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Rauchrohrüberhitzer Gegenstand der Erfindung ist eine neue Form eines
Rauchrohrüberhitzers oder ähnlichen Wärmeaustauschers, bei welchem der Wärmeaustausch
bzw. die Überhitzung dadurch gesteigert werden soll, daß der Rauchgasstrom in einem
mittleren, nur die Überhitzerrohre beheizenden Kernstrom und einen auch die Rauchrohrwand
beheizenden äußeren Ringstrom unterteilt wird. Diese günstige Unterteilung des Gasstroms
erzielte man bisher bei dem bekannten Mantelrohr- oder Ringrohrüberhitzer, bei dem
der Sattdampf in ein doppelwandiges, in das Rauchrohr konzentrisch eingestecktes,
an der Feuerbüchsenseite geschlossenes Rohr eingeführt und durch ein mittleres Rohr
zum Heißdampfsammler zurückgeführt wird. Dem Vorteil des besseren Wärmeaustausches
gegenüber dem üblichen Rauchrohrüberhitzer stehen bei dieser bekannten Lösung als
Nachteile gegenüber die verhältnismäßig schwierige und teuere Herstellung, die Gefahr
des Durchbrennens der Umkehrstellen, eine erhöhte Zugverminderung durch starke Wirbelbildung
im Rauchgasstrom an Ein- und Austrittsstelle in den Ringraum sowie bei der neuerdings
eingetretenen Erhöhung des Dampfdrucks bei dem großen Rohrdurchmesser vergrößerte
Wandstärke und damit erhöhtes Gewicht. Eine gewisse Unterteilung des Rauchgasstromes
mit- günstiger Wärmeaustauschwirkung wird ferner bei dem bekannten Mehrrohrüberhitzer
mit vier bis sechs flachgedrückten Rohrsträngen eintreten, die nicht radial oder
senkrecht, sondern kreisförmig konzentrisch zur Rauchrohrwand angeordnet sind. Diese
überhitzerform hat aber den Nachteil, daß die Reibung mit starkem Spannungsabfall
des Dampfes vermehrt wird. Auch hat die Flachform eine verringerte Widerstandsfähigkeit
gegen den Innendruck, die zu Formänderungen der Rohre mit deren üblen Folgen führen
kann und ebenfalls eine größere Wandstärke mit Gewichtsvermehrung bedingt.
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Der Erfindung liegt die durch eingehende Vergleichsversuche auf dem
Versuchsstand und im Lokomotivbetrieb selbst betätigte Erkenntnis zugrunde, daß
die zur Zeit bestmögliche Lösung darin besteht, daß die gewünschte Trennungswand
für den Rauchgasstrom durch an die üblichen runden überhitzerrohre angeschweißte
gerade oder gekrümmte Längsrippen gebildet wird mit oder ohne Belassung eines Spaltes
zwischen den Außenkanten dieser Rippen. Die Vorteile dieser Lösung sind folgende:
r. Die Unterteilung des Rauchgasstromes unter gleichzeitiger Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche
wird erreicht unter Verwendung der üblichen runden Rohre mit dem für die Widerstandsfähigkeit
gegen Innendruck günstigsten Kreisquerschnitt.
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a. Man hat es in -der Hand, durch Anschweißen
der
Längsrippen in der Mitte oder je nachdem mehr nach der Mitte oder der Außenwand
des Rauchrohres hin das Verhältnis zwischen Rauchgaskernstrom und äußerem Rauchgasringstrom
je nach dem gewünschten Grad vor Überhitzung zur Verdampfung und der Feuerung des
betreffenden Lokomotivtyps entsprechend abzustufen und diesem anzupassen.
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3. Man kann durch die Wahl der Anfangsstelle der Längsrippen erreichen,
daß bei der Teilung des Rauchgasstroms dieser bereits eine genügende Führung hat,
um starke, den Zugverlust steigernde Wirbelungen zu vermeiden, gleichzeitig aber
die Umkehrenden der Überhitzerrohre ebenso weit o"vie beim üblichen Räuchrohrüberhitzer
an die Feuerbüchse heranzuführen, ohne der Gefahr des Durchbrennens in gleichem
Mäße ausgesetzt zu sein wie beim Ringrohrüberhitzer.
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Die Zeichnung stellt einige beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dar. Fig. i zeigt.in einem senkrechten Teilungslängsschnitt einen Rauchrohrüberhitzer
gemäß der Erfindung. Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. i. Die Fig.
3 bis 8 zeigen entsprechend Fig. 2 Querschnitte anderer Ausführungsformen. Fig.9
ist ein Längsschnitt durch ein Rauchrohr mit einem Überhitzerelement einer ahderenAusführungsform.
Fig. io ist ein Schnitt nach Linie io-io der Fig. 9. -Eine andere Ausführungsform
ist in Fig. i i im Längsschnitt gezeigt. Fig. 12 ist ein Schnitt nach Linie 12-i2
der Fig. i i. Die Fig. 13 und 15 zeigen in vereinfachter Darstellung weitere Ausführungen.
Die Fig. 14 und 16 sind Schnitte nach den Linien 14-14 und i6-16 der Fig. 13 und
15.
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In Fig. i bezeichnet i einen Teil eines Lokomotivlangkessels; 2 und
3 sind die vordere bzw. hintere Rohrwand; 4 sind die Rauchrohre, durch welche die
Rauchgase aus der Feuerbüchse 5 in die Rauchkammer 6 eintreten. Im oberen Teil der
Rauchkammer 6 ist der Überhitzerdampfkasten 7 untergebracht, der den Dampf aus dem
Kessel durch das Rohr 8 zugeführt erhält und eine Anzahl von querliegenden Fingerkammern
i i besitzt; welche abwechselnd in die Längskanäle 13 und i2 für den Sattdampf bzw.
Heißdampf einmünden. Die Überhitzerelemente 14 sind in den Rauchrohren 4 untergebracht
und mit dem einen Ende an die mit der Satttdampfkammer 13 in Verbindung stehenden
Querkammer i i, mit dem anderen Ende an die mit der Heißdampfkammer 12 in Verbindung
stehende Querkammer i i angeschlossen. Der überhitzte Dampf wird aus dem Dampfkasten
7 durch Rohrstutzen 9 nach dem Schieberkasten abgelassen. Der Durchfluß aus dem
Überhitzerkasten nach der Maschine wird durch einen Mehrfachregler io geregelt.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 bis 8 ist angenommen, daß
jedes Überhitzerelement aus fünf Rohrsträngen besteht. Die fünf Rohrstränge sind
in bekannter Weise so -zueinander angeordnet, daß die Längsachse von vier Rohrsträngen
auf einem Kreisbogen liegen, in welchem das fünfte Rohr angeordnet ist. Vier von
diesen Rohrsträngen i4a führen, wie üblich, den Dampf aus dem Sattdampfteil des
Überhitzerkastens 7 in Richtung zur Feuerbüchse 5, während das fünfte Rohr 14b den
Dampf vom Feuerbüchsende des Elementes nach dem Rauchkammerende zurückführt. 'Die
vier äußeren Rohrstränge i4a sind an ein Verbindungsstück 15 angeschlossen, welches
den Dampf aus den Querkammern i i entnimmt: Das--Verbindungsstück i5 besitzt die,
bekannte Form eines Hufeisens, zwischen dessen Schenkeln das mittlere Rückleitungsrohr
14U gelagert ist, so daß dessen Abstand von den äußeren Rohren gesichert ist. Die
vier äußeren Rohrstränge i4a sind mit Rippen 16 (Fig. z) versehen, welche auf die
Rohre geschweißt sind. Sie sind so angeordnet, daß sich an jedem Rohre zwei Rippen
gegenüberstehen, und daß diese Rippen zusammen mit den nach innen gelegenen@Teilen
der betreffenden Rohre den mittleren Teil des Rauchrohres einschließen. Die, Rippen
16 reichen von einer Stelle in der Nähe des Feuerbüchsendes bis kurz vor den Austritt
in die Rauchkammer. . Der Abstand der Rippen vom Feuerbüchsende des Elements muß
so groß sein, daß ein genügender Durchtrittsquerschnitt für die Rauchgase nach dem
mittleren Kern hin verbleibt. Die Rippen 16 werden vorteilhaft aus einer größeren
Anzahl von kleineren Rippen gebildet, die mit ihren Enden aneinanderstoßen. Bei
einem solchen Überhitzer gibt der Rauchgasstrom, welcher sich in dem eingeschlossenen
mittleren Kern im Rauchrohr bewegt, seine Wärme nur an das Überhitzerelement ab
und wird durch die wassergekühlte Heizfläche des Rauchrohres nicht in seiner Temperatur
heruntergesetzt; er kann daher dem Dampf einen höheren Grad der Überhitzung geben
als der äußere Ringgasstrom.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i ist angenommen, daß fünf in
einer senkrechten Reihe gelegene Rauchrohre mit Überhitzerelementen besetzt sind.
Die Anzahl der besetzten Rauchrohre kann natürlich geändert werden. Sie hängt ab
von der Größe der Lokomotive, von der Menge des erzeugten Dampfes usw. Die Überhitzerelemente
gemäß der Erfindung lassen sich ohne weiteres gegen Elemente der bisher gebräuchlichen
.Bauart austauschen, -so daß sie als Ersatzelemente
und
auch für neue Anlagen verwendet werden können.
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Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 3 bis 8 zeigen bezüglich der Anordnung
der Rohrstränge des Überhitzerelementes die gleiche Ausgestaltung, nur sind die
Rippen anders angeordnet. - Nach Fig. 3 sind die Rippen 16a etwas gekrümmt, derart,
daß sie auf einem Kreisbogen liegen. Nach Fig.4 sind die Rippen zu gekrümmten Platten
16b verbreitert, welche an den nach der inneren Wand des Rauchrohres zu gelegenen
Teilen der Rohrstränge befestigt sind. In diesem Falle liegt jeder Überhitzerrohrstrang
vollständig in dem eingeschlossenen mittleren Kern, während dies bei den Ausführungsbeispielen
nach Fig. 2 und 3 nur zum Teil der Fall ist. Das gleiche wie für Fig. 4 gilt für
Fig. 7, wonach die vier äußeren Rohrstränge außen von einem an beiden Enden offenen
Rohr umgeben sind, während nach Fig. 6 die äußeren Rohrstränge durch Rippen bzw.
Platten verbunden sind, die ähnlich wie nach Fig. 2 und 3 an einer mittleren Stelle
der Überhitzerrohre angeschweißt sind.
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Nach Fig. 5 sind die gekrümmten Platten 16c an den nach innen gelegenen
Seiten der Rohrstränge i4a befestigt. Die Wärme wird von diesen gekrümmten Platten
16c an den Dampf in den Rohren i4a lediglich durch Leitung übertragen. Das Rückleitungsrohr
14b liegt vollständig innerhalb des mittleren Kernes und ist daher sehr hohen Gastemperaturen
ausgesetzt.
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Auch bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 bis 5 und Fig. 8 bis
16, bei denen die Rippen eines Rohres von denen des benachbarten Rohres getrennt
sind, könnten diese Rippen, wie bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6 und 7,
mit den sämtlichen Rohren ohne Spalt miteinander verbunden sein.
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Die Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform mit einer Anordnung der Rippen,
durch welche es ermöglicht wird, daß Asche und sonstige von den Rauchgasen mitgeführte
Verunreinigungen leicht aus dem mittleren Kern des Rauchrohres zu Boden sinken können,
von wo sie dann ausgeblasen oder ausgewaschen werden können. Zu diesem Zweck sind
die beiden unteren Rippen an den beiden untersten Rohren i4a weggelassen.
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Die Fig.9 und io zeigen eine Ausführungsform der Erfindung bei einem
Überhitzerelement mit vier Rohrsträngen. Es besteht aus zwei Schleifen
17, 18 und 19, 23 mit den Umkehrstellen 2o, 2i und 22. Jeder Rohrstrang
besitzt zwei Rippen 16, die am Außenumfang der Rohre so angebracht sind, daß sie
zusammen mit den Rohren in dem Rauchrohr einen mittleren Raum einschließen, in welchem
die Rauchgase nur auf die Überhitzerrohre einwirken und mit wassergekühlten Flächen
nicht in Berührung kommen. Bei dieser Ausführungsform könnten die Rippen auch in
der Weise angebracht werden, wie es die Fig. 3 bis 8 zeigen.
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Die Fig. i i und i2 zeigen die Anwendung der Erfindung bei einem Element
mit nur zwei Rohrsträngen 25, die eine Rohrschlange bilden. Die Rippen 26 an den
Rohrsträngen sind vorteilhaft gekrümmt, wie es die Fig. 12 zeigt.
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Bei dem Element nach Fig. 13 und 14 sind zwei Rohrstränge 27 zum Hinführen
des Dampfes und ein einzelner Rohrstrang 28 zum Rückführen des Dampfes vorgesehen.
Die beiden Rohrstränge 27 liegen in einer waagerechten Ebene oberhalb des Stranges
28. Die Rippen an den Rohrsträngen sind mit 16 bezeichnet.
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Nach Fig. 15 und 16 sind drei Rohrstränge 27 zum Einführen und ein
Rohrstrang 28 zum Rückleiten des Dampfes vorhanden. Von den drei Rohrsträngen 27
sind die beiden mittleren, abweichend von den anderen Ausführungen, nur mit je einer
Rippe 16a versehen, während das obere Rohr 27 zwei Rippen 16a besitzt, die so angeordnet
sind, daß sie nach den beiden mittleren Rohren 27 hin gerichtet sind.