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Uberhitzerelement für Lokomotivkessel Die Erfindung bezieht sich auf
Überhitzerelemente für Lokomotiven und andere Rauchrohrkessel.
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Bei derartigen f_lberhitzern, wie sie gewöhnlich in Lokomotivkessel
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 flberhitzerelementes durchquert,
in jeder Richtung nur einmal strömt. Unter den Elberhitzern 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 wesentlichen 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 Dampfströmung 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 überhitzerelementen der letztgenannten
Art, die meist als Fünfrohrelemente bezeichnet werden, und zwar zielt die Erfindung
darauf ab, durch eine zweckmäßige Gestaltung der Elemente eine bessere Herstellungsmethode
zu ermöglichen, derart, daß nicht nur die Gesenke vereinfacht werden können, die
zur Herstellung der Umkehrenden durch Feuerschweißung erforderlich sind, sondern
auch die Herstellung der Elemente mit ihren Umkehrstücken selbst unter Erzielung
einwandfreier Schweißnähte erleichtert werden kann.
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Des weiteren bezweckt die Erfindung die Schaffung eines verbesserten
Fünfrohrelementes der angegebenen Art, bei welchem die Vereinigung der verschiedenen
Rohre an der Feuerbuchsseite derart erfolgt, daß die Einschnürung des Gasstromes
im Rauchrohr an der Stelle, die durch das Feuerbuchsende des überhitzers besetzt
ist, im Vergleich zu den Auswirkungen bei Fünfrohrelementen 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 Fünfrohrelement zu schaffen, bei dem
das Feuerbuchsende in den verengten Teil oder in die Rohrbrust des Rauchrohres hineinragen
kann, ohne hierdurch den Durchtrittsquerschnitt für die Gase in diesem Bereich so
zu schmälern, daß der Rauchgasstrom gedrosselt wird. Auf diese Weise kann dann das
Umkehrstück des Überhitzerelementes im Rauchrohr näher an die Feuerbuchse herangerückt
werden, als dies bei Fünfrohrelementen der bisher üblichen Art der Fall ist.
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Zwecks Erreichung aller dieser Ziele werden Überhitzerelemente für
Lokomotivkessel und andere Rauchrohrkessel erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß
die das überhitzerelement bildenden Rohrlängen an der Feuerbuchsseite miteinander
vereinigt und mit einem Umkehrteil versehen sind, indem zwei verhältnismäßig dünne
Rohre und ein dickes Rohr, parallel und in einer Ebene angeordnet, an ihren Enden
durch Feuerschweißung zu einer Einheit verbunden sind, an welche ein verhältnismäßig
dickes Rohrstück in axialer Verlängerung des dicken Rohres angeschweißt ist, und
indem durch Feuerschweißung die Enden von zwei weiteren, dünnen Rohren mit dem Verlängerungsrohrstück
zu einer zweiten Einheit vereinigt sind, deren drei Rohre ebenfalls parallel zueinander
und in einer Ebene .angeordnet sind und :deren Vereinigungsstelle durch Stauchen
bzw. Schmieden zu einer Kehre geschlossen ist.
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Die Methode, Rohre durch Feuerschweißung miteinander zu vereinigen,
ist an sich naturgemäß bekannt und braucht deshalb nicht im einzelnen beschrieben
zu werden. Es soll lediglich festgestellt werden, daß bei 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
Rohrenden eingeführt wird, das die entsprechenden Teile einander benachbarter Rohrwandungen
aufweitet und sie, sobald sie einander anliegen, zu einem einheitlichen Teil zusammenschweißt.
Das offene Ende dieses einheitlichen Teiles kann dann mit einem anderen Rohr verbunden
oder durch Stauchen geschlossen werden, um auf diese Weise eine Umlenkfläche zu
bilden.
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In der Zeichnung veranschaulicht Fig. i eine Seitenansicht und Fig.
2 eine Draufsicht auf ein Dämpfüberhitzerelement, das gemäß der Erfindung hergestellt
ist; Fig. 3 zeigt, teilweise im Längsschnitt und in größerem Maßstab als Fig. i
und 2, das Steuerbuchsende des Elementes gemäß Fig. i und 2 ; Fig. 4 ist eine teilweise
im Schnitt dargestellte Draufsicht zu Fig. 3; Fig. 5 ist ein Querschnitt nach Linie
A-B der Fig. 3, während Fig. 6 ein Querschnitt nach Linie C-D der F!ig. 3 .ist;
Fig. 7 'ist ein Querschnitt nach Linie E-F der F,ig. 4.
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Das in der Zeichnung dargestellte überhitzerelement besteht aus vier
Rohren i, 2, 3 und 4 verhältnismäßig kleinen Durchmessers, die rund um ein in der
Mitte zwischen ihnen angeordnetesRückflußrohr 5 verhältnismäßig großen Durchmessers
angeordnet sind. An ihren Rauchkammerenden sind die dünneren Rohre bei 6 zu einem
Rohrstück 7 vereinigt; das den gleichen Durchmesser wie das Rückflußrohr 5 hat.
Die beiden Rohre 5 und 7 sind in geeigneter Weise geformt, um an das Kopfstück des
überhitzers in der weiter unten beschriebenen Weise angeschlossen zu werden.
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Gegen die Feue-rburhse@ hin sind die Rohre i bn's 4 mit dem Rohr 5
gemäß der Erfindung vereinigt, um ein Umkehrteil zu bilden. Zu diesem Zweck sind
das stärkere Rückflußrohr 5 und die beiden dünneren Rohre i und 3, welch letztere
sich zu beiden Seiten des fertigen Überhitzerelementes diametral gegenüberliegen,
parallel zueinander -angeordnet, derart, daß das dickere Rohr 5 zwischen den dünneren
Rohren und in einer gemeinsamen Ebene mit diesen liegt. Nach dem erforderlichen
Erhitzen der Rohrenden werden die letzteren durch Feuerschweißung miteinander verbunden,
und die so gebildete Einheit 8 wird durch Stauchen so reduziert, daß ihr Ende 9
kreisförmigen Querschnitt erhält. An das offene Ende dieses Teils 9 ist dann in
axialer Verlängerung des Rohres 5 ein kurzes Rohrstück io angeschweißt, das eine
Verlängerung der Einheit bildet. Das Rohr io kann den gleichen Durchmesser wie das
Rohr 5 aufweisen, aber auch etwas geringere Maße haben. Die beiden nun noch verbleibenden
dünneren Rohre :2
und q. werden parallel zum Rohr 5 und damit zur
Verlängerung io der Einheit 8 angeordnet, worauf nach entsprechender Erhitzung der
Enden die Rohre z, q. und io durch Feuerschweißung miteinander vereinigt werden.
Die auf diese Weise entstehende zweite Einheit wird auf kreisförmigen Querschnitt
gebracht und durch fortgesetztes Stauchen schließlich geschlossen, worauf das so
gebildete Umkehrende i i abgeflacht wird, um seine endgültige Form zu erhalten.
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Wie man aus den Fig. 5 und 6 ersieht, liegen die Rohre a, q. und io
der zweiten Einheit in einer gemeinsamen Ebene, welche, vom Ende des Elementes her
gesehen, im rechten Winkel zur Ebene der Rohre 1, 5 und 3 der ersten Einheit verläuft.
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Das Rohr io, das die Verlängerung der Einheit 8 bildet, ist an letztere
durch elektrische Stoßschweißung angesetzt, wobei ein sich etwa bildender Grat auf
der Innenseite des Rohrstückes io entfernt wird, ehe das letztere mit den Rohren
a und d. zusammengeschweißt wird.
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Wie bereits erwähnt, kann das Rohr io geringeren Durchmesser als das
Rohr 5 haben. Die Dampfmenge, die durch das Rohrstück io strömt, ist ja nur halb
so groß als diejenige im Rohr 5, so daß man durch Wahl eines entsprechend reduzierten
Durchmessers für das Rohrstück io iim Umkehrende i i und im Rohr io eine verhältnismäßig
hohe Dampfgeschwindigkeit erreichen kann und demgemäß auch die Metalltemperatur
dieser Teile in befriedigenden Grenzen gehalten werden kann.
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Am Rauchkammerende des Überhitzerelementes wird das Rohrstück 7, das
sich an die vier Rohre i bis q. anschließt, und das Endstück des Rohres 5 in passender
Weise gebogen, um, falls erforderlich, an das nicht dargestellte Kopfstück oder
die Kopfstücke des überhitzers angeschlossen zu werden. Die Enden der Rohre 5 und
7 werden in entsprechender Weise ausgebildet oder mit geeigneten Teilen versehen,
um die erforderlichen Dichtflächen zu schaffen.
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Vorzugsweise, und wie in Fig. i und 2 dargestellt, sind die Enden
der Rohre 5 und 7 nach oben abgewinkelt und mit den bekannten kugeligen Dichtflächen
12 versehen, die mit konischen Dichtflächen der Kopfstückenden zusammenwirken. Außerdem
sind die Elemente mit ringförmigen Schultern versehen, die durch Scheiben 13 unterlegt
sind, mit denen die üblichen Klemmschellen 14. zusammenarbeiten.
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Das Rauchkammerende der vier Rohre i bis q. kann mit dem Rohrstück
7 in irgendeiner Weise vereinigt werden. Im Falle der Fig. i und 2 ist dies so gelöst,
daß die Enden der vier Rohre zusammengebracht und durch Feuerschweißung zu einer
Einheit 6 vereinigt sind, die dann auf ringförmigen Querschnitt gestaucht ist, in
welchen das Rohrstück 7 entweder hineinragt oder an welchen dasselbe stumpf angeschweißt
ist.
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Es könnten aber auch jeweils zwei benachbarte Rohre am Rauchkammerende
durch Feuerschweißung gabelförmig zusammengefaßt werden, worauf dann die so hergestellten
beiden Einheiten ihrerseits wieder an die beiden Zweige eines Gabelstückes angeschweißt
werden, dessen Ende seinerseits mit dem Rohrstück 7 verbunden wird, es sei denn,
daß man die Enden der beiden gabelförmigen Rohrzusammenfassungen an kurze Rohrstücke
anfügt, die man ihrerseits zu einer Gabel zusammenfaßt, deren Ende wiederum an das
Rohr 7 angeschweißt wird.
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Die dünneren Rohre eines in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten
überhitzerelementes können mit längs verlaufenden Stegen oder Flügeln versehen werden,
welche die Überleitung der Hitze auf den Dampf in diesen Rohren unterstützen und
zugleich das Abkühlen der Rauchgase reduzieren, welche das mittlere Rückflußrohr
größeren Durchmessers berühren. Zweckmäßig und vorzugsweise besitzt jedes der dünneren
Rohre zwei an seinem Umfang angeschweißte Flossen oder Stege, die in bekannter Weise
so angeordnet werden, daß jeder gegen einen Steg eines benachbarten Rohres hin gerichtet
ist, derart, daß die gegenüberliegenden Kanten der Stege sich annähernd berühren.
Diese Stege und die dünneren Rohre umschließen das Rückflußrohr im wesentlichen,
so daß die zwischen ihnen strömenden Gase und das Rückflußrohr nicht mit der wassergekühlten
Wandung des Rauchrohres in Berührung kommen, in denen das Überhitzerelement liegt.
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Alternativ könnten an Stelle der mit Stegen versehenen Rohre auch
flache Rohre Verwendung finden.
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Falls erwünscht, könnten zur Erhöhung des Wärmeübergangs an dem Rückflußrohr
ebenfalls Stege oder Lamellen angebracht werden, oder es könnte die Wandung dieses
Rohres in Längsrichtung geriffelt sein. In diesem Falle kann das Rohr einen mehr
oder weniger kreuzförmigen Querschnitt aufweisen.
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Bei dem Fünfrohrelement gemäß der Erfindung weilst der der Feuerbuchse
zugekehrte Teil nur drei Rohre auf, und dies ist der Grund, warum das Überhitzerelement,
wenn es in die Rohrverengung eines Rauchrohres eingeführt wird, deren Querschnitt
für den Gasdurchfluß nicht unerwünscht vermindert.
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Damit das Feuerbuchsende des überhitzerelementes, das ja den am leichtesten
verwundbaren Teil darstellt, die hohen Temperaturen aushält, die dort infolge der
Nähe der Feuerbuchse herrschen, kann dieser Teil aus einem feuerschweißbaren, hitzebeständigen
Stahlrohr bestehen. Zu diesem Zweck könnten an die beiden Rohre a und q. in dem
gesamten Bereich kurze Stücke eines solchen hitzebeständigen Stahlrohrmaterials
angeschweißt werden, wie auch das Verlängerungsrohr io aus solchem Werkstoff bestehen
kann.
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Infolge des Unterschieds der mittleren Temperaturen in den Rohren
i bis q. einerseits und im Rückflußrohr 5 andererseits ergibt sich eine unterschiedliche
Dehnung dieser Rohre. Um diesen Unterschied auszugleichen, ohne das Material an
der Schweißnaht zu beanspruchen, welche die
dünneren Rohre mit dem
Rückflußrohr verbindet, können die dünneren Rohre leicht gewellt sein.