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Hochdruckverbundlokomotive mit Einrichtung zur Zwischendampfüberhitzung
und mit zwei oder mehr Rauchrobrüberhitzern Die Erfindung betrifft eine Hochdruckverbundlokomotive
mit Einrichtung zur Zwischendampfüberhitzting, und zwar insbesondere eine solche,
bei welcher dem Hochdruckkessel der zur mittelbaren oder unmittelbaren Erzeugung
des Hochdruckbetriebsdampfes von 5o bis ioo at und darüber dient, im Zuge der Feuergase
ein verhältnismäßig kurzer Rauchrohrkessel nachgeschaltet ist, der in der Hauptsache
als Speisewasservorwärmer und Schlammabscheider für den Hochdruckkessel dient und
nur wenig Niederdruckdampf entwickelt, der entweder dem in einem Zwischenüberhitzer
überhitzten Abdampf der Hochdruckstufe der Maschine beigemischt werden kann oder
unter Überhitzung in einem kleinen zusätzlichen überhitzer zum Betriebe der Hilfsmaschinen
ausgenutzt wird.
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Um die Schwierigkeiten zu überwinden, die wegen der Grenzen der Achsenbelastung
und des Lichtraummaßes bei einer Lokomotive zur Erzielung einer hohen Zwischenüberhitzung
erheblich größer sind als bei einer ortsfesten oder Schiffskesselanlage, sind für
Hochdruckverbundlokomotiven dieser Art zwei Überhitzeranordnungen bekannt.
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Bei der einen (britische Patentschrift 314287, Abb. i) sind
die beiden Hochdrucküberhitzer (Frischdampfüberhitzer und Wiederüberhitzer) als
Querüberhitzer vor dem Rauchrohrkessel eingeschaltet, während bei der anderen (britische
Patentschrift 314:287, Abb. 4) die bewährte Form der von der Rauchkammer aus einzubauenden
Rauchrohrüberhitzer beibehalten ist, in der Weise, daß die Umkehrenden der schleifenförmigen
Überhitzerstränge zu einem erheblichen Teil aus den Rauchrohren in den Heizgaskanal
des Hochdruckkessels hineinragen.
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Mit beiden Lösungen läßt sich für die gleiche Leistung der Lokomotive
die erwünschte hohe Zwischenüberhitzung erzielen, jedoch ergeben sich in beiden
Fällen noch gewisse Mängel in verschiedener Richtung. Bei der ersten erhält man
innerhalb einer Zone verhältnismäßig hoher Temperaturen eine kleine Überhitzerheizfläche
neben der hier erwÜnschten geringen Wasserheizfläche des kurzen Rauchrohrkessels,
aber die Abdichtung für den Ein- und Ausbau des Querüberhitzers und die Entfernung
von aus den Heizgasen sich im Überhitzerteil abscheidenden Löschen macht Schwierigkeiten.
Bei der anderen Lösung sind zwar die Vorteile des Ein-und Ausbaues der Überhitzer
von der Rauchkammerseite aus und die sonstigen Vorzüge der Rauchrohrüberhitzer vorhanden,
aber die Ausnutzung der Heizgase in der Zone höherer Temperatur ist wegen der geringen
Gasgeschwindigkeit in dem Teil, wo die Überhitzerstränge aus den Rauchrohren herausragen,
weniger günstig als in diesem, wo andererseits im letzten Ende das Temperaturgefälle
ungünstig wird. Ebenso ist auch hier
der Raum hinter dem Rauchrohrkessel,
wo sich die Lösche ansammelt, infolge der hineinragenden Umkehrenden der Überhitzerstränge
unzugänglich. -Wollte man bei -der zweiten Lösung die Rauchrohre des verhältnismäßig
kurzen Rauchrohrkessels über die ganze Länge der Überhitzerstränge vergrößern, so
würde man zwar einen günstigeren Wärmeaustausch in der heißeren Zone erhalten, aber
es würde hierdurch gleichzeitig die Wasserheizfläche dieses Rauchrohrkessels erheblich
vergrößert, so daß durch die Rauchrohrheizfläche eine unnötige Menge von Niederdruckdampf
entwickelt und die hierfür den Heizgasen entzogene Wärme für die Überhitzung verlorengehen
würde.
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Die Lösung gemäß der Erfindung, welche die Vorteile beider bekannten
Lösungen ohne deren Mängel vereinigt, beruht auf der Erkenntnis, daß die Erzielung
der gleichen Lokomotivleistung bei gleich hoher Zwischendampfiiberhitzung dadurch
gegeben ist, daß im Gegensatz zu allen bisher verwendeten Rauchrohrüberhitzeranordnungen
für Lokomotiven einschließlich der bekannten für eine Verliundhochdrucklokomotive
mit Zwischendampfüberhitzung der vorliegenden Art (Abb. q, der britischen Patentschrift
314 287) das Verhältnis zwischen Überhitzerheizfläche und Wasserheizfläche des Rauchrohrkessels,
welches bisher stets kleiner als i ist, umgekehrt wird, d. h. größer als i genommen
wird. Eine Ausführungsform, bei welcher dies verwirklicht ist, besteht darin, daß
der Rauchrohrkessel eine volle oder nahezu volle Besetzung von Großrohren mit mehr
als vier Überhitzerrohrsträngen erhält, wobei in der üblichen Weise die Überhitzerschleifen
vollständig in diesen -Großrohren liegen, also nicht wie bei der erwähnten bekannten
Lösung aus letzteren um einen erheblichen Teil herausragen. Überhitzer mit voller
Besetzung wurden bisher stets als Klein- oder Mittelrohrüberhitzer .mit zwei bzw.
höchstens vier Überhitzersträngen in jedem Rauchrohr ausgeführt, während Rauchrohre
mit mehr als vier Überhitzersträngen zwar bereits bekannt sind, aber stets nur als
sogenannte Großrohrüberhitzer ausgeführt wurden mit 2 bis 4 Reihen solcher Großrohre
über einer Vielzahl unbesetzter enger Heizrohre.
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Wenn gemäß der Erfindung der Rauchröhrvorwärmerkessel einer Hochdruckverbundlokomotive
mit Zwischendampfüberhitzung als ein neuer Typ eines Rauchrohrkessels mit vollbesetzten
Großrohren, die mehr als vier Überhitzerstränge enthalten, ausgebildet ist, ergibt
sich das vorerwähnte ungewöhnliche Verhältnis, daß in dem Rauchrohrkessel die Überhitzerheizfläche
zur wasserberührten Heizfläche größer als i wird, beispielsweise 1,5 bei einer Hochdruckverbundlokomotive
nach dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung für 6o at im Hochdruckkessel und 14 at
im Vorwärmerkessel bei rund 450° Überhitzungstemperatur des Hochdruckdampfes und
rund 350° Überhitzungstemperatur des Niederdruckdampfes.
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Gegenüber den bekannten erwähnten Lösungen ergibt sich der erhebliche
Vorteil, daß trotzdem der Vorwärmerkessel mit seinem Wasserraum sich ein erhebliches
Stück unter die Dampfwassertrommel des Hochdruckkessels erstreckt, so eine bessere
Auflagerung des letzteren gestattet und die Steifigkeit des ganzen Kesselaggregates
erhöht, dennoch leine auf Kosten der Überhitzung gehende Wärmeentziehung durch eine
vergrößerte Wasserheizfläche des kauchrohrkessels stattfindet, weil die 'wasserberührte
Heizfläche wegen der verwendeten Großrohre mit mehr als vier Überhitzersträngen
im Verhältnis zur eingebauten Überhitzerheizfläche trotz voller Besetzung verhältnismäßig
klein ist.
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Ferner ist von Anfang an wegen der hohen Gasgeschwindigkeit der Wärmeaustausch
an der Überhitzerheizfläche ein guter, die Großrohre lassen sich mit eingezogenen
Enden in die hintere Kesselwand einwalzen, rund es läßt sich ohne Beeinträchtigung
der Überhitzung und ohne Vermehrung der Gefahr des Durchbrennens der Umkehrenden
hinter dieser Wand durch Weglassung einiger Verdampferrohrreihen des Hochdruckkessels
ein Zugangsraum schaffen, indem sich die Lösche aus den in ihrer Strömungsgeschwindigkeit
verminderten Heizgasen abscheiden kann.
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Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform. Abb. i ist
ein schematischer Längsschnitt durch die Lokomotive. Abb. 2 ist ein O_uerschnitt
nach der Linie A-B in Abb. i und Abb. 3 ein Querschnitt nach der Linie C-D unter
Fortlassung des Rahmens und der Triebwerksteile.
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In der Zeichnung ist i der als Wasserrohrkessel ausgebildete Dampferzeuger
für den Hochdruckbetriebsdampf. An diesen schließt sich im Zuge der Rauchgase der
Vorwärmerkessel2 an. Innerhalb seines Wasserraumes ist er von Rauchrohren 3 von
großem Querschnitt durchzogen, von denen jedes, wie aus Abb. 2 ersichtlich, sechs
Rohrstränge von zwei Überhitzern 4 und 5 enthält. 6 ist ein dampfbeheizter Zwischenüberhitzer
für den Abdampf des nach dem Zeichnungsbeispiel in der Mitte der Maschine angeordneten
Hochdruckzylinders 7. Der erzeugte Hochdruckdampf gelangt durch eine an den Stutzen
8 des Betriebskessels i angeschlossene Leitung in den Eintrittsstutzen 9 des Naßdampfkastens
des Hochdruckfrischdampfüberhitzers
4, wird in den Rohrsträngen
dieses Überhitzers hoch überhitzt und tritt durch eine an den Austrittsstutzen io
des Heißdampfkastens des Überhitzers 4 angeschlossene Leitung in den Eintrittsstutzen
i i des nicht dargestellten Heizkörpers des Zwischenüberhitzers 6. Nach Abgabe seiner
Überhitzungswärme gelangt er durch einen Austrittsstutzen i2 in den Eintrittsstutzen
14 des Naßdampfkastens eines zweiten Rauchrohrüberhitzers 5, der als Wiederüberhitzer
wirkt und den Hochdruckdampf auf die für die Hochdruckstufe gewünschte Überhitzung
bringt. Der wieder überhitzte Hochdruckdampf gelangt durch den Austrittsstutzen
16 des Heißdampfkastens dieses Wiederüberhitzers in den Schieberkasten des Hochdruckzylinders
7. Der aus diesem austretende Abdampf gelangt durch eine an den Eintrittsstutzen
18 des Zwischenüberhitzers 6 angeschlossene Leitung in diesen und tritt als überhitzter
Dampf durch den Stutzen i9 mittels einer zu den beiden seitlichen nicht dargestellten
Niederdruckzylihdern führenden Leitung in letztere. Die mit je sechs überhitzersträngen
besetzten Großrohre 3 sind, wie ersichtlich, am hinteren Ende verjüngt bei 20 eingewalzt.
Die zum Schutze der Rauchrohrüberhitzer quer in den Rauchgaszug eingebauten Verdampfungsrohre
22 des Wasserrohrkessels sind vor der Hinterwand des Vorwärmerkessels 2 fortgelassen,
so daß ein Zugangsraum 23 entsteht, in dem sich infolge der verminderten Gasgeschwindigkeit
die Lösche absetzen kann. Die wasserberührte Heizfläche der Großrohre des Vorwärmerkessels
2 ist bei dieser Anordnung erheblich kleiner als die dampfberührte Heizfläche der
in jedem Rauchrohr sechsfach angeordneten Überhitzerrohrstränge, und die vorderen
Umkehrenden reichen vorteilhaft nicht bis an die vordere Wand des Vorwärmerkessels
2 heran, sondern sind von dieser ein Stück zurückgesetzt, da unter Umständen in
der Nähe der Vorderwand des Vorwärmerkessels 2 das Temperaturgefälle zwischen den
Heizgasen und dem überhitzten Hochdruckdampf zu klein wird, um noch eine merkliche
Überhitzung zu ergeben. Unter Umständen kann hier das Temperaturgefälle sogar null
oder negativ werden, und für diesen Fall sind die Heißdampfenden der Überhitzerrohrstränge
in üblicher Weise mit einer Wärmeisolierschicht zu versehen. Der in geringer Menge
in dem Vorwärmerkessel entwickelte Niederdruckdampfkann durch einen Stutzen 24 entnommen
werden und entweder als Sattdampf den Hilfsmaschinen zugeführt werden oder als überhitzter
Dampf. Der kleine hierfür benötigte Überhitzer kann entweder in die Rauchkammer
eingebaut sein oder es kann auch eine Reihe der Großrohre des Vorwärmerkessels 2
die Rohrstränge dieses zusätzlichen kleinen Überhitzers aufnehmen. Der entwickelte
Niederdruckdampf aus dem Vorwärmerkessel 2 könnte auch abänderungsweise nach dem
Zwischenüberhitzer 6 geführt und dem Abdampf aus der Hochdruckstufe der Maschine
beigemischt werden. Bei dem dargestellten Beispiel ist für die Zwischenüberhitzung
ein dampfbeheizter Zwischenüberhitzer 6 vorgesehen. Die Erfindung ist aber auch
für den Fall anwendbar, daß der Abdampf der Hochdruckstufe der Maschine unmittelbar
in einem Rauchrohrüberhitzer seine Zwischenüberhitzung erhält. Für diesen Fall fällt
der Zwischenüberhitzer 6 fort, und an Stelle des Wiederüberhitzers 5 ist dann der
Niederdruckzwischenüberhitzer als Rauchrohrüberhitzer in die Großrohre- des Vorwärmerkessels
2 eingebaut. In diesem Falle ist mit Rücksicht auf die hohen Wandtemperaturen der
Abdampf der Hochdruckstufe durch einen Abdampfentöler zu schicken, ehe er in den
Zwischenüberhitzer gelangt.