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Uberhitzerelement für Lokomotivkessel Die Erfindung bezieht sich auf
Überhit7erelemente für Lokomotiven und andere Rauchrohrkessel.
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Bei derartigen Überhitzern, wie sie gewöhnlich in Lokomotivkossel
eingebaut sind, durchströmt der Dampf denjenigen Teil des Überhitzerelementes, welcher
in einem Rauchrohr, und zwar zweifach in jeder Richtung, angeordnet ist, wobei die
vier Rohrlängen, die der Überhitzer aufweist, in Serie angebracht sind. Es sind
aber auch schon andere Konstruktionen vorgeschlagen oder benutzt worden, bei welchen
der Dampf, der den im Rauchrohr befindlichen Teil des Überhitzerelementes durchquert,
in jeder Richtung nur einmal strömt.
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Unter den Überhitzern der zuletzt genannten Art gibt es solche, die
vier Rohre von verhältnismäßig kleinem Querschnitt aufweisen, welche den Dampf in
der einen-Richtung leiten. Diese vier Rohre sind dann rund um ein weiteres, verhältnismäßig
dickes Rohr verteilt, welches den Dampf in der entgegengesetzten Richtung führt.
Dabei verlaufen die vier dünneren Rohre parallel zu dem fünften Rohr in einem gewissen
Abstand von diesem und im wesentliehen in gleichem Abstand voneinander. Bei Überhitzern
dieser Art sieht die Verbindung der vier dünneren Rohre mit dem dickeren Rohr an
der Feuerbuchsseite eine Umkehrvorrichtung vor, welche die Umlenkung der Dampf strörnung
besorgt. An ihrem Rauchkammerende sind die vier dünneren Rohre mit einem verhältnismäßig
kurzen Stück eines dickeren Rohres vereinigt, welches nach Bedarf geformt ist, wie
dies auch das Rauchkammerende
des dickeren Mittelrohres ist, um
mit dem Kopfstück des Überhitzers verbunden zu werden.
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Die Erfindung- befaßt sich mit Vielrohrelementen der letztgenannten
Art und zielt darauf ab, durch einen bestimmten Aufbau der Elemente eine bessere
Herstellungsinethode für derartige Elemente zu ermöglichen, so daß die Herstellung
derselben erleichtert wird. Zu den Zielen der (Erfindung gehört es zugleich, ein
Vielrohrelement zu schaffen, dessen der Feuerbuchse zugekehrtes Ende so ausgebildet
ist, daß es besser als bei bekannten Überhitzerelementen den strengen Bedingungen
standhält, denen es unterworfen wird; insbesondere soll durch die Erfindung das
Ende des Überhitzerelernentes widerstandsfähiger gegen die Bedingungen gemacht werden,
denen es unterliegt, wennes -in die Rauchrohrverengung dicht gegen die Feuerungsstelle
hin geführt -wird.
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Gemäß der Erfindung ist das Überhitzerelenrent, das aus mehreren dünnen
Zuleitungsrohren und aus einem starken Abflußrohr bestellt, derart ausgebildet,
daß die dünnen Rohre in zwei Gruppen sind, deren Rohre jeweils am Feuerbuchsen-de
durch Feuerschweißung zu einer Einheit vereinigt sind, und daß die so gebildeten
beiden Einheiten mit dem Feuerbuchsende des starken Abflußrohres über zwei beiderseits
angeschweißte kurze Rohrstücke verbunden sind, wobei das offene Ende der so vereinigten
Rohre durch Stauchen und Schmieden zu einem Umkehrkrümmer geschlossen ist.
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Durch die vorstehende Ausbildung des Überhitzerelementes wird zugleich
erreicht, daß die Einschnürung des Gasstromes im Rauchrohr an der Stelle, die von
dem der Feuerbuchse zugekehrten Ende des Überhitzerelementes eingenommen wird, im
Vergleich zu den Auswirkungen bei Vielrohrelementen bekannter Art verringert wird.
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Bei einigen Lokomotivkesseln ist das Feuerbuchsende der die Überhitzerelemente
aufnehmenden Rauchrohre im Durchmesser etwas geringer gehalten. Die Erfindung hat
deshalb auch Maßnahmen zum Gegenstand, um ein Vielrohrelement zu
schaffen,
bei welchem das Feuerbuchsende, durch das der ganze im Überhitzer erhitzte Dampf
strörnt, in den verengten Teil oder in dieRohrverengung,des Rauchrohres hineinragen
kann, ohne hierdurch den Durchtrittsquerschnitt für die Gase in diesem Bereich so
zu schmälern, daß der Rauchgas-strom gedrosselt wird. Auf diese Weise kann dann
das Umkehrstück des Überhitzerelementes im Rauchrohr näher an die Feuerbuchse herangerückt
werden, als dies bei Vielrohrelementen der bisher üblichen Art der Fall ist.
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Das Verfahren zur Vereinigung voll Rohren durch Feuerschweißung ist
an sich bekannt und braucht deshalb nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Es
soll lediglich erwähnt -werden, daß bei einem derartigen Verfahren die Endteile
der zu vereinigenden Rohre nach ihrer Erhitzung auf Schweißtemperatur in ein Muttergesenk
eingebracht werden, worauf dann ein Gegengesenk (Stempel) in die Rohreniden eingeführt
wird, das die entsprechenden Teile einander benachbarter Rohrwandungell aufweitet
und sie, sobald sie aneinanderliegen, zu einem einheitlichen Teil zusammenschweißt.
Das offene Ende dieses einheitlichen Teiles kann dann mit einem anderen Rohr verbunden
oder durch Stauchen geschlossen werden, um so eine Umlenkfläche im überhitzer oder
sonstigen Teil zu bilden.
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Man hat schon Vielrohrüberhitzer, sogenannte Fünf-Rohr-Elemente, gebaut,
bei denen vier dünnere Rohre an ihrem Feuerbuchsende paarweise vereinigt sind, so
daß sie zwei gabelförmige Steg,-, bilden, deren Verbindungsteile an e#ntge.-1--ngesetzten
Seiten eines gemeinsamen, stärkeren Rückflußrohres liegen, mit dem sie durch Feuerschweißung,
so verbunden werden, daß sie ein einziges, ge-
meinsames Teil bilden, das
anschließend durch Stauchung geschlossen wird, um so das erforderliche Umkehrende
zu bilden. In Berücksichtigung des Umstandes jedoch, daß die Endpunkte der csabelförmi-en
Teile aus e zwei dünneren Rohren verhältnismäßig kurze Teilei darstellen, ist es
unter Umständen bei laufender Produktion schwierig, Umkehrkrümmer herzustellen,
abgesehen davon, daß ziemlich komplizierte und kostspielige Muttergesenke erforderlich
werden, um die beiden Gabelstücke und das Mittelrohr einander anzupassen. Im Gegensatz
hierzu können gemäß der Erfindung brauchbare, gesunde Unikehrstellen rasch und unter
Verwendung einfacher Gesenke erzielt werden. Zu berücksichtigen ist außerdem, daß
bei den bisher gebräuchlichen Umkehrteilen notwendigerweise eine größere lokale
Einschnürung des Gasstromes auftritt, als erwünscht wäre, wobei außerdem in vielen
Fällen das Umkehrteil nicht in die Rohrverengung eines Rauchrohres eingeführt werden
kann, Bei der Herstellung eines Vielrchrüberhitzerelementes gemäß der Erfindung
werden #die erforderlichen Rohrlängen an der Feuerbuchsseite vereinigt und zu einem
Umlenkteil zusammengefaßt, und zwar durch eine Reihe von Operationen, nämlich durch
Zusammenfassen der verhältnismäßig dünnen Rohre in zwei Gruppen, durch Vereinigung
der der Feuerbuchse zugekehrten Enden einer Rohrgruppe mittels Feuerschweißung zu
einer Einheit, sodann durch Verbindung der beiden in dieser Weise hergestellten
Einheiten mit dem der Feuerbuchse zugekehrten Ende des dicken Rohres des Überhitzers,
und zwar über zwei kurze Rohrstücke, die je mit dem einen, Ende an eine Einheit
angeschweißt sind und eine Verlängerung derselben bilden und mit dem anderen Ende
durch Feuerschweißung an das dickere Rohr angefügt sind-, so daß eine Einheit entsteht,
deren offenes Ende in bekannter Weise durch Stauchen und Schmieden geschlossen wird,
nachdem die Rohrenden der letztgenannten Einheit zuvor in der erforderlichen Weise
erhitzt wurden.
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In der Zeichnung ist Fig. i eine Seitenansicht und Fig. 2 eine Draufsicht
eines Vielrohrüberhitzerelementes gemäß -der Erfindung; Fig. 3 zeigt teilweise
im Längsschnitt und in größerem Maßstab das Feuerbuchsende des in den
Fig.
i und 2 dargestellt,-n Überhitzerelementes in einer beispielhaften Ausführungsforrn
der Erfindung; Fig.,4 veranschaulicht im Schnitt eine Draufsicht zu Fig.
3, wobei der Schnitt nach Linie A-B der Fig. 3 verläuft; Fig.
5 und 6 sind Querschnitte nach den Linien C-D und E-F der Fig.
3;
Fig. 7 ist eine Seitenansicht ähnlich Fig. 3 auf das Feuerbuchsendeeinesentsprechend
einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, hergestellten Überhitzereletnentes;
Fig. 8 ist eine Draufsicht zu Fig. 7;
Fig. 9 verkörpert als
Einzelheit das Feuerbuchsende eines Elementes ähnlich demjenigen gemäß Fig.
7, aber mit einer baulichen Modifikation; Fig. io zeigt einen Querschnitt
nach Linie G-H der Fig. g.
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Das Vielrohrüberhitzerelement gemäß dem in der Zeichnung dargestelltenAusführungsbeispielbesteht
aus vier Rohren 1, 2, 3 und 4 von verhältnismäßig kleinem Durchmesser, die
rings urn ein mittig angeordnetes, gemeinsames Rückflußrohr 5 von verhältnismäßig
großem Durchmesser angeordnet sind.
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Wie die Fig. i und 2 erkennen lassen, sind die Rauchkammeren-den der
vier Rohre bei 6 miteinem Rohrstück 7 vereinigt, das den gleichen
Durchmesser wie das Rückflußrohr 5 aufweist.
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Die Rohre 5 und 7 ihrerseits sind in geeigneter Weise!
geformt, um an das Kopfstück des überhitzers in der noch zu beschreibenden Weise
angeschlossen zu werden.
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An ihren der Feuerbuchse zugekehrten Enden sind die Rohre i bis 4
mit dem Rückflußrohr 5 so verbunden, daß sich eine Umkehrstelle ergibt. Zu
diesem Zweck sind nach der Erfindung die dünneren Rohre in zwei Gruppen aufgeteilt.
Da das, in der Zeichnung dargestellteÜberhitzerelement insgesamt fünf Rohre aufweist,
sind die vier Rohre i bis 4 in die bei-den Paare 1, 2 und 3, 4 aufgeteilt,
wobei die Rohre jedes Paares an ihren der Feuerbuchse zugekehrten Enden durch Feuerschweißung
zu einer Einheit 8 bzw. 9 vereinigt sind. Das offene En-de jeder Einheit
ist auf zylindrischen Querschnitt gebracht und auf einen vorbestimmtin Durchmeisser
gestaucht. An sie sind dann in irgendeiner Weise kurze Rohrstücke i o, i i angeschweißt,
deren andere Enden durch Feuerschweißung an die sich gegenüberliegenden Seiten des
Rückflußrohres 5 an-efügt sind, so daß sich eine, dreizinkige Gabel ergibt,
die in bekannter Weise durch Schmieden zu einem Umkehrkrümmer geformt wird. Naturgemäß
werden die Enden der verschiedenen Rohre vor dem Schmieden jeweils auf die erforderliche
Temperatur gebracht.
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Bei der Herstellung eines Elementes gemäß der Erfindung kann nicht
nur die Art der Verschweißung der Rohrstücke i o, i i mit den Einheiten
8, 9
variiert werden, sondern es kann auch die Reihenfolge, der einzelnen
Schritte geändert werden.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 6 ist zu sagen,
daß die kohrstücke i o und i i, welche Verlängerungen der Einheiten 8, 9
bilden, an letztere bei 13 und 14 elektrisch angeschweißt sind, worauf ein etwaiger
Grat, der sich infolge dieser Schweißung innen bildet, entfernt wird. Hierauf werden
die Rohrstücke io, ii mit dem gemeinsamen Rückflußrohr 5 vereinigt, indem
man die Endteile der drei Rohre durch Feuerschweißung zusammenfügt.
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Wenn man ein überhitzerelement nach dem Vorbild der Fig.
7 bis io herstellt, werden die Rohrstücke i o und i i an das Rohr
5 nicht erst angefü-gt, nachdem sie mit den Einheiten 8, 9 verbunden
sind; vielmehr werden sie zunächst mit dem Rohr 5 vereinigt, indem man zwei
Rohrlängen geeigneten Durchmessers zu den Seiten des Rohres 5, und zwar parallel
zu ihm und in gemeinsamer Ebene mit ihm, anordnet und ihre Enden nach Erwärmung
auf Schmiedetemperatur in bekannter Weise durch Feuerschweißung mit dein Rohr
5 verbindet, so daß ein gabelförmiges Gebilde mit,drei Zinken entsteht. Hierauf
werden die beiden Seitenrohre io, ii auf geeignete Länge abgeschnitten und mit den
Einheiten 8, 9 durch Sauerstoff-Acetylen-Schweißung oder eine andere Schweißung
verbunden.
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In Fig. 7 und 8 sind die Rohrstücke io, i i mit den
Einheiten 8, 9 bei 15, 16 stumpf zusammengeschweißt, wogegen in den Fig.
9 und i o die Rohr-Stücke io, i i aufgeweitet sind, so daß sie Muffen 17,
18 bilden, in welche die Enden der Einheiten 8 und 9 gesteckt werden,
um dann bei ig bzw. 20 verschweißt zu werden.
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Bei Anwendung des im Zusammenhang mit den Fig. 7 bis io beschriebenen
Verfahrens kann ein Überhitzerelement hergestellt werden, bei welchem die Einheiten
8 und 9 aus den dünnen Rohren i bis 4 verhältnismäßig nahe an das
Umkehrende 12 des Elementes herangerückt sind, jedenfalls aber etwas näher, als
dies bei dem durch die Fig. 3 bis 6 veranschaulichten Verfahren möglich
wäre.
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Bei der Herstellung der Elemente gemäß den Fig. 7 bis io'wird
die am Ende des Elementes gebildete Einheit 12 durch Schmieden so geschlossen, daß
der Unikehrkrümmer fertiggestellt wird, ehe die Rohre io, i i und die Einheiten
8, 9 zusa mmengeschweißt werden. In den Fällen, in denen die Rohrstücke io,
ii stumpf an die Einheiten 8, 9
angeschweißt werden, kann man die Einheit
1:2 zunächst offenlassen, um hierdurch einen etwaigen Grat, der sich infolge der
Schweißung bildet, zurächst entfernen zu können, ehe mandie Einheit, 12 durch Stauchen
endgültig in bekannter Weise schließt.
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Da sich die beiden Einheiten 8, 9 der dünnen Rohre i bis 4
in einigem Abstand von dem Umkehrkrümmer 12 des Elementes befinden und der Umkehrkrümmer
lediglich aus drei Rohren besteht, nämlich den Rohren 5, 1 o und i i, wird
der Gasstrom lokal weniger eingeschnürt, als dies der Fall sein würde, wenn alle
Rohre einschließlich des Rückflußrohres gemeinsam zu einer Umkehrstelle zusammengeschmiedet
würden. Falls erwünscht, könnten die Einheiten 8 und 9 verschiedenen
Ab-
stand von der Umkehrstelle haben, wodurch die Einschnürung des Gasstromes
auf ein Minimum verringert wird.
Wo es erwünscht ist, daß ein Überhitzereleinent
gemäß der Erfindung in einem Rauchrahr an-,geordnet wird, dessen der Feuerbuchse
zugekehrtes Ende verengt ist, können die Rohrstücke i o, i i, die an,das Rohr
5 angeschmiedet sind, erheblich länger als in dem Fall gehalten werden, wo
das-Überhitzerclernent in einem nicht eingeengten Rauchrohr Verwendung findet. Diese
Maßnahme bezweckt, das der Feuerbuchse zugekehrte Ende des Überhitzerelementes in
die Rohrverengung hinefirragen zu lassen und so verhältnismäßig nahe an die Feuerbuchse
heranzuführen. Da das betreffende Ende des Überhitzerelernentes nur aus drei Rohren
besteht, wird es hierbei den für den Gasstrorn in der Rohrvererigung zur Verfügung
stehenden Querschnitt nicht unerwünscht einengen.
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Der Durchmesser der Rohrstücke io, i i, dile zur Verlängerung der
Einheiten 8, 9 dienen und an das Rückflußrohr 5 angeschweißt sind,
bestimmt sich nach der Strömungsgeschwindigieeit, die der Dampf in dem Feuerbuchsende
des E lementes haben soll. Dieser Teil ödes Eleinentes ist Verbrennuirgsgasen
von hoher Temperatur ausgesetzt, möglicherweise auch den Flammen, und stellt daher
den am meisten verwundbaren Teil des überbitzerelementes dar. Um daher die Metalltemperatur
ödes Überhitzers in diesem Teil innerhalb befriedigender Grenzen zu halten, ist
es zweckmäßig, Rohre von solchem Durchmesser zu benutzen, daß die Dampfgeschwindigkeit
diarin hoch oder verhältnismäßig hoch ist. Vorteilhaft können im Falle eines Fünf-Rohr-Elementes
die Verlängerungsrohre den gleichen Durchmes,ser besitzen wie die dürri:ren Rohre
i bis 4 des Elementes. Um das Feuerbuchs-ende des Elernentes noch widerstandsfähiger
gegen die hohen, in der -Nähe der Feuerbuchse herrschenden Temperaturen züi machen,
kann dieser Teil des Elementes aus hitzebeständigem Stahlrohr bestehen, das
sich f euerschweißen läßt. So können beispielsweise die Rohrstücke
i o und i i aus einem derartigen Material hergestelft werden, undebenso kann an
das Feuerbuchsende- des Rückflußrohres 5 ein verhältnismäßig kurzes Stück
aus dem genannten Stahlrohr angeschweißt werden.
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Das Rohrstück 7, an welches die dünnen Rohre i bis 4 angeschlossen
sind, und ebenso das Ende ,des Rohres 5 werden, falls notwendig, in geeigneter
Weise gebogen, um einen Anschluß zum Kopfstück oder zu den Kopfstücken des überhitzers
herzustellen. Die äußersten Enden der Rohre 5 und 7
werden so geformt,
daß sie die erforderlichen Dichtflächen aufweisen, sofern man sie nicht mit Alitteln
versieht, die solche Dichtflächen besitzen. Vorzugsweise werden die Enden der Rohre
-nach oben gebogen und weis-en die bekannten kuggeligen Dichtflächen:2i (Fig' i
und 2) auf, die mit kegeligen Gegenflächen an Öffnungen im Kopfstück zusammenwirken.
Außerdem ist das Überhitzerelement mit ringförmigen, durch Scheiben hinterlegten
Schultern 2:2 versehen, mit denen die üblichen Klemmschellen 23 zusammenarbeiten.
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Die Rauchkammerenden der dünneren Rohre i bis 4 können mit dem zum
Kopfstück führenden Rohrstück 7 in irgendeiner geeigneten Weise verbunden
werden. Zweckmäßig verbindet man die Enden der Rohre i bis 4 und vereinigt sie durch
Feuerschweißung zu einer Einheit, die darin auf kreisförmigen Querschnitt gestaucht
wird, worauf dann das Ende7-des Rohrstückes 7 hineingeschOben und verschweißt
wird.
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Andererseits könnten aber auch die Rauchkarm-nerenden der zu einer
Gruppe gehörigen dünnen Rohre,durch Fenerschweißung zu einerEinheit vereinigt und
die so entstehenden beiden Einheiten etwa an die Zweige eines zuvor hergestellten
gabelförmigen oder Y-förmigen'Teiles angeschweißt werden, dessen Fußstück seinerseits
mit dem RohrstÜck 7 verschweißt wird. Eine andere Möglichkeit wäre, die beiden
Einheiten an kurze Rohrstücke anzusetzen, die dann zusammengebracht und zu einem
Gabelstück zusammengeschweißt werden, an dessen Scheitel wiederum das Verhindungsrohrstück
zum Kopfstück an der Dampfkammer angeschlossen ist.
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#I'ielrohreleinente gemäß der Erfindung können so ausgebildet sein,
daß die dazu erforderlichen Rohre oder Leitungen in irgendeiner passenden Art angeordnet
werden. So# lassen sich, wie Fig. 6 veranschaulicht, die dünneren Rohre rund
um das Rückflußrohr anordnen, wie dies bei den üblichen Fünf-Rohr-Elementen der
Fall ist. Die dünneren Rohre und das Rückflußrohr könnten aber auch,auf einem gemeinsamen
Kreis lieg-en. Im Falle eines aus sechs dünneren und einem gemeinsamen Rückflußrolir
bestehenden Eleinentes lassen sich die dürinen Rohre in Gruppen von je direi
Rohren zusammenfassen.
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Im übrigen kann man die dünnen Rohre eines erfindungsgernäßen Überhitzers,
in deren Mitte, das Rückflußrohr angeordnet ist, mit längs verlaufenden Stegen oder
Rippen versehen, die dazu dienen, die Wärmeüberleitung zum Dampf in diesen Rohren
zu unterstützen und zugleich zusammen mit diesen Rohren die Abkühlung der Gase auf
ein Mindestmaß zu beschränken, welche das stärkere Rückflußrohr des Elementes
umspülen. Z-weckmäßig und vorzugsweise wird jedes Rohr mit zwei Rippen versehen"die
ani seinen Umfang angeschweißt sind, wobei diese Rippen so angeordnet werden, daß
je eine gegen eine entsprechende Rippe eines 2,Tachbarrohres hin gerichtet ist,
derart, daß die Kanten einander zugehöriger Rippen annähernd im Kontakt miteinander
sind. Die Rippen und die sie t,ragenden Rohre hüllen das mittlere Rückflußrohr im
wesentlichen ein, so daß die zwischen ihnen und dem Mittelrohr strömenden Gase nicht
mit den wasser-,gekühlten Wandurigen der Rauchrohre in Berührung-, kommen, in denendas
t%erhitz#erelement liegt.
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Um, falls erwünscht, die Wärmeleitfläche des mittleren Rückflußrohres
zu erhöhen, können auch auf diesem kippen angeordnet werden, sofern man nicht seine
Wand in Längsrichtung wellt. So könnte dieses Rohr beispielsweise einen kreuzförmigen
Querschnitt aufweisen.
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Im Rahmen der Erfindung würde es auch liegen, abgeflachte Rohre für
die dünneren Leitungen i bis 4
des Überhitzers zu benutzen, um auf
diese. Weise die Fläche für die Überleitung der Hitze auf den in den Rohren strömenden
Dampf zu vergrößern.
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Infolge des,Unterschiedes in den mittleren Teniperaturen zwischen
den dünneren Rohren und dem Rückflußrohr des Elementes ergibt sich auch ein Unterschied
bezüglich der Ausdehnung zwischen diesen Rohren; um demselben Rechnung zu tragen,
ohne die Schweißnähte am Umkehrkrümmer übermäßig zu beanspruchen, können die dünnen
Rohre leicht gewellt sein.