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Rippenrohr aus schmiedbarem Eisen für Dampferzeuger, Verdampfungsvorwärmer
u. dgl. Bei Dampferzeugern, Rauchgasvorwärmern u. dgl. vollzieht sich bekanntlich
der Wärmeübergang von den Feuer- oder Heizgasen zum Metall weitaus langsamer als
vom Metall zum Wasser oder Dampf. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, hat man
die gußeisernen Rohre von Vorwärmern, welche nicht unter Dampfdruck stehen, mit
angegossenen Ringrippen versehen. Es ist auch'bereits bekannt, die wärmeaufnehmende
Fläche bei unter Dampfdruck .stehenden Rohren aus Flußeisen durch Aufziehen oder
Aufschweißen von ringförmigen oder nach einer Schraubenlinie verlaufenden Rippen
zu vergrößern. Diese Herstellung ist aber sehr kostspielig, außerdem kann die metallische
Verbindung zwischen den Rippen und Rohren nur unvollkommen erzielt werden, so -daß
an den Übergangsstellen zwischen den Rippen und Rohren Wärmestauungen auftreten,
die den Wirkungsgrad herabsetzen und ungleichmäßige Erwärmungen sowie ein frühzeitiges
Verbrennen der Rippen zur Folge haben.
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Ferner ,ist es bekannt, die Wandung von schmiedeeisernen Rohren wellenförmig
aus-und einzubuchten. Derartige Rohre ,sind als Wasserrohre vollkommen unbrauchbar,
da,die Innenfläche von dem sich in den Vertiefungen ansetzenden Kesselstein nicht
befreit werden kann; außerdem kann die Wellung der Rohre nur sehr flach sein,, so
daß auch bei ihrer Verwendung als Überhitzerrohre keine nennenswerte Vergrößerung
der Oberfläche erzielt wird.
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Andere bekannte Bauarten bestehen darin, bei schmiedeeisernen Wasser-
und überhit7.errohren die wärmeaufnehmende Fläche durch ein eingeschnittenes Schraubengewinde
oder durch nach dem Walzverfahren hergestellte dünne Ringrippen zu vergrößern, wobei
sowohl den Rippen als auch den zwischen ihnen liegenden Vertiefungen oder Rillen
ein ungefähr rechtwinkeliges Profil gegeben wurde. Diese Bauarten haben sich jedoch.
aus einer Reihe von Gründen als praktisch unbrauchbar erwiesen. Die ungefähr rechtwinkelig
einspringenden Ecken der Rillen werden von den Heizgasen nicht gut bespült, und
in ihnen setzen sich sehr rasch Ruß und Aschenstaub fest. Die von den dünnen Rippen
aufgenommene Wärme wird nicht rasch genug gegen die Innenfläche des Rohres weitergeleitet,
Emd am Fuß der Rippen treten Wärmestauungen auf, die wieder die oben angeführten
Nachteile zur Folge haben. Die Herstellung der bisher vorgeschlagenen Rippen- und
Rillenformen ist schwierig, und vor allem tragen sie den hohen Anforderungen, welche
hinsichtlich der Festigkeit an die unter Dampfdruck stehenden Wasser- und Überhitzerrohre
gestellt
werden müssen, nicht Rechnung. Das Einwalzen von rechtwinkelig oder nahezu rechtwinkelig
einspringenden Ecken beeinträchtigt nämlich im hohen Maße die Festigkeit des Baustoffes,
und um die dadurch sowie durch die Wärmestauungen und .die ungleichmäßige Erwärmung
entstehenden Gefahren einigermaßen zu beheben, wäre es bei den bisherigen Vorschlägen
unerläßl.ich, die durchschnittliche Wandstärke der .gewalzten Rippenrohre unter
sonst gleichen Umständen wesentlich größer zu halten als bei glattwandigen Rohren,
wodurch hinsichtlich der Ersparnis an Baustoff die Vorteile von Rippenrohren ganz
oder teilweise verlorengehen würden.
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Schließlich ist es bekanntgeworden, bei doppelwandigen Rohren das
Außenrohr mit eingewalzten Rippen bzw. Rillen zu versehen, bei denen der Boden der
.im O_uerschnitt annähernd dreieckigen Rillen ausgerundet ist.
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Die Mängel der bekannten Ausführungen werden gemäß der Erfindung bei
einem Rippenrohr mit durch Werkstoffverschiebung (Walzen oder Pressen) hergestellten
umlaufenden Rippen und glatter oder beinahe glatter Innenfläche dadurch beseitigt,
daß die sich an die Rippen anschließenden Rillenböden derart ausgerundet sind, daß
ungefähr im Abstand der mittleren Wandstärke des Rippenrohres von der Innenfläche
des Rohres die Rillen breiter sind als die Rippen, und daß im Längsschnitt .gesehen
die Wandstärke an der tiefsten Stelle der Rillen ungefähr halb so groß .ist wie
die mittlere Wandstärke des Rippenrohres. Vorzugsweise verlaufen die Rippen in an
sich bekannter Weise nach einer ein- oder mehrgängigen Schraubenlinie.
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Die Zeichnung veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung,
und zwar zeigt Fig. i das ,in eine Wasserkammer eingewalzte Ende eines mit Querrippen
versehenen Wasserrohres und die Fig.2 in größerem Maßstabe einen Teil eines solchen
Wasserrohres.
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Die Innenflächen der in der üblichen Weise aus schmiedbarem Eisen
hergestellten Rohrea sind glatt, die Außenflächen der Rohre dagegen mit Querrippen
m versehen, die vorzugsweise, wie die Fig. i und 2 zeigen, nach einer Schraubenlinie
verlaufen. Erfindungsgemäß erhalten die Rippen m und die dazwischenliegenden Vertiefungen
oder Rillen n den in den Fig. i und 2 dargestellten Querschnitt, bei welchem der
Boden der Rillen st abgerundet oder gewölbt ist. Diese Wölbung verläuft nach einer
gegen die Rohrachse konvexen Ouerschnittskurve, und die Sehnen dieser OQuerschnittskurve
im Abstand der mittleren Wandstärke ist größer als die Hälfte der Rippenteilung
t, d. h. .des Abstandes zwischen zwei benachbarten Rippen in (Fig. 2). Der gewölbte
Boden der Rillen st ,geht eckenfrei in die vorzugsweise gegeneinander ein wenig
geneigten Flanken der Rippen m über, und der Rand der Rippen .ist gleichfalls abgerundet.
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Die Rippen na und die Rillen zt werden entweder durch Pressen oder
mittels gerillter Druckrollen durch Walzen über einem in das Rohr eingeschobenen
Dorn hergestellt, der die Fortpflanzung der Werkstoffverschiebungen bis zur Innenfläche
der Rohre verhindert, so daß die Innenflächen glatt bleiben, wie es für Wasserrohre
notwendig ist.
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Bei dem der Erfindung entsprechenden Querschnitt ist die Querschnittsfläche
der Rillen nt wesentlich größer als die der Rippen in; die Querschnittsfläche ,der
Rillen n kann daher auch bei Rohren von der normalen durchschnittlichen Wandstärke
(ungefähr 5 bis io mm) so groß .gehalten werden, wie es für die Aufnahme der Wärme
notwendig ist. Da einspringende Ecken durchweg vermieden sind, bilden sich keine
sogenannten toten Räume, auch das Festsetzen von Ruß und Aschenstaub wird weitgehend
verhindert, und das Reinigen mittels eines Druckluftstrahles ist sehr leicht. Infolge
der Wölbung des Rillenbogens gehen die Flanken der Rippenirr in der Mitte der Rillen
n eckenfrei ineinander über; der Querschnitt der Rippen m nimmt daher gegen die
Achse des Rohres hin allmählich bis auf die Größe der Rippenteilung t zu (Fi,g.2).
Dadurch wind ein vollkommen stauungsfreier Übergang der Wärme aus den Rippen m bis
zur Innenwand .des Rohres erzielt und eine gleichmäßige Erwärmung sowie das Abbrennen
der Rippen yra vermieden.
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Die Wandstärke s des Rohres nimmt von der Mitte der Rillen n ,gegen
die Rippen na hin allmählich zu (Fig. 2). Dieser Umstand ist von Wichtigkeit. Bekanntlich
ist nämlich die Beanspruchung der Wasser- und Überhitzerrohre in einer Rundnaht
bloß halb so groß wie in einer Längsnaht. Da nun die Wandstärke des Rohres von der
Mitte der Rillen n gegen die Rippen na hin allmählich zunimmt und einspringende
Ecken, welche für die Festigkeit sehr gefährlich sind, vollkommen fehlen, da ferner
bei der Herstellung keine zu gewaltsamen Werkstoffverschiebungen notwendig sind
und da schließlich ungleichmäßige Erhitzungen vermieden werden, kann die Wandstärke
s des Rohres in der Mitte der killen yt ohne Gefahr halb so groß wie die durchschnittliche
Wandstärke gehalten werden. Das heißt aber, .daß die durchschnittliche Wandstärke
eines der Erfindung gemäß ausgebildeten Rippenrohres nicht größer sein muß :als
unter sonst gleichen Umständen, nämlich bei gleichem Innendruck und
bei
gleichem Durchmesser, die Wandstärke eines glattwandigen Rohres. Ein weiterer Vorteil
des eckenfreien Übergangs der Wandstärke besteht darin,,daß der Erfindung gemäß
ausgebildete Rippenrohre leicht und gleichmäßig gebogen werden können, wie es bei
der Herstellung der Rohrschlangen von Überhitzern und Vorwärmern notwendig ist.
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In Fi.g. z ist ,die Wandstärke eines glattwandigen Rohres, aus welchem
die Rippen durch Walzen herausgepreßt werden, durch die gestrichelten Linien c angedeutet;
die innerhalb und außerhalb dieser Linien c befindlichen Flächenteile veranschaulichen
die durch ,die Herstellung :der Schraubenrippen in eingetretenen Werkstoffverschiebungen.
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Die geschilderten Vorteile werden in besonders hohem Maße erzielt,
wenn die Rippen in nach einer Schraubenlinie verlaufen. Durch eine derartige Ausbildung
wird gegenüber den Wasser- und Überhitzerrohren, die mit ringförmigen Rippen versehen
sind, auch der thermische Wirkungsgrad verbessert. Die Heizgase, welche die Rohre
annähernd senkrecht treffen, werden nämlich durch die Rohre nicht nur in zueinander
parallel bleibende Ströme geteilt, sondern diese Teilströme werden, der .auf beiden
Seiten des Rohres entgegengesetzten Neigung der Rillen n entsprechend, zu beiden
Seiten der Rohre nach verschiedenen Richtungen abgelenkt, so daß eine bessere Durchwirbelung
der Heizgase erzielt wird. Rohre mit schraubenförmig verlaufenden Rippen haben unter
sonst gleichen Umständen eine größere Festigkeit als solche mit ringförmigen Rippen,
und sie können bei der Verwendung für -Oberhitzer und Hochdruckvorwärmer ohne Beeinträchtigung
der Festigkeitsverhältnisse ohne Gefahr halbkreisförmig gebogen werden. Außerdem
ist die Herstellung von schraubenförmigen Rippen weitaus einfacher, leichter und
.daher billiger als die von ringförmigen Rippen.
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Auf genau die gleiche Weise wie Wasserrohre können Überhitzerrohre
ausgebildet werden. Da aber bei diesen Rohren eine Ablagerung von Kesselstein nicht
stattfindet, darf auch die Innenfläche der Überhitzerrohre seichte Rillen aufweisen,
welche, wie dies in der Fig. a durch die gestrichelten Linien b'
angedeutet
ist, nach flacheren Querschnittskurven verlaufen als der Querschnitt der Außenfläche.
Bei ,der Herstellung von Überhitzerrohren mit gewellter Innenfläche kann die Verwendung
eines in die Rohre einzuschiebenden Dornes entfallen.
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Die in Wasserkammern f bzw. in Dampfkammern einzuwalzenden Enden der
Rohre a und der Überhitzerrohre werden, wie Fig. z zeigt, auf mindestens den Durchmesser
der höchsten Stellen der Rippen m erweitert, so daß die Rohre .durch die Öffnungen
j der Endkammern hindurch eingeführt und herausgezogen werden können.
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Die gleichen Vorteile wie bei Wasser- und Überhitzerrohren von Dampferzeugern
bietet die Erfindung für Rauchgasvorwärmer, insbesondere solchen, in denen .eine
teilweise Verdampfung des Speisewassers stattfindet und deren Rohre .daher aus schmiedbarem
Eisen hergestellt sein müssen.
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Bei Steilrohrkesseln .könnte die Rillung der Außenflächen einerhöhtes
Ablagern von Flugasche und Ruß auf den Rohren zur Folge haben. Um ,diesen Nachteil
zu vermeiden, erfolgt bei Steilrohren (die Rillung nach zwei-oder mehrgängigen und
daher steilen Schraubengängen, die keine oderkein.enennenswerten waagerechten Flächenteile
aufweisen, auf welche sich Ruß oder Asche absetzen könnte.