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Wasserrohrkessel mit Führung des Wassers durch Leitwände. Die Erfindung
bezweckt eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens nach Patent 388858,
um innerhalb der durch die im Ober-oder Unterkessel eingebauten Leitwände gebildeten
Übergangskanäle zwischen den beiden Rohrgruppen für auf und ab steigenden Wasserstrom
im Oberkessel einen vollkommeneren Umsatz von Geschwindigkeit in Druck oder umgekehrt
im Unterkessel von Druck in Geschwindigkeit zu erzielen. Bei Kesseln mit Leitwänden
nach Patent 388858 geht z. B. noch ein großer Teil der in den aufsteigenden Dampfblasen
enthaltenen Auftriebsenergie im Oberkessel durch Wirbel und sonstige Widerstände
verloren.
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Zu diesem Zweck sind gemäß der Erfindung die den Ringstrom auf der
inneren und äußeren Seite begrenzenden Leitwände im Ober-oder Unterkessel so eingebaut,
daß der Querschnitt des von ihnen gebildeten Kanals im Sinne der Strömungsrichtung
im Oberkessel sich düsenförmig erweitert, im Unterkessel im allgemeinen verengt.
Entsprechend der Ausdehnung des Dampf- und Wassergemisches beim Austritt aus dem
dem Feuer zunächst liegenden Rohrbündel wird dann die damit verbundene Arbeitsleistung
vollkommen in Geschwindigkeitsenergie für den absteigenden Wasserstrom umgesetzt.
Im Unterkessel wird durch die umgekehrte Maßnahme, d. h. eine Verengung des Kanals,
bewirkt, daß die Saugewiderstände für die Rohrgruppe mit aufsteigendem Strom etwas
geringer werden und das Wasser sich allmählich von der geringeren Geschwindigkeit
in der hinteren Rohrgruppe mit absteigendem Strom auf die größere in der vorderen
Rohrgruppe beschleunigt.
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Eine weitere Vervollkommnung besteht
darin, daß zwischen
den Ausmündungen der aufeinanderfolgenden Rohrreihen jeder Rohrgruppe und schließlich
zwischen den einzelnen Rohren jeder Rohrreihe selbst noch Leitwände vorhanden sind,
die Einzelkanäle von düsenförmiger Erweiterung bzw. Verengung im Ober- oder Unterkessel
bilden und zugleich die Wirbelverluste zwischen den Ausmündungen der einzelnen Rohre
an der Rohrplatte beseitigen.
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In Abb. i bis 6 sind verschiedene Ausführungsbeispiele und Einzelheiten
der Erfindung dargestellt.
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Bei dem Beispiel nach Abb. i bis 3 stellt Abb. i den senkrechten Längsschnitt
eines Wasserrohrkessels mit einem einzigen Rohrbündel dar, das von den Verbrennungsgasen
in der Pfeilrichtung a durchströmt werde. b bezeichnet den Oberkessel, c den Unterkessel,
dl, d2, ds die Rohre der vorderen, nach dem Feuer zu gelegenen Rohrgruppe für den
aufsteigenden Strom, wobei der Deutlichkeit halber nur drei Rohre gezeichnet sind.
e1, e2, e3, e. bezeichnen die Rohre der hinteren Rohrgruppe für den absteigenden
Strom. Die Heizfläche dieser hinteren Gruppe wird zweckmäßig nur so groß bemessen,
daß, im Falle das Speisewasser durch das im Oberkessel liegende Rohr f bei
g in den Kreislauf eingeführt wird, es in der hinteren Gruppe noch nichtganz bis
zum Siedepunkt erhitzt wird, so daß sich darin noch keine oder nur sehr wenige Dampfblasen
entwickeln. Dafür findet zweck= mäßig möglichst die ganze Dampferzeugung nur in
der vorderen Rohrgruppe dl, d2 usw. statt, um für die Differenz der spezifischen
Gewichte des Wassers bzw. des Wasser- und Dampfgemisches in den beiden Rohrgruppen
und die Umtriebskraft Höchstwerte zu erhalten. Der gesamte Querschnitt der hinteren
Rohrgruppe wird dagegen zweckmäßig wesentlich größer als der der nach dem Feuer
zu liegenden Gruppe gewählt, um der geringeren Fallgeschwindigkeit in der hinteren
Gruppe Rechnung zu tragen. h ist eine den Ringstrom im Oberkessel auf der inneren,
i eine ihn auf der äußeren Seite begrenzende Leitwand. Der von den Leitwänden eingeschlossene
freie Kanalquerschnitt erweitert sich von den Mündungen der vorderen Rohrgruppe
d" d2, d", für den aufsteigenden Strom, nach den Mündungen der Rohrgruppe e1, e2.
. für den absteigenden Strom im Oberkessel düsenförmig. Im Unterkessel möge k eine
den Ringstrom auf der inneren, l auf der äußeren Seite begrenzende Leitwand bezeichnen.
Der von den Leitwänden eingeschlossene freie Kanalquerschnitt verengt sich von den
Mündungen der hinteren Rohrgruppe nach den der vorderen Gruppe zu. Da die Verschiedenheit
der Geschwindigkeiten an den beiden Stellen infolge des Einflusses des Saugeunterdruckes
an der Stelle m naturgemäß nicht so ausgeprägt ist als im Oberkessel, so kann die
Verengung des Kanals im Unterkessel wesentlich geringer sein als im Oberkessel,
oder es kann unter Umständen ganz davon abgesehen, der Kanal im Unterkessel also
durchweg gleich weit gemacht werden.
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n1, n2 bezeichnen Zwischenleitwände mit von der Einmündung der Rohrgruppe
dl, d2, d3 sich ebenfalls düsenförmig erweiterndem Kanalquerschnitt der Einzelkanäle,
um einerseits die Geschwindigkeitsenergie der austretenden Strahlen besser auszunutzen
und anderseits die sonst auftretenden Wirbelverluste zwischen den Rohrmündungen
zu vermeiden. o1, o. usf. sind entsprechende Zwischenleitwände im Unterkessel, die
Einzelkanäle mit im allgemeinen von der Mündungsstelle der Rohre e1, e-. . . ab
sich verengendem, gegebenenfalls auch gleichbleibendem Kanalquerschnitt bilden.
Bei dem vorliegenden Beispiel sind auch die Zwischenleitwände n.1, n2, o1,
o . . . . entsprechend der Ringströmung gekrümmt, reichen jedoch nicht von
Rohrwand zu Rohrwand, sondern von der Einmündung ab jeweils nur bis über einen gewissen
Teil des Uinführungskanals, um auf dessen freier Strecke eine bessere Abscheidung
des Dampfes im Oberkessel bzw. besseren Ausgleich des Wassers im Unterkessel zu
erzielen. Zur Dampfabscheidung sind in der Leitwand i. im Oberkessel die Löchere
vorgesehen, ebenso können solche zum gleichen Zweck, wie in Abb. i mit q angedeutet,
in den Zwischenleitwänden n.1, n, vorhanden sein, wobei sie zweckmäßig im Sinne
der Strömungsrichtung schräg durch die Zwischenleitwände führen, um gleichzeitig
die Saugwirkung der größeren Geschwindigkeit in dem äußeren, z. B. an das Rohr dl
anschließenden Kanal für den benachbarten Kanal beschleunigend heranzuziehen. Für
die vollkommene Entleerung des Kessels von Wasser, ebenso für die Abscheidung von
etwaigem Schlamm im Unterkessel können die Löcher r in der äußeren Leitwand l des
Unterkessels dienen.
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Bei dem vorliegenden Beispiel bilden die Zwischenleitwände n,, n_,
0l, o.. . . für die aufeinanderfolgenden Rohrreihen sich über die ganze Länge des
Ober- oder Unterkessels erstreckende Kanäle. Um diese für die einzelnen Rohre zu
unterteilen bzw. jeder Rohrausmündung ihren anschließenden, düsenförmig sich erweiternden
Einzelkanal zu geben, können noch zur Achsenrichtung des Ober- oder Unterkessels
senkrecht stehende Zwischenwände s vorgesehen sein, so daß die sämtlichen Einzelkanäle
ein zellen- oder wabenartiges System bilden. In den Zwischenwänden s können zur
Dampfabseheidung im Oberkessel auch noch seitlich Löcher t vorhanden sein, so daß
der Dampf nach oben durch die
Löcher ¢ der Deckplatte i oder durch
darin befindliche Zwickel u entweichen kann. Bei dem dargestellten Beispiel sind
die Zwischenwände «l, n2, o1, o. usf. und s aus Blech hergestellt angenommen, wobei
die Wände n, n., o1, o,. . .etwa durchlaufen und die senkrecht dazu stehenden
Zwischenwände s im Ober-oder Unterkessel dazwischen gesetzt sein können, gegebenenfalls
für die aufeinanderfolgenden Rohrreihen versetzt, entsprechend der meist üblichen
Stellung der Rohre in diesen Reihen. Bei dieser Ausführungsart geht unmittelbar
der Querschnitt des Einzelkanals beim Anschluß an die Rohrmündung in einen rechteckigen
Querschnitt über. Etwas günstiger wird dieser Übergang bei versetzt stehenden Rohrmündungen
der aufeinanderfolgenden Reihen, wenn die Längszwischenwände zickzackförmig gewellt
sind, so daß zusammen mit den senkrecht stehenden Zwischenleitwänden ein sechseckiger
Querschnitt für den Einzelkanal entsteht. Wichtig ist in jedem Falle, daß die Wände
der benachbarten Einzelkanäle am Ende möglichst schneidenartig auslaufen bzw. sich
vereinigen.
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Bei dem Beispiel nach Abb. 4 ist das ganze Kanalsystem als aus einem
zusammenhängenden gegossenen Formstück v bestehend angenommen, wobei gegebenenfalls
auch die innere oder äußere Leitwand damit zusammenhängen kann. In dem gezeichneten
Beispiel besteht nur die innere Leitwand h. mit aus einem Stück, um das Kanalsystem
etwa seitlich durch eine Öffnung w des Oberkessels ein- und ausbringen zu können,
während die äußere Leitwand i an das Formstück v angesetzt ist. Diese Ausführungsart
des Kanalsystems aus einem Stück hat unter Umständen den Vorteil einer bequemeren
Herstellung, sodann aber gibt sie die Möglichkeit, daß ein besserer Übergang der
Einzelkanäle an den runden Rohrquerschnitt erzielt werden kann als bei zusammengesetzter
Bauart.
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Bei dem Beispiel nach Abb. 5 sind die Einzelkanäle für jedes Rohr
als über die ganze Breite des Kanals von Rohrwand zu Rohrwand reichende, für sich
getrennte Rohre x bzw. y angenommen, die sich im Oberkessel im Sinne der Strömungsrichtung
trompetenförmig erweitern, im Unterkessel verengen oder auch hier gegebenenfalls
gleich weit bleiben. Es setzt diese Anordnung naturgemäß voraus, daß in der vorderen
Rohrgruppe mit dem aufsteigenden Strom gleichviel Rohre vorhanden sind, wie in der
hinteren Gruppe für den absteigenden Strom, nur daß die lichten Durchmesser der
Rohre der vorderen Rohrgruppe im allgemeinen etwas kleiner sind, entsprechend der
höheren Geschwindigkeit in denselben, als die der hinteren Rohrgruppe. Zwecks Dampfabscheidung
sind die Leitrohre x im Oberkessel reichlich mit Löchern versehen, ebenso können
auch die Rohre y im Unterkessel einige Löcher zwecks Entleerung und Wasseraustauschs
mit dem umgebenden Wasser besitzen. Die Leitrohre x oder y können etwa in der Weise
befestigt sein, daß sie, wie in dem Beispiel Abb. 6 für den Unterkessel angedeutet,
über die hervorstehenden Enden der Rohre d, e gesteckt werden.
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Das Beispiel nach Abb. 7 zeigt eine Abänderung der Ausführung nach
Abb. 5, bei welcher die Uinführungsrohre y im. Oberkessel b nicht ganz von Rohrwand
zu Rohrwand durchlaufen, sondern an einer Stelle D unterbrochen. sind, um düsenartig
in erweiterte Auffangmundstücke ü der 'Rohre e für den absteigenden Strom
zu münden. Die Rohre x brauchen in diesem Falle im Sinne der Strömungsrichtung nicht
erweitert zu sein, sondern können entweder mit gleichem oder vorteilhafterweise
etwas verjüngtem Durchmesser bis zur Stelle S geführt sein. Um den Wirkungsgrad
dieser Anordnung möglichst günstig zu gestalten, können die Rohre x statt nur an
einer einzigen Stelle S auch an mehreren solcher Stellen düsenartig unterbrochen
sein.
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Derselbe Gedanke kann naturgemäß auch auf die Leitwände lL und
i im Oberkessel (Abb. i) übertragen werden, indem diese an einer oder mehreren
Stellen unterbrochen sein können, wobei die Unterbrechungsstellen düsenförmig ausgebildet
sind, die einzelnen Leitwandstücke also mit einem gewissen Spaltabstand sich dachziegelartig
überdecken. Auf diese Weise bilden die Leitwände h oder i eine über die ganze
Länge des Oberkessels reichende Strableinrichtung mit flachem Strahl.
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In Abb. 8 ist schließlich noch eine Abänderung zu Abb. i dargestellt,
bei der die düsenartige Verengung des Umführungskanals im Unterkessel c sich bis
in die verdampfenden Rohre d,, d2, d3 hinein erstreckt. Die letzteren sind also
vom Anschluß an den durch die Leitwände k, y gebildeten Kanal ab düsenförmig
zusammengezogen bzw. von ihrem gewöhnlichen Durchmesser ab nach dieser Stelle hin
auf eine gewisse Strecke konisch oder trompetenförmig erweitert, um den Ansaugewiderstand
noch mehr zu vermindern und ein möglichst schnelles Nachströmen von Wasser in diese
Rohre zu erreichen. Die Leitzungen v können in diesem Falle kürzer als bei Abb.
i sein oder zwecks Vereinfachung ganz fortfallen.
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Außer nach den gezeichneten und oben beschriebenen Beispielen kann
der vorliegende Erfindungsgedanke noch in vielfach anderer Weise ausgeführt und
z. B. auch für Kessel mit zwei parallel geschalteten Rohrbündeln angewendet werden,
ohne daß solche andere Ausführungsarten oder Anwendungen aus dem Rahmen der Erfindung
fallen.