DE664078C - Ringrohrueberhitzerelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein in den Rauchrohren von Heizrohrkesseln, insbesondere von Lokomotivfahrzeugen, liegendes Ringrohrüberhitzerelement mit zwei einander umschließenden Ringkanälen und Dampfeinströmung in den inneren Ringkanal. Die Erfindung bezweckt, entweder die Überhitzungstemperatur bei der üblichen Größe der Überhitzerheizfläche (rund ein Drittel der Verdampfungsheizfläche bei Lokomotiven) zu steigern oder die im Lokomotivbetrieb üblichen Überhitzungstemperaturen (rund 400⁰ C) mit einer wesentlich, beispielsweise um ein Viertel verkleinerten Überhitzerheizfläche zu erreichen. Dabei sollen die Rauchgase aus den Rauchrohren mit möglichst gleicher Temperatur wie aus den Heizrohren austreten.

Die Erfindung besteht darin, daß das von den Rauchgasen durchströmte Innenrohr des Ringrohrelementes als grundlegende Baugröße des ganzen Überhitzerelementes denselben oder angenähert den gleichen Durchmesser wie die Heizrohre und eine etwa durch die Wagnersche Zahl des betreffenden Kessels bestimmte Länge hat und der äußere, zwischen Überhitzeraußenrohr und Rauchrohr verlaufende Ringkanal ebenfalls nach der Wagnerschen Zahl der Heizrohre bemessen ist.

Die Wagnersche Zahl ist das Verhältnis des freien Querschnittes der Rauchgase zur gesamten von den Rauchgasen bestrichenen Oberfläche in einem Heiz- oder Rauchrohr. Als günstigster empirischer Wert ist für Lokomotiven ι :41ο bis ι :42ο anzustreben.

Es sind bereits im Rauchrohr eingebaute Ringrohrüberhitzer bekannt, bei denen aber die gemäß der Erfindung sich ergebenden Beziehungen zwischen Dampf querschnitt, Überhitzerheizfläche und Rauchgasquerschnitt nicht vorhanden waren. Sie erfüllten deshalb den erstrebten Zweck nicht und sind auch kaum verwandt worden, da sie auch baulich den Ansprüchen eines störungsfreien Betriebes nicht gewachsen waren.

Ein durch die Bauart der Ringrohrüberhitzer an sich bedingter Vorteil ist, daß dem Dampf durch den Rauchgaskernstrom ein höherer Grad der Überhitzung erteilt werden kann, da er seine Wärme nur für die Überhitzung abgibt, und zwar im Gegenstrom, und in seiner Temperatur nicht durch Wärmeabgabe an wassergekühlte Heizflächen herabgesetzt wird, also mit hohem Temperaturgefälle arbeitet. Es würde natürlich vorteilhaft für eine hohe Überhitzung sein, den Rauchgaskernstrom heißer. entweichen zu lassen als aus den Heizrohren und den Rauchgasringrohren. Dies würde aber den Wirkungsgrad des Kessels verschlechtern. Es ist nun wesentlich für die Erfindung, daß durch die Bemessung des Innenrohres mit dem dafür richtigen Wert der Wagnerschen Zahl die Rauchgaskernströme mit wirtschaft-

lieh tragbaren Temperaturen in die Rauchkammer eintreten, weil der Rauchgaskernstrom im Gegenstrom wirkt und der innere Dampfringstrom sich noch ein möglic langes Stück in die Rauchkammer erstre* so daß der Rauchgaskernstrom auf diesi Wege weitere Gelegenheit zur Wärmeabgaßü an den Dampf hat.

Wenn man die höhere Überhitzung lediglieh durch eine Vergrößerung der in einem Rauchrohr untergebrachten Überhitzerheizfläche erreichen will oder durch Einführung eines kleineren Strömungsquerschnittes für die Rauchgase, um eine an sich für den «5 Wärmeübergang günstigere größere. Räuchgasgeschwindigkeit zu erhalten, dann wird die Wagnersche Zahl in den Rauchrohren erheblich kleiner als in den Heizrohren. Bei gleichem auf zwei Röhrenbündel einwirkendem Unterdruck ist die Strömungsgeschwindigkeit nur abhängig von den Strömungswiderständen, die von der Wagnerschen Zahl verhältnismäßig dargestellt werden. Infolgedessen werden die Heizgase in die unbesetzten Heizrohre abgelenkt, und die erhoffte Verbesserung der Überhitzung tritt überhaupt nicht oder nur in ganz geringem Maße ein. Außerdem werden durch starke Unterschiede der Werte der Wagnerschen Zahl in den Rauch- und Heizrohren die Austrittstemperaturen der Rauchgase bei diesen Rohren sehr verschieden, wodurch der Kesselwirkungsgrad natürlich herabgedrückt wird. Bei Verwendung von Überhitzerelementen gemäß der Erfindung wird aber der Gütegrad des Überhitzers und damit der Gesamtkesselwirkungsgrad verbessert. Unter dem Gütegrad ist zu verstehen das Produkt aus Heizflächenverhältnis und Besetzungsverhältnis. Die Verbesserung des Gütegrades wird dabei ermöglicht einmal durch Verbesserung des Besetzungsverhältnisses (Verhältnis der Anzahl der Heizrohre zu der Anzahl der Rauchrohre) und dann auch durch gleichzeitige Verbesserung des Heizflächenverhältnisses (Heizflächenverhältnis gleich Verhältnis der Überhitzerheizfläche zur Verdampfungsheizfläche). Der innere Durchmesser des Rauchrohres wird unter Berücksichtigung der für die Heizrohxe des Kessels benutzten Wagnerschen Zahl errechnet. Dadurch ergeben sich gleiche Rauchgasgeschwindigkeiten. in den Heizrohren und in dem Teile der Rauchrohre, der an der Verdampfung teilnimmt. Es wird also auch der Tatsache Genüge geleistet, daß gleiche Geschwindigkeiten der Rauchgasströme für eine gleichmäßige Verdampfung am günstigsten sind.

Die Abstimmung der Überhitzerheizfläche zur Dampf lief er ung des Kessels kann in einfacher Weise durch die Zahl der gleichlaufend geschalteten Einheiten erfolgen wie bei den üblichen RohrscMangenüberhitzern.

Für den Dampf ergeben sich zwei dünne, Ljringförmige Querschnitte, die zugleich der $1 iBgdingung genügen, daß der Dampf mit der (£j\ die Wärmeabnahme &ls am vorteilhaft-festen bekannten Geschwindigkeit von rund I2m/Sek. in das Üb er hitzer element sowohl ein- als auch austritt.

In den Abb. 1 bis 3 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Abb. ι zeigt einen Mittenschnitt durch einen Lokomotivkessel.

Abb. 2 stellt ein Überhitzerelement in Ansicht von der Rauchkammer aus dar.

Abb. 3 zeigt ein Überhitzerelement .in Seitenansicht, teilweise im Schnitt.

Die mit Überhitzerelementen besetzten Rauchrohre des Langkessels sind mit 1 und die Heizrohre mit 2 bezeichnet. In jedem Rauchrohr 1 Hegt ein Überhitzerelement, das im wesentlichen aus drei gleichachsigen Rohren besteht, dem inneren Rauchrohr 3 von etwa gleichem Durchmesser wie ein Heizrohr 2, dem äußeren Mantelrohr 4 und dem Zwischenrohr 5. An der Rauchkammerseite münden die Rohre-3, 4 und 5 in ein Formstück 6 mit zwei Rohrkrümmern 7 und 8. Das äußere Rohr 4 schließt sich an den Krümmer 7 und das Zwischenrohr 5 an den Krümmer 8 an, das innere Rohr 3 mündet in der Umbiegung des Krümmers 8 in die Rauchkammer 19. Der Krümmer 7 wird in 'der in der Zeichnung ersichtlichen Weise vom Zwischenrohr 5 mit eingelagertem Rauchrohr 3 durchdrungen und der Krümmer 8 vom inneren Rauchrohr 3 allein. An die Krümmer 7 und 8 sind Rohrenden 9 und 10 angesetzt, z. B. angeschweißt, die zum Anschließen der Überhitzerelemente an den Heißdampfkasten 11 und den Sattdampfkasten 12 dienen.

Die aus der Feuerkammer 13 kommenden Gase durchsetzen die Rauchrohre 1 in Pfeilrichtung, indem sie zum Teil ihren Weg durch das innere Rauchrohr 3, zum Teil durch den ringförmigen Kanal 14 zwischen Mantelrohr 4 und Rauchrohr 1 nehmen.

Der Dampf strömt aus dem Sattdampfkasten 12 durch das Zuleitungsrohr ι ο und den Krümmer 8 in den Ringkanal 16 zwischen innerem Rauchrohr 3 und Zwischenrohr 5 im Gegenstrom zu den Rauchgasen. Am Umkehrende 17 des Elementes kehrt der Dampf um und fließt im Gleichstrom mit den Rauchgasen durch den Ringkanal 18 zwischen dem Mantelrohr 4 und dem Zwischenrohr 5, um durch den Krümmer 7 und das Anschlußrohr 9 zum Heißdampfsammelkasten 11 zu gehen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Ringrohrüberhitzerelement mit zwei einander umschließenden Ringkanälen und Dampfeinströmung in den inneren Ring-: ■ kanal für den Einbau in die Rauchrohre· von Heizrohrkesseln, insbesondere von Lokomotivfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das von Rauchgasen durchströmte Innenrohr (3) des Ringrohrelementes etwa denselben Durchmesser wie die Heizrohre (2) und eine etwa durch die Wagnersche Zahl des betreffenden Kessels bestimmte Länge hat und der äußere, zwischen Überhitzeraußenrohr (4) und Rauchrohr (1) verlaufende Ringkanal (14) ebenfalls nach der Wagnerschen Zahl der Heizrohre bemessen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen