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Aus durch Strahlung beheizten Rohrschlangen bestehender Dampferzeuger
DiebisherbekanntgewordenenDampferzeuger, die ohne Verwendung von besonderen Kesseltrommeln
lediglich aus Rohrschlangen bestehen, sind vielfach an den Wänden von senkrechten
Schächten untergebracht, um auf diese Weise möglichst restlos die gesamte Strahlungswärme
der Feuerung aufzunehmen. Der Weg der Flamme bzw. des Brenngemisches ist verhältnismäßig
lang, so daß der eingeführte Brennstoff vollkommen verbrannt ist, wenn die Rauchgase
die eigentliche Brennkammer verlassen. Schwieriger wird die Aufgabe, wenn ein Kessel
entworfen werden soll, der einerseits wenig Platz einnehmen, anderseits eine stark
schwankende Verdampfungsleistung aufbringen soll, wie es z. B. von Lokomotivkesseln
gefordert wird. Ist bei kleiner Belastung der Verbrennungsraum zu groß, so entzieht
er der Flamme zu viel Wärme. Diese Überlegung spräche für einen kleinen Verbrennungsraum.
Ist jedoch die zugeführte Brennstoffmenge bei starker Belastung größer, so muß ein
genügend langer Flammenweg vorgesehen sein, wenn man nicht eine beträchtliche Brennstoffmenge
unverbrannt durch den Schornstein entweichen lassen will.
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Eine Kesselanordnung zu schaffen, die beiden Anforderungen genügt,
ist Aufgabe der Erfindung. Die Lösung besteht darin, daß die von den Rohrschlangen
umschlossene Brennkammer durch eine Trennwand, die von der dem Brenner entgegengesetzten
Seite in die Brennkammer ragt, derart in zwei Teilkammern unterteilt ist, daß die
Flamme die erste Teilkammer auf U-förmigem Wege zweimal durchzieht. Auf diese Weise
entzieht die erste Teilkammer der Flamme verhältnismäßig wenig Wärme, so daß eine
genügend hohe Zündungstemperatur immer erhalten bleibt. Die zweite Teilkammer wird
bei geringerer Belastung von den Rauchgasen durchzogen, bei stärkerer Belastung
jedoch wird erst in diesem Raum die Verbrennung zu Ende geführt.
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Die weitere Ausgestaltung des Kessels kann so erfolgen, daß man die
Trennwand zwischen den beiden Teilkammern in bekannter Weise mit einer Luftkammer
versieht und durch besondere Öffnungen in der Trennwand dem Brenngemisch die Sekundärluft
zuführt. Damit sich die Trennwand dem Flammenweg anpaßt und der Richtungsumkehr
der Flamme nicht zu große Widerstände entgegensetzt, kann man die Trennwand, wie
auch schon vorgeschlagen wurde, nach der einen Seite hin abschrägen. Diejenige Oberfläche
der Trennwand, in der die Sekundärluftdüsen sich befinden, wird durch die ausströmende
Luft genügend gekühlt. Die ändere Seite der Trennwand, die in der zweiten Verbrennungskammer
liegt, ist jedoch den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt. Um zu
verhindern,
daß das Mauerwerk unter dem Einfluß der hohen Temperatur leidet, ist in be-4annter
Weise auch die Rückseite der Trennwand mit Dampferzeugerrohren bedeckt.
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Mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgedankens sind in den Abbildungen
dargestellt, und zwar zeigen Abb. i einen senkrechten Längsschnitt durch die Brennkammer,
Abb. 2 einen Querschnitt nach der Linie i-i der Abb. i, Abb.3 die Vorderansicht,
Abb. q, einen waagerechten Schnitt nach der Linie 4-4 der Abb. i, Abb. 5 einen Längsschnitt
durch die seitlich der Feuerkammer liegenden Kesselteile nach der Linie 5-5 der
Abb. 2, Abb. 6 eine Draufsicht, Abb. 7 einen waagerechten Schnitt nach der Linie
7-7 der Abb. i, Abb. 8 die Anordnung der Lufteinlaßöffnungen am unteren Ende der
den Kessel umschließenden Lufträume und Abb. g eine Rohranordnung über dem Aschfall
des vorderen Brennkammerteiles.
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Wie Abb. x zeigt, besteht die Feuerung aus einer Verbrennungskammer
io mit dem Boden i1, der Decke 13, der Vorderwand 12, der Rückwand 1q. und
den beiden Seitenwänden 15. Die Vorderwand i2 weist einen schräg liegenden Teil
16 auf. Sämtliche Wände sind aus einem Baustoff hergestellt, der hohen Temperaturen
widerstehen kann. Der Boden, die Vorderwand und die Decke sind vorzugsweise den
hohen Temperaturen ausgesetzt und deshalb aus feuerfestem Material hergestellt.
Die Rück-und die Seitenwände werden gekühlt und können aus diesem Grunde aus Metall,
beispielsweise aus Gußeisen oder einer Chromlegierung bestehen.
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Die Verbrennungskammer io zerfällt in die beiden Hauptkammern io"
und lob, die durch eine senkrechte Trennwand 17 geschieden sind. Die Trennwand ist
aus dem Boden ii heraus aufgeführt und erreicht die Höhe des unteren Randes des
Vorderwandteiles 16. Oberhalb der Trennwand stehen die beiden Kammern io., und lob
miteinander in Verbindung. Die nach vorn liegende Trennwandfläche ist etwas geneigt.
Die vordere Verbrennungskammer io" hat die Aufgabe, eine hohe Zündungstemperatur
zu erzeugen und aufrechtzuerhalten ohne Rücksicht auf die Menge des bei verschiedenen
Belastungen zugeführten Brennstoffes. Der Teil lob hat hauptsächlich die Aufgabe
für eine vollkommene Verbrennung, auch bei hoher Belastung, den nötigen Verbrennungsraum
zur Verfügung zu stellen.
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Als Brennstoff kann sowohl Öl als auch Kohle Verwendung finden. Zweckmäßig
bedient man sich der Staubkohle. Sie wird durch eine Fördervorrichtung 18 aus dem
Bunker ig durch eine Öffnung 2o in die Kammer io" befördert. Man kann auch eine
größere Anzahl von Brennstofföffnungen vorsehen, die den Brennstoff in verschiedenen
Richtungen in die Brennkammer eintreten lassen. Der Bunker ig legt sich gegen den
Teil 16 der Vorderwand. Der Brennstoff tritt in ungefähr 2/3 der Gesamtkammerhöhe
in die Verbrennungskammer io ein und fällt in die Verbrennungszone hinein. Die Verbrennungsluft
wird unterhalb der Öffnung 2o durch eine Anzahl Öffnungen 21 aus einer Luftkammer
22 außerhalb der Vorderwand zugeführt. Die Öffnungen 21 sind über die ganze Fläche
des unteren Teiles der Wand 12, verteilt. Die eintretende Luft kühlt gleichzeitig
die Wand 12. Die Zweitluft wird der Verbrennungskammer von hinten durch eine Anzahl
Öffnungen 23 aus einer innerhalb der Trennwand 17 befindlichen Luftkammer
24 zugeführt. Die Öffnungen 23 sind über die ganze Vorderfläche der Trennsand 17
verteilt. Auch hier kühlt die eintretende Luft die Vorderfläche der Trennwand 17.
Die beiden einander gegenüberliegenden Luftkammern 22 und 2q. sind durch Kanäle
25 miteinander verbunden (vgl. Abb. q.). Sie liegen bei der gezeichneten Ausführung
in den unteren, aus feuerfestem Baustoff bestehenden Teilen i5,, der Seitenwände
15. Wenn der Kohlenstaub aus der Öffnung 2o in die Kammer io" gelangt, mischt er
sich mit der Verbrennungs-Iuft und beginnt sich zu entzünden. Die aus den Öffnungen
21 in den Strahlungsraum eintretenden Luftströme veranlassen die nach unten gerichtete
Flamme, ihre Richtung nach hinten zu ändern. Die Lenkwand 17 und die aus den Öffnungen
23 austretenden Luftstrahlen ändern die Flammenrichtung nach oben. Die Flamme schlägt
dann über den oberen Rand der Trennwand 17 und gelangt in die Kammer loh. Durch
die große Anzahl der Luftströme und durch die verschiedene Eintrittsrichtung des
Brennstoffes und der Luftströme in die Brennkammer gerät das Brenngemisch in eine
lebhafte Wirbelbewegung. Man erhält dadurch ein gleichmäßiges Gemisch und eine schnelle
und vollständige Verbrennung. Der zugeführte Brennstoff nimmt sofort bei seinem
Eintritt die Strahlungswärme von dem nach aufwärts ziehenden Flammenteil auf, außerdem
diejenige Wärme, die von der Vorderfläche der Trennwand 17- in den Verbrennungsraum
zurückgestrahlt wird. Absichtlich sieht die Bauart einen verhältnismäßig langen
Flammenweg vor, so daß die Verbrennung, wenn sie in der Kammer io" noch nicht vollendet
ist, bestimmt in der Kammer lob zum Abschluß kommt.
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Die Verbrennungsgase werden nach Verlassen der eigentlichen Feuerung
so geleitet, daß man den größten Teil ihrer Wärme zurückgewinnen kann. Sie gelangen
aus der Kammer lob durch
eine Öffnung 26 in dem unteren Teil der
Rückwand 14 in eine Kammer 27, die den hinteren Teil der Feuerung bildet. Hier spaltet
sich der Gasstrom in zwei Teilströme, die zwei Kammern 28 durchziehen (Abb.4). Diese
Kammern liegen zu beiden Seiten der Verbrennungskammer io. Aus dem Vorderteil der
Kammer 28 gelangen die Gase aufwärts in zwei Kammern 2g (Abb. 5) und von dort durch
eine Anzahl eingewalzter Rohre oder Züge 3o, die sich durch die beiden Kammern 31
hindurchziehen, in die oberhalb des Raumes 27 liegende Kammer 32 und schließlich
in den Schornstein 33. Im Schornstein ist zur Vergrößerung des natürlichen Zuges
ein Gebläse 34 angeordnet. Die Wände der Kammern 27, 28 und 3o bestehen aus gewöhnlichem
Stahl oder Chromstahlblech. Die Kammern 28 ruhen auf einem Traggerüst, das außen
an der Seitenwand 15, angebracht ist, und zwar liegen die Grundplatten 35 auf einem
Fachwerk 36 aus U-Eisen. Eine äußere Wand 37 aus Wärmeschutzmasse schließt die Decke
sowie' die Rück- und die Seitenwände der Feuerung ab. Zwischen den äußeren und den
inneren Wänden befinden sich Luftspalte, der Spalt 38 oberhalb der Decke 13, der
Spalt 39 an der Rückwand und der Spalt 40 an den beiden Seitenwänden. Diese
Lufträume stehen miteinander in Verbindung und münden in den hinteren Teil der Luftkammern
31. Der Luftspalt 39 steht mit der Außenluft durch Öffnungen 41 in
Verbindung (Abb. 8), ebenso der Luftspalt 4o durch eine Anzahl von Öffnungen 42
in den Grundplatten 35. Aus dem Vorderteil der Kammern 31 gelangt die Luft durch
Kanäle 43 in die Kammer 22 (Abb. 7). Auf dem Strömungswege der Luft werden die äußeren
Wände der Kammern 27 und 28, die inneren Wände 15 der Kammern 31, die Decke 13 und
die Verbrennungsgase, die die Rohre 3o durchziehen, gekühlt und dadurch wird wiederum
die Verbrennungsluft vorgewärmt. Die aus dem Schornstein entweichenden Gase besitzen
infolgedessen eine verhältnismäßig niedrige Temperatur. Infolge der verminderten
Geschwindigkeit der Verbrennungsgase in der Kammer iob fallen die Ascheteilchen
zu Boden. Die untere Wand ii der Verbrennungskammer ,ob steigt von
beiden Seiten her nach der Mitte zu an, so daß die Asche sich an den beiden Seiten
sammelt und leicht durch Reinigungstüren 44 entfernt werden kann.
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Die Rohrschlangen 45 können mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit
angefüllt werden. Sie bedecken die inneren Flächen der Wände ii, 13, 14 und 15 und
die hintere Fläche der Trennwand 17. Die Rohrschlangen können aus einem oder mehreren
Rohrsträngen bestehen. Jedes Rohr ist in einer Reihe von Windungen gebogen, zuerst
um die Kammer ioa herum und dann um die Kammer iob, schließlich in mehreren Windungen
um die in der Verbrennungskammer iob angeordneten Rohre herum. Bei der gezeichneten
Ausführung gelangen drei Rohrstränge46, q.7 und 48 zur Verwendung. Die Zahl der
parallel geschalteten Rohrleitungen ist so gewählt und bemessen, daß sie dem Arbeitsmittel
den Durchfluß mit einer Geschwindigkeit gestattet, die für den Wärmeübergang am
günstigsten ist, ferner dadurch der Durchflußweg abgekürzt und damit die Reibungsverluste
herabgesetzt werden. Die Strömungsrichtung in den Rohren kann entweder im Gegenstrom
oder im Gleichstrom mit den Verbrennungsgasen erfolgen. Die Einlaßenden der Rohre
führen durch entsprechende Öffnungen in den Wänden aus dem Feuerungsra.um heraus
und sind mit irgendeiner Förderanlage für vorgewärmte Flüssigkeit oder Dampf zum
Anfüllen der Rohrschlangen 45 verbunden. In der Kammer iob sind die Windungen an
ihrem unteren Ende zu dreien übereinander angeordnet. Dadurch werden eine Reihe
von Öffnungen 5o gebildet, durch die die Asche auf den Boden der Kammer iob fällt.
Eine ähnliche Anordnung kann in der mit Reinigungsluken 51 versehenen Kammer ioa
vorgesehen sein (vgl. Abb. c9). Die einzelnen Windungen der Rohre liegen so nebeneinander,
daß sie die Oberfläche der Wände bedecken, aber den Innenraum der Verbrennungskammer
io freilassen. Die Flüssigkeit in den Rohrschlangen 45 dient dabei in bekannter
Weise zur Kühlung der Wandflächen. Die Feuerungsanlage kann entweder die Aufgabe
haben, Wasser in den Schlangen 45 zu erhitzen oder Dampf zu erzeugen. Bei dem gezeichneten
Ausführungsbeispiel sind die Rohrschlangen 45 Teile eines Dampferzeugers. Die Enden
der Rohrleitungen 46, 47 und 48 führen durch die Öffnung 26 in der Rückwand aus
der Verbrennungskammer io heraus und sind an drei Überhitzerrohrschlangen 52, 53
und 54 angeschlossen. Die Rohre 52 füllen den oberen Teil der Kammer 27 aus und
ruhen mit ihren Enden auf den Tragplatten 35. Die Rohrschlangen 53 und 54 sind in
den Kammern 28 untergebracht.
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Aus der Beschreibung geht also hervor, daß die Wände der Verbrennungskammer
an ihrer Innenseite durch die Rohrschlangen, die die Strahlungswärme aufnehmen,
und an ihrer Außenseite durch die eintretende Verbrennungsluft gekühlt werden. Die
den Verbrennungsgasen noch innewohnende Wärme wird zur Überhitzung des Dampfes in
den Überhitzerrohrschlangen 52 bis 54 und zur Vorwärmung der Verbrennungsluft verwendet.
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Die Verbrennungskammer ist geschlossen im Aufbau und insbesondere
geeignet für Dampflokomotiven und Heizwagen.