediums ausgebildet. Zu demselben Zweck kann man auch noch zwischen
Anfang und Ende der einzelnen Elemente einen für alle Elemente oder Gruppen derselben
gemeinsamen Sammelraum einschalten.
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Die Feuergase sind in der Heizvorrichtung in der durch Pfeile angegebenen
Weise so geführt, daß die Temperatur von innen nach außen abnimmt. Hierdurch wird
die Wärmeabstrahlung nach außen auf ein Mindestmaß gebracht. Zweckmäßigerweise soll
die Wärmeabführung aus den Heizgasen derart erfolgen, daß nach Möglichkeit Gegenstromwirkung
erzielt wird. Der Querschnitt der Feuerzüge wird so bemessen, daß trotz der infolge
der Temperatursenkung eintretenden Volumenabnahme die Feuergasgeschwindigkeit gleich
bleibt oder zur,Verbesserung des Wärmeüberganges mit abnehmender Temperatur sogar
zunimmt. Bei b treten die Heizgase aus den Zügen zum Schornstein hinaus. Selbstverständlich
kann der Wärmeinhalt der Abgase vorher noch weiter zur Luftvorwärmung ausgenutzt
werden, und es kann z. B. mit der Verbrennungsluft auch das Ofenmauerwerk gekühlt
werden. Die einzelnen Windungen jedes Elementes und die Elemente liegen so aufeinander,
daß das Gewicht der Schlangen von Windung zu Windung in ununterbrochener Rohrfolge
bis zur Auflagestelle 5 übertragen wird. Es können aber z. B. auch der Sammler und
der Verteiler zur Abstützung der Rohrschlangen benutzt werden.
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Die vorstehend beschriebene Ausbildung der Elemente und der Feuerzüge
ergibt eine in allen Elementen gleiche Beheizung des betreffenden Mediums. Die Elemente,
die in dem ersten Zug von den heißesten Feuergasen bestrichen werden, kommen im
zweiten Zug nur mit schon bedeutend abgekühlten Feuergasen in Berührung, während
die Elemente, die im ersten Zug weiter zurückliegen, im zweiten Zug dafür von heißeren
Feuergasen bestrichen werden, so daß die mittlere Temperaturdifferenz beider Rohrseiten
überall gleich ist.
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In Abb. 2 ist ein Schnitt durch eine Heizvorrichtung nach Abb. r mit
beispielsweise kreisförmig und konzentrisch ausgebildeten Rohrelementen gezeigt,
wobei die Verbindung der einzelnen Elemente mit Verteiler 3 und Sammler 6 so erfolgt,
daß die Führungswände der Feuerzüge dadurch nicht unterbrocken wird. D-e Wicklung
der einzelnen Elemente erfolgt hier derart, daß im fortlaufenden Zuge ::-ferst alle
Windungslagen eines Elementes mit dem inneren Windungsdurchmesser gewickelt werden
und dann anschließend die entsprechend erforderlichen Windungen mit dem äußeren
Windungsdurchmesser. Die Rohrquerschnitte sind hier so bemessen, daß mit zunehmender
Dampftemperatur der Rohrdurchmesser stufenweise von d, auf d, zunimmt, wodurch die
Strömungswiderstände klein gehalten werden. Bei einer derartigen Ausführung und
Anordnung der Rohre im Heizstrom erreicht man, daß die Sicherheit der durch Innendruck
beanspruchten Rohre unter Berücksichtigung der Wärmeeinwirkung im Mittel überall
gleich ist.
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In Abb.3 ist eine andere Art der Wicklung mit einer anderen Form der
Rohrzylinder dargestellt. Die Verbindung der Elemente mit Verteiler 3 und Sammler
6 erfolgt hier ebenfalls derart, daß eine Unterbrechung der Führungswände vermieden
ist. Bei c liegen die einzelnen Windungszylinder aufeinander, so daß das Gewicht
der Schlangen durch die Rohrzylinder hindurch bis zur Auflagestelle übertragen wird.
Ebenso berühren sich die einzelnen Windungszylinder bei f, so daß auftretende Seitenkräfte
durch alle Windungen hindurch nach außen geleitet und dort aufgenommen werden können.
An der Berührungsstelle f sind, wie Abb. 4. darstellt, besondere Klötze durch Schweißung
o. dgl. an den Rohren befestigt, um eine sichere Auflagerung unter Vermeidung von
Zwängungen u. dgl. zu erzielen. Hier erfolgt die Wicklung der einzelnen Rohrelemente
derart, daß im fortlaufenden Zuge zuerst die ganze Wicklungsform in einer Rohrlage
ausgeführt wird, dann in die nächste Lage übergeht, wo wieder die ganze Wicklungsform
ausgeführt wird usw.
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Bei derartiger Form der Rohrelemente, die sich besonders für liegende
Anordnung der Wicklungszylinder eignet, kann eine Abstützung außerdem z. B. auch
durch untergezogene Rohre, die ebenfalls von dem zu beheizenden Medium durchströmt
werden, erfolgen, wobei die auftretenden Kräfte durch unmittelbare Berührung unter
Vermeidung von Biegungsbeanspruchungen übertragen werden.
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Die Führung der Rauchgase bei dieser Ausführungsform erfolgt derart,
daß die Rauchgase hintereinander die Feuerzüge I, 1I, III und IV durchstreichen,
so daß wieder die äußeren Züge von den kältesten Rauchgasen durchströmt werden und
dadurch die Abstrahlungsverluste nach außen auf einen Mindestwert gebracht werden.
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Abb. 5 zeigt einen Schnitt durch eine derartige Heizvorrichtung, aus
dem auch die
Einmauerungsart zu ersehen ist. Die Rauchgase treten
bei a in die Heizvorrichtung ein, werden in der durch Pfeile angegebenen Weise durch
die Heizvorrichtung hindurchgeführt und treten bei b in den Schornstein aus.
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Abb.6 zeigt eine Ausführungsform der Heizvorrichtung, bei der alle
Rohrelemente zusammen nur einen einzigen Feuergaszug bilden. Die Rohrelemente sind
derart ausgebildet; daß auf einem Teil des Wicklungsumfanges die Rohre der einzelnen
Wicklungen unmittelbar aufeinanderliegen und dadurch die Führungswände für den I-leizgasstroin
bilden, während sie auf dem übrigen Teile des ZVicklungsumfanges so ausgeführt sind,
daß sie von dem Heizstrom allseitig umspült werden. Die dargestellte Wicklungsform
besteht aus halbbogenförmigen Teilen, an denen die Windungen aufeinanderliegen,
während die Verbindung dieser Halbbogen abwechselnd durchgekreuzte und parallele
Rohrstücke erfolgt. Diese quer durch den Heizstrom gehenden Rohrenden werden zweckmäßig
so gegeneinander versetzt, daß nicht ein Rohr im Schatten des davorliegenden ist.
Dadurch wird eine Verbesserung der Heizwirkung und Wirbelung der Heizgase erreicht.
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Abb. 7 zeigt ein Einmauerungsschema für eine derartige Heizvorrichtung.
Vom Verteiler 3 tritt das zu beheizende Medium in die einzelnen Rohrschlangen ein
und wird im Sammler 6 gesammelt und von dort abgeführt. Die Feuergase treten bei
a in die Heizvorrichtung ein und bei b aus.
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Eine derartige Anordnung ergibt einen besonders einfachen und leicht
zugänglichen Aufbau von geringem Platzbedarf.
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Selbstverständlich lassen sich noch viele andere Windungsformen ausbilden
und zweck mäßige Anordnungen für die Unterbringung in den Feuerzügen unter entsprechender
Gestaltung der letzteren finden.