DEP0026649DA - Bodenringanordnung für Hinterkessel, insbesondere für Lokomotiven - Google Patents

Description

Bei einem Hinterkessel der Stephenson'schen Bauart sind der äussere Stehkessel und die innere Feuerbuchse ringsum bzw. oben durch Seiten- und Deckenstehbolzen, unten durch den sog. Bodenring miteinander verbunden. Diese haben die Aufgabe, unter der Wirkung des zwischen Stehkessel und Feuerbuchse vorhandenen hohen Wasser- und Dampfdrucks und der Verbrennungswärme die Form des Hinterkessels zu erhalten und dabei Undichtigkeiten an den Verbindungsstellen der Teile zu vermeiden. Die Aufgabe ist besonders schwierig, weil die Feuerbuchse ungleichmässig und wesentlich höher erwärmt wird als der äussere Stehkessel und sich daher stärker ausdehnen möchte als dieser.

Die Erfindung beruht auf der in umfangreichen theoretischen Untersuchungen gefundenen und durch Nachmessungen an Reparaturkesseln bestätigten neuen Erkenntnis, dass es bei der bisherigen Bau- und Betriebsweise eines Hinterkessels unter der Wirkung von Kesseldruck und Wärme unvermeidlich zu Ueberschreitungen der Werkstoffelastizität und damit zu bleibenden Verformungen der miteinander verbundenen Bauteile, d.h. der Kesselwände, Stehbolzen, des Bodenringes usw., kommt, die mit der Zeit zunehmend zu Anrissen und Brüchen dieser Teile führen. Vor allem die Stehbolzen, aber auch die Wände in ihren beanspruchtesten Bereichen, z.B. in der Feuerzone und in den Umbügen oberhalb des Bodenringes, unterliegen so einem frühzeitigen Verschleiss und nötigen zu hohen, in kurzen Abständen wiederkehrenden Ausgaben für die Unterhaltung des Kessels, ohne dass der Fachwelt die wahren Ursachen der Erscheinungen bislang bekannt, und wirksame Mittel zu ihrer Ueberwindung gefunden wurden.

Als eine der Hauptquellen für die Ueberschreitung der Elastizitätsgrenze an den Bauteilen wurde die starke Verwölbung der Seitenwände des unten offenen Hinterkessels erkannt. Sie zeigt sich am deutlichsten an einer Ausbauchung des Bodenringes, vornehmlich nach aussen, bleibt aber, wie durch genaue

Untersuchungen festgestellt wurde, nicht auf ihn und die benachbarten Wandbereiche beschränkt, sondern erfasst die gesamten Wandflächen und wirkt sich weiter auf die die Wände verankernden Stehbolzen aus. Die Ausbauchung nimmt von einer zur anderen Hauptausbesserung allmählich zu und erreicht am Bodenring schliesslich Werte von 80 mm und darüber.

Die Erfindung ist nun bestrebt, durch Massnahmen verschiedener Art die Verwölbung der Wände und damit das Ueberschreiten der Elastizitätsgrenze an den einzelnen Bauteilen möglichst zu verhindern oder doch in solchen Grenzen zu halten, dass die Lebensdauer der Teile namhaft erhöht und die Notwendigkeit einer Kesselausbesserung, die mit vielen Nebenausgaben verbunden ist, und eines Ersatzes der schadhaften Teile stark hinausgezögert werden.

Als einige hierfür geeignete Mittel grundsätzlicher Art werden erfindungsgemäss vorgeschlagen:

1) die Verbesserung der Formhaltung des Hinterkessels durch eine Querverankerung seiner Längswände. Hierdurch kann der gesamte Hinterkessel, auch bei offener, z.B. u-förmiger, Gestaltung des Bodenringes, erheblich versteift und ein Ausbauchen seiner unteren Wandteile sehr stark vermindert werden;

2) den Ausgleich der Temperaturverteilung und damit eine Herabsetzung der Wärmespannungen im ganzen unteren Bereich des Hinterkessels, vor allem der Feuerbuchse, durch Hebung des Wärmeniveaus ihrer unteren Begrenzung, d.h. insbesondere des Bodenringes und der angrenzenden Teile.

Zu 1):

Die Querverankerung der Längsseiten des Hinterkessels geschieht am einfachsten dadurch, dass die seitlichen Balken des Bodenringes oder die Unterenden der seitlichen Kesselwände mittels eines oder mehrerer Zugorgane in ihrer parallelen Lage bzw. in ihrem ursprünglichen Abstand erhalten werden. Dies hat zur Folge, dass die Endverwölbung der Wände und die plastische Endverbiegung der sie verankernden Stehbolzen auch nach langem Betrieb viel geringer ist als ohne die Verankerung.

Erste Versuche mit auf diese Weise querverankerten Hinterkesseln haben bereits ergeben, dass die Betriebsverwölbung der Wände tatsächlich in hohem Masse hintangehalten wird, und dass sich die s-förmige Verbiegung der Stehbolzen auf einen Bruchteil der bisherigen vermindert. Eine starke Herabsetzung der Bolzenbrüche unter sonst gleichen Betriebsverhältnissen und nach gleicher Laufzeit der Lokomotiven war die technische Folge.

Die konstruktive Gestaltung der Querverankerung hängt von der Form des Bodenringes, ob balkenförmig, u-förmig o.dgl., oder von der Art der unmittelbaren Verbindung des äusseren mit dem inneren Kessel ab sowie von den räumlichen Gegebenheiten zwischen Kessel und Rahmen und von der Verbrennungsart (Rostfeuerung, Oelfeuerung usw.). Im allgemeinen wird es sich darum handeln, den Bodenring oder die Unterenden der Seitenwände des Hinterkessels beiderseits, z.B. durch Nieten, Schrauben oder Schweissen, mit sogenannten Pratzen oder ähnlichen Widerlagern für das oder die Zugorgane zu versehen oder diese unmittelbar mit den Unterenden zu verschweissen. Die Zugorgane können voll- oder hohlstangenartig gestaltet oder aus Blechen oder Profileisen geformt oder zusammengesetzt und an den Enden oder im Zuge des Kraftstroms fest oder lösbar mit den Widerlagern oder dem Bodenring verbunden sein. Notwendigenfalls kann durch Einschaltung von Gelenkteilen auf einen Verdrehungsdrang der Bodenring-Längsbalken um ihre Achse Rücksicht genommen werden. Ferner können aus anderen Gründen vorhandene oder notwendige Bauteile oder Träger so umgestaltet werden, dass sie gleichzeitig als Querverankerung im Sinne der Erfindung dienen. Die Möglichkeiten dazu sind so mannigfaltig und im Rahmen des normalen Könnens des Lokomotiv-Konstrukteuers liegend, dass es keiner zeichnerischen Erläuterung bedarf.

Zu 2):

Für den Ausgleich der Temperaturverteilung im unteren Bereich des Hinterkessels werden erfindungsgemäss folgende Massnahmen in Vorschlag gebracht:

a) die zusätzliche Erwärmung des Bodenringes und gegebenenfalls des unteren Bereichs der Feuerbuchswände durch ihn unmittelbar beaufschlagende Anwärmorgane; b) die Fernhaltung der dem Feuerraum zuströmenden kalten Verbrennungsluft vom Bodenring durch dessen Isolierung mittels bekannter Wärmeschutzmittel und/oder durch Anordnung von Ablenkblechen längs des Bodenringes, die ein Vorbeistreichen der namentlich im Winter stark abkühlend wirkenden Aussenluft an dessen Unter- und Innenkanten verhindern und seine gleichmässige Durchwärmung vom Kesselwasser und gegebenenfalls vom Rost her bewirken;

c) die Anordnung der Feuerrostfläche unterhalb der Oberkante des Bodenringes, sofern dieser balkenförmig ist, bzw. unterhalb der Stegoberkante, sofern dieser u-förmig und mit den Seitenwänden verschweisst ist.

Auch alle drei Vorschläge dieser Art sind ohne weitere Angaben für den Fachmann so verständlich, dass es keiner besonderen Ausführungsbeispiele bedarf. Zu näheren Erläuterung sei jedoch noch auf folgendes hingewiesen:

Der Vorschlag gemäss 2 a ist besonders für Oelfeuerung gedacht und leicht durchführbar.

Der Vorschlag gemäss 2 b erfordert praktisch nur ein Herunterziehen des für die äusseren Seitenwände üblicherweise bereits vorgesehenen Wärmeschutzes, z.B. durch Abdeckung mittels Glaswolle o.dgl., bis unter den Bodenring bzw. die Unterenden des Hinterkessels. Dabei können die Bekleidungsbleche so umgeformt oder angeordnet sein, dass sie zugleich als Ablenkbleche für die dem Verbrennungsraum von unten und aussen zuströmende Kaltluft dienen.

Der Vorschlag gemäss 2 c endlich bezieht sich auf Lokomotiven mit Kohlenfeuerung und bedeutet ebenfalls leicht durchführbare, im übrigen von der Form und der Lage des Hinterkessels zum Rahmen und zum Fahrgestell abhängige Tieferlegung des Feuerrostes derart, dass dieser von der Brennstoffwärme weitgehend miterfasst wird. Er kommt vor allem bei Lokomotiv-Neukonstruktionen infrage und berücksichtigt die Tatsache, dass bei den bisherigen Rostanordnungen die volle Brennstoffwärme erst etwa in Höhe der 3. oder 4. untersten waagerechten

Stehbolzenreihe auf die Wandflächen zur Wirkung kommt. Die Folge davon ist, dass der unterste Wandbereich auf kurzer Strecke eine Temperatursteigerung von unten nach oben von mehreren 100 Grad Celsius erfährt, was natürlich zu ausserordentlichen Wärmespannungen, zu Rissen in den Feuerbuchswandecken und zu Rissen und Undichtigkeiten in der Umgebung der Eckstehbolzen führt.

Während es bisher üblich war, die Rostträger so anzuordnen, dass die Rostfläche oberhalb des Bodenringes zu liegen kam, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, die Rostfläche soweit wie irgend möglich, mindestens aber soweit herunterziehen, dass sie unter die Oberkante des balkenförmigen bzw. unter die Stegoberkante des u-förmigen, mit den Seitenwänden zu verschweissenden Bodenringes zu liegen kommt.

Claims (4)

1. Bodenringanordnung für Hinterkessel, insbesondere von Lokomotiven, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbalken des Bodenringes durch einen oder mehrere Queranker miteinander verbunden sind, welche die bleibende Durchwölbung der Seitenwände weitgehend hintanhalten.

2. Bodenringanordnung für Hinterkessel, insbesondere von Lokomotiven, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herabsetzung der Wärmespannungen im unteren Bereich der Feuerbuchswandteile der Bodenring durch ihn unmittelbar beaufschlagende Anwärmeorgane zusätzlich erwärmt wird.

3. Bodenringanordnung für Hinterkessel, insbesondere von Lokomotiven, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anwendung von Wärmeschutzmitteln und/oder durch Anordnung von Ablenkblechen längs des Bodenringes die dem Feuerraum zuströmende Kaltluft vom Bodenring ferngehalten wird.

4. Bodenringanordnung für Hinterkessel, insbesondere von Lokomotiven, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung des Feuerrostes, dass die Rostoberfläche unter die Oberkante des balkenförmigen bzw. unter die Stegoberkante des u-förmigen, mit den Seitenwänden zu verschweissenden Bodenringes zu liegen kommt.