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Fieldrohrüberhitzer, insbesondere für Lokomotiv- und Schiffsheizrohrkessel
Gegenstand der Erfindung ist ein Fieldrohrüberhitzer für Lokomotiv- oder Schiffsheizrohrkessel,
bei dem die ineinandergeschachtelten Überhitzerrohre von in der Rauchkammer angeordneten
Verteilkästen ausgehen und einzelne Rauchrohre des Kessels durchsetzen. Hierbei
wird der Naßdampf in den Außenrohren im Gegenstrom zu den Heizgasen geführt. Der
am Ende der Außenrohre überhitzte Dampf wird dann durch die zum Teil wärmegeschützten
Innenrohre zurück zur Heißdampfsammelkammer geleitet.
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Das :Neue besteht darin, daß die LTberhitzerelemente mit ihren freien
Enden in den Feuerraum hineinragen und der nach dem Feuerraum zu gelegene Teil der
äußeren Überhitzerrohre aus feuerbeständigerem und die Wärme besser leitendem Baustoff
hergestellt ist als der nach den Verteilkästen hin gelegene Teil der Überhitzerrohre.
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Es ist zwar bereits bekannt, Lberhitzerrohre in den Feuerraum hineinragen
zu lassen. Jedoch ist dies nur für einfache Rohrüberhitzer bekannt, und auch hier
wurde meist durch Einbau der Rohre in besondere Kammern dafür gesorgt, daß die Heizgase
nicht unmittelbar auf die Überhitzerelemente einwirken und diese verbrennen können.
Bei Fieldrohrüberhitzern, die in die Rauchkammer eingebaut sind, hat man diesen
Gedanken bisher noch nicht zur Anwendung gebracht mit dem Zweck, den Dampf auf kürzester
Strecke an der heißesten Stelle der Feuerung rasch und hoch zu überhitzen. Dies
bedingt auch die Anwendung eines besonderen feuerbeständigen und die Wärme leitenden
Baustoffes für den nach dem Feuerraum gelegenen Teil der Außenrohre des Vberhitzers.
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Es ist zwar auch bekannt, die Enden zweier nebeneinanderliegender
überhitzerrohre durch einen aufgeschweißten Rohrbogen aus feuerbeständigem Baustoff
zu verbinden. Jedoch ist ein solcher Baustoff bisher noch nicht bei Fieldrohrüberhitzern
für den nach dem Feuerraum gelegenen Teil der Außenrohre zur Anwendung gekommen.
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Um hierbei die hohe Wärmedurchlässigkeit dieser Rohrteile weitgehend
für die Überhitzung des Dampfes auszunutzen, sind innerhalb dieser Rohrteile an
sich bekannte schraubenförmige Einlagen angeordnet, deren Steigung nach dem Ende
der Innenrohre des L berhitzers hin immer geringer wird. Dadurch soll einerseits
der Dampf gerade an den heißesten Stellen der Feuerung lange gehalten und andererseits
so geführt werden, daß er ohne Rückstauung in die Innenrohre übertreten kann.
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Es wird dadurch ein Hochtemperaturüberhitzer geschaffen, der mit nur
wenigen Cberhitzerelementen bei einer mittleren Dampfbelastung L'berhitzungstemperaturen
bis zu
4oo° C ermöglicht, ,trotz seiner geringen Heizfläche und
den dadurch bedingten geringen Kosten. Der einfache Aufbau gestattet, den C@berhitzer
auch nachträglich in bestehenden Lokomotiven bequem einzubringen und sie durch Nutzbarmachung
der Flammenstrahlung in der Feuerbüchse in hochwertige Maschinen umzuwandeln.
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Die Fig. i und 3 der Zeichnung veranschaulichen zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung im Längsschnitt durch das Großrauchrohr; die Fig. 2 und .I zeigen
die Überhitzer nach den Fig. i und 3 im Querschnitt nach den Linien A-B, bzw. C-D.
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Der Dampfverteilkasten 2 ist in zwei Räume 3 und .I geteilt, von deren
der erstere (durch ein nicht dargestelltes Rohr) den zu überhitzenden Dampf erhält,
während der letztere den überhitzten Dampf empfängt und ihn an die Dampfmaschine
abgibt. An den Verteill:asten 2 ist ein Kasten io angeschlossen, an den die Cberhitzerelemente
angesetzt sind und der durch eine Mittelwand ii in zwei Kammern 12 und
13 geteilt ist. Bei der Ausführungsform nach den Fig. i und 2 besteht der
überliitzer aus einem Innenrohr i4., dessen vorderes Ende in eine Öffnung -der Zwischenwand
ii eingewalzt ist und in die Heißdampfkammer 13 mündet, und aus einem äußeren Rohr,
das an einem Zwischenpunkt seiner Länge geteilt und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
aus den Teilen 15 und 17 besteht. Das Rohr 15 ist mit einem Flansch 16 versehen,
der in eine Öffnung des Kastens io eingesetzt ist. Der Rohrteil 15 erstreckt sich
nur über jenen Teil des Rauchgasrohres 7, in welchem, wie die in der Fig. i dargestellte
Temperaturkurve t zeigt, die Temperatur der Rauchgase infolge der `'Wärmeabgabe
an das Kesselwasser und an den Cberhitzer bereits wesentlich gesunken ist. Der Teil
17 des Außenrohres, welcher den in der heißen Zone der Rauchgase lie-g
e nden Teil des Rückleitungsrohres 14 umgibt, besteht aus einer röhrenförmigen Kappe,
die aus einem Stück hergestellt ist und mit ihrem geschlossenen Ende in den Feuerraum
18 hineinragt. Die Kappe 17 ist aus einem einzigen Stück des besten nicht verzundernden
Baustoffes hergestellt, beispielsweise einer der feuerfesten Stahlsorten, welche
die neuzeitliche Baustoffkunde zu liefern imstande ist. Das Rohr 15 ist mit
der Kappe 17 durch Einwalzen in Rillen i9 oder durch Verschweißen verbunden.
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Der Dampf strömt, wie die Pfeile in der Fig. i zeigen, aus der Kammer
3 des Verteilkastens in den Raum 12, durchfließt im Gegenstrom zu den Rauchgasen
den Zwischenraum 2o zwischen dem Innenrohr 14 und dein Außenrohr 15, gelangt dann
in die Kappe 17,
kehrt in der durch die Kappe 17 gebildeten Endkammer
2i (Fig. i) um und strömt durch (las Innenrohr i4. in die Kammer 13 des Endkastens
io. In der kühleren Zone der Rauchgase (Fig. i linke Hälfte) nimmt der Sattdampf
von den bereits stark abgekühlten Rauchgasen nur wenig Wärme auf. Der Hauptteil
der Überhitzung kommt in der heißeren Zone (Fig. i rechte Hälfte) zustande und insbesondere
in dem in den Feuerraum i S hineinragenden Teil der röhrenförmigen Kappe
17. In dem Zwischenraum 22 zwischen der röhrenförmigen Kappe 17 und
dem Innenrohr 14 ist in an sich bekannter Weise eine nach einem steilen Schraubengang
verlaufende Einlage 23 angeordnet, die aus einem Blechstreifen besteht und auf das
Innenrohr 14 aufgeschweißt ist. Wie die Fig. i zeigt, nimmt die Steigung dieser
schraubenförmigen Einlage in der Strömungsrichtung des Dampfes allmählich ab, so
daß der Durchgangsquerschnitt des schraubenförmigen Dampfkanales 22 in der Richtung
der zunehmenden Rauchgastemperatur immer kleiner wird und an seinem Ende ungefähr
die gleiche Größe hat wie das Innenrohr 1q. Infolge dieser schraubenförmigen Führung
des zu überhitzenden Dampfes wird nicht nur der Weg, längs dessen der Wärmeaustausch
stattfindet, vergrößert, sondern in dem Ende der Kappe 17 auch eine kräftige Durchw-irbelung
des Dampfes erzielt, wodurch die der hohen Temperatur ausgesetzte Kappe wirksam
gekühlt wird.
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Der durch das Innenrohr 14 zurückstrümende überhitzte Dampf würde
in der kühleren Zone der Rauchgase (Rig. i linke Hälfte) einen großen Teil seiner
Überhitzungswärme an den Naßdampf abgeben, der das Außenrohr 15 durchströmt. Um
diese Rückkühlung des überhitzten Dampfes zu verhindern, ist bereits vorgeschlagen
worden, über das innere Rückleitungsrohr 1q. ein Rohr 24 zu legen, das mit seinen
Enden an das vordere und hintere Ende des Rohres i.1 angeschweißt ist und einen
das Innenrohr 14 über seine ganze Länge gegen den Mantelraum 2o wärmeschützenden
Luftmantel bildet.
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Das Rückleitungsrohr 1q. für den überhitzten Dampf kann auch in bekannter
Weise nur in der kühleren Zone der Rauchgase, wie es die Abb. i zeigt, durch einen
Luftmantel 25 von dem zu überhitzenden Frischdampf (Mantelraum 2o) getrennt werden,
während in der heißeren Rauchgaszone das Rückleitungsrohr 1q. unmittelbar in dem
von der Kappe 17 gebildeten Überhitzerraum liegt. Die Anordnung des Schutzrohres
24 lediglich in der kühleren Zone der Rauchgase gewährt Vorteile in doppelter Beziehung.
In der heißen Zone der Rauchgase wird für den in
Cherhitzung begriffenen
Dampf ein um die Querschnittfläche des Luftmantels23 größerer Durchtrittsquerschnitt
erzielt. Dies erm('3glicht es, ohne Verringerung des Durchtrittst' für den in Cberhitzung
berittenen Dampf innerhalb der Kappe 1; die Wandung der letzteren dicker zu halten
und ihr auch bei Herstellung aus minderwertigem Baustoff (Guß) eine größere Lebensdauer
zu ,-eben oder aber bei dünnwandiger Herstellung der Kappe 1; gleichfalls ohne Verringerung
des Durchtrittsquerschnittes für den in (`berliitztuig begriffenen Dampf die schraubenförmige
Einlage 23 weniger steilgängig und dadurch den Dampfweg länger zu gestalten.
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Die Anordnung des Schutzrohres 24 lediglich in der kühleren Zone der
Rauchgase gewährt ferner den Vorteil, claß die Überhitzung des Dampfes in dem an
den Feuerrattln angrenzenden oder in diesen hineinragenden Teil der Kappe i; nicht
zu stoßförniig und nicht über die zulässige Hölle erfolgt, da zwischen den in der
heißen Zone cler Rauchgase befindlichen Teilen des Cberhitzers ein gewisser Temperaturausgleich
vor sich geht. Die sehr hohe (`berhitzung durch die beschriebene Ausgestaltung des
('berhitzers wird daher ohne Danipfstauttn-,-ell erzielt.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4. ist das in der kühleren
Zone liegende Auliellrolir l3 (Feg. i-) durch ein System von engen Röhren 26 ersetzt.
Diese sind, wie die 1# ig. .4 zeigt, in einem geringen Abstand von dein lnnelirolir
14. angeordnet und längs ihrer Berührungslinie miteinander verschweißt; sie schließen
daher mit dein Innenrohr 1.4 einen 1_uftmalltel 23 ein (Fig..I), durch «-elches
der überhitzte Dampf ,-or Rückkühlung geschützt wird. Außerdem gewährt dieses System
von engen Röhren den Vorteil, daß die wärmeaufnehmende Fläche in der kühleren Zone
der Rauchgase vergrvdert wird. Eine weitere Vergrößerung der Oberfläche kann dadurch
erzielt werden, daß die engen Röhren 26 nach steilen Schraubenlinien verlaufen (Fig.3).
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Die hinteren Enden der engen Röhren 26 sind in einer Stirnwand 27
der Kappe i;, die vorderen Enden entsprechend in dem Flanschkörper 16 befestigt.