DE406033C

DE406033C - Method for achieving a cheaper design of locomotives, locomobiles and the like like

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Publication number: DE406033C
Application number: DEE30171D
Authority: DE
Original assignee: FREDERICK W ELLYSON DIPL ING
Current assignee: FREDERICK W ELLYSON DIPL ING
Priority date: 1924-01-01
Filing date: 1924-01-01
Publication date: 1924-11-17

Description

Die heute allgemein beobachteten Baunormen der Naß- und Heißdampflokomotiven und Lokomobilen weisen iin ihrer Gesamtheit eine dem gegenwärtigen Stande der Forschung nicht mehr angepaßte Gestaltung im einzelnen wie im Gesamtaufbau auf, die zum größten Teile schuldtragend ist an der verhältnismäßig geringen Wirtschaftlichkeit dieser Dampfmaschinen. The building standards generally observed today for wet and superheated steam locomotives and As a whole, locomobiles reflect the current state of research no longer adapted design in detail as in the overall structure, the largest Part of the blame is due to the relatively low economic efficiency of these steam engines.

In erster Linie gehört hierher der in der hergebrachten Unterteilung und Bauart der Lokomotivkessel verankerte Grundsatz der Wärmewanderung von innen nach außen, d. i. die Temperaturzunahme derart nach außen hin ansteigen zu lassen, daß auf die heißeste innerste Feuer- und Rauchgaszone die Verdampfungszone folgt, an welche, radial betrachtet, nach außen hin der zu oberst liegende Datnpfsammelraum mit Dampfdom folgt, welch letzterem oft noch ein in der vorderen Rauchkammer liegender Überhitzer nachgeschaltet ist.First and foremost, the one in the belongs here traditional subdivision and type of construction of the locomotive boiler anchored the principle of Heat migration from the inside to the outside, d. i. the temperature increase in such an outward direction to let rise that on the hottest innermost fire and flue gas zone the evaporation zone follows, which, viewed radially, is followed by the uppermost datnpfsammelraum with steam dome, which the latter is often followed by a superheater located in the front smoke chamber is.

Dieserart sind bei den regulären Bauarten die energietragenden Teile, d. i. Dampfsammeiraum und Überhitzer, am weitesten von der Zone der höchsten Temperaturen, dem Stehkessel, entfernt und an diesen Orten zudem einer starken Abstrahlung nach der freien Atmosphäre ausgesetzt, die allerdings durch von Schalblechen abgeschlossene Luftzwi-These are the regular types the energy-carrying parts, d. i. Steam collecting room and superheater, furthest from the zone of highest temperatures, the standing boiler, and in these places as well exposed to strong radiation to the open atmosphere, which, however, is caused by air gap closed by formwork

schenräume gemildert wird. Trotz der sorgfältigsten Isolation gegen Abstrahlung ergeben sich bei den landläufigen Bauarten immerhin große Abstrahlungsverluste, die, zusammen mit den durch den Schornsteinzug bedingten Wärmewanderungen, einen Betrag von etwa 25 bis 33 Prozent und darüber der zugeführten Gesamtwärme betragen.between spaces is mitigated. Despite the most careful Insulation against radiation results in the common types of construction at least large radiation losses, which together with the heat migration caused by the chimney draft, an amount of about 25 to 33 percent and more of the supplied Total heat.

Aber auch rein herstellungstechnisch betrachtet, ergeben sich bei den üblichen Bauarten eine Reihe äußerst kostspieliger Operationen, die zudem überaus schwierig mit der erforderlichen Geauigkeit durchgeführt werden können. Hierher gehört zunächst das Vernieten der Kesselschüsse, ihre Aneinanderfügung, das Verstemmen und Einwalzen der Rauchrohre, besonders aber die ganze Herstellung der kupfernen Feuerbüchse oder des Stehkessels.But also from a purely manufacturing point of view, this results from the usual types of construction a number of extremely costly operations that are also extremely difficult to use required accuracy can be carried out. First of all, riveting belongs here the boiler sections, their joining, the caulking and rolling in of the smoke tubes, but especially the entire production the copper fire box or the standing kettle.

Diese Zusammensetzungs- und Herstellungsweise hat bisher auch die nunmehr als höchst ökonomisch anerkannte Verwendung hoher und höchster Dampfspannungen im Lokomobivbetriebe unmöglich gemacht, denn es war praktisch unmöglich, mit wesentlich höheren Drücken als 10 bis 20 Atmosphären zu arbeiten, sobald die Kesselschüsse aus genieteten Blechen bestanden und Rauchrohre eingewalzt werden mußten. Die Nietnähte er- ; wiesen sich höheren Spannungen und Überhitzungsgraden bei den gegebenen statischen Beanspruchungen nicht gewachsen und anderseits würden die Kesselgewichte die zulässige Höchstgrenze bald überschreiten, was außerdem infolge der Wahl größerer Wandstärken zusätzliche Benachteiligung des Wärmeüberganges nach sich ziehen würde.This composition and production method has so far also now as highly economically recognized use of high and extremely high steam voltages in locomotive operations made impossible because it was practically impossible to operate with pressures much higher than 10 to 20 atmospheres work as soon as the boiler sections are made of riveted sheet metal and smoke tubes are rolled in had to be. The riveted seams; showed higher voltages and degrees of overheating not able to cope with the given static loads and on the other hand the boiler weights would soon exceed the maximum permissible limit, what moreover due to the choice of larger wall thicknesses additional disadvantage of the heat transfer would entail.

Die Anwendung hoher und höchster Dampfspannungen und Uberhitzungsgrade bietet jedoch, insbesondere in Verbindung mit Kon- ; densationsbetrieb, ungemein große thermische Vorteile, zumal der Erzeugung eines entsprechenden Vakuums im Kondensator speziell bei beweglichen Aggregaten nach unten hin ziemlich enge Grenzen gezogen sind. Die Erzeugung außerordentlich hoher Dampfdrücke und Überhitzungstemperaturen macht aber auch eine Trennung des Wasserraumes vom Dampfsammler erforderlich wie auch ein Abgehen vom Wasserraumkessel.However, the use of high and extremely high steam tensions and degrees of superheating offers especially in connection with Kon-; Densationsbetrieb, immensely large thermal Advantages, especially the creation of a corresponding vacuum in the condenser in the case of movable units, the limits are rather narrow. The production Exceptionally high steam pressures and overheating temperatures also make a separation of the water space from Steam collector required as well as a departure from the water space boiler.

Die Erfindung hat nun ein Verfahren zum Gegenstande, welches bezweckt, bei der Herstellung von Lokomotiven sowie Lokomobilen u. dgl. alle diese Gesichtspunkte unter tunlichster 'Verwertung jeglicher vorhandenen günstigsten Erfahrungswerte derart auszunutzen, daß eine thermisch wie herstellungstechnisch wesentlich günstigere Bauart derselben resultiert.The invention now has a method for the object, which aims at the production of locomotives as well as locomobiles and the like '' Utilize any existing favorable empirical values in such a way that that a thermally and technically much more favorable design of the same results.

Dazu wurde in erster Linie der Verwendung außerordentlich hoher Dampfpressungen ; und uberhitzungsgrade sowie der Vermeidung jeglicher Wärmeabstrahlung Rechnung getragen. In zweiter Linie, wurde auf tunlichst einfache Herstellungsmöglichkeit gesehen. Im besonderen wird dies durch folgendes Verfahren erreicht:For this purpose, the use of extraordinarily high steam pressures was primarily used ; and degrees of overheating as well as the avoidance of any heat radiation carried. Secondly, it was considered to be as simple as possible to manufacture. In particular, this is achieved by the following procedure:

Die wärmetragenden Teile, wie Verdampfer, Überhitzer, Vorwärmer und Dampfsammler, werden derart gegeneinander und nach außen hin isoliert, daß etwaige Wärmeabstrahlung des einen Gliedes dem anderen zugute kommt, wobei die äußerste Schicht durch einen Kondensator gebildet wird und die Kondensation damit an die Stelle verlegt ist, welche der Kühlung durch die Außenluft am meisten ausgesetzt ist.The heat-carrying parts, such as evaporators, superheaters, preheaters and steam collectors, are insulated from each other and to the outside in such a way that any heat radiation one link benefits the other, the outermost layer being formed by a capacitor and the condensation is thus relocated to the point where the cooling by the outside air most exposed.

Die Zeichnung stellt als Ausführungsbeispiel dieses Verfahrens eine Lokomotive in schematischem Längsschnitt dar. Hierbei ist von dem Grundsatz strengster Trennung von Vorwärmer, Verdampfer und Überhitzer ausgegangen, wobei die Rauchgas- bzw. Feuerzüge diese Teile derart umspülen, daß der den innersten Kern bildende Dampfsammler ringsum von dem in ihn einmündenden Überhitzer umschlossen wird, der seinerseits wieder ringsum von der Zone der höchsten Temperatur, d. i. der Flamme und den Rauchgasen umspült wird.As an embodiment of this method, the drawing shows a locomotive in schematic longitudinal section. Here, the principle of strictest separation of Preheater, evaporator and superheater gone out, with the flue gas or fire puffs wash around these parts in such a way that the steam collector forming the innermost core is all around is enclosed by the superheater opening into it, which in turn is all around from the zone of highest temperature, d. i. the flame and the flue gases will.

Verdampfer, Überhitzer und Dampfsammler können hierbei evtl. in einer dem Gegenstand der Patentschrift 365991 ähnlichen Anordnung zusammengebaut sein, doch können auch andere Systeme dieser Art Ver-Wendung finden, bei welchen der Dampf in zylindrisch oder kegelförmig angeordneten Hohlgewindegängen erzeugt sowie überhitzt und aus diesen der Verbrauchsstelle zugeführt wird.Evaporator, superheater and steam collector can possibly be in one of the Subject of the patent 365991 similar arrangement assembled, however Other systems of this type can also be used, in which the steam in Cylindrical or conical arranged hollow threads generated and overheated and is fed from these to the point of consumption.

Der zweckmäßig für Öl- oder Gasfeuerung ausgebildete Ringbrenner 9 erzeugt eine hohlzylindrische Flamme, welche den zentral und konzentrisch zur Flammengarbe liegenden überhitzer 2 sowie den von diesem eingeschlossenen Dampfsammler 1 von außen und den ebenfalls konzentrisch zur Flammengarbe Hegenden Verdampfer 3 von innen umspült. Dieserart ist sowohl der Überhitzer wie, der Dampfsammler vor Abstrahlungen und Warmeverlusten geschützt. Die Rauchgase ziehen im Sinne der gewellten Pfeillinien zunächst von hinten nach vorne, um da, genötigt durch die innere Wand des den Kessel umgebenden Vorwärmers und Wasserbehälters 4, wieder umzukehren und auf ihrem Rückwege die ihnen als Führung dienenden Wände von 3 und 4 zu bestreichen, worauf sie dann bei der düsenartigen Öffnung 7 ins Freie entweichen. Auf diese Weise ist der Rauchgaseweg gegenüber jenem bei den üblichen Rauchrohrkesseln wesentlich verlängert, wobei die QuerschnitteThe appropriately designed for oil or gas firing ring burner 9 generates a hollow cylindrical flame, which the central and superheater 2, which is concentric to the flame sheaf, as well as those enclosed by it Steam collector 1 from the outside and also concentric to the sheaf of flame Hanging evaporator 3 washes around from the inside. Both the superheater and the Steam collector protected from radiation and heat loss. Draw the fumes in the sense of the wavy arrow lines first from back to front, to there, forced through the inner wall of the preheater and water tank 4 surrounding the boiler, again to turn around and on their way back to paint the walls of 3 and 4 that serve as guides, whereupon they then at the nozzle-like opening 7 escape into the open. In this way the flue gas path is opposite that of the usual smoke tube boilers is significantly extended, with the cross-sections

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dieses Weges im Interesse besseren Wärmeüberganges sehr eng gehalten sind. Die Bewegung des zu verdampfenden Wassers und des Dampfes erfolgt stets im Kreuzstrom zu dem Zuge der Rauchgase, und zwar im Kreuz-Gegenstrom. Es sand somit stets wärmeführende Rauchgaskanäle zwischen je zwei Glieder des Kesselaggregates geschaltet, so daß Abstrahlungen praktisch ausgeschlossen erscheinen. this path are kept very narrow in the interest of better heat transfer. The movement of the water to be evaporated and the steam always takes place in cross-flow to the course of the flue gases, namely in cross-counter-flow. It sand thus always switched heat-carrying flue gas ducts between two members of the boiler unit, so that Radiations seem practically excluded.

Die äußerste Umschalung des Dampferzeugungsapparates bildet den zweckmäßig aus Rohren oder gewellten Blechen zusammengesetzten Kondensator, in den gewissermaßenThe outermost cladding of the steam generating apparatus forms the expedient Tubes or corrugated sheets of composite condenser, in a sense

iS der Kessel mit Dampfsammler, Überhitzer und Vorwärmer in der Reihenfolge der Temperatursteigerungen konzentrisch derart hineingebaut sind, daß die höchsten Temperaturen im innersten Kerne liegen. Der Kondensator 6 ist durch einen Schal- oder Stahlblechmantel 8 derart gegen den die nächstfolgende Schicht bildenden Vorwärmer isoliert, daß die vorne und seitlich in den Kondensator eintretende Spülluft nach einer gewissen Strecke wieder nach außen hin abgelenkt wird und daß anderseits zwischen Vorwärmer 4 und Strahlblech 8 eine ruhende Luftschicht entsteht, die Wärmeverluste bzw. Wärmeabwanderungen vom Vorwärmer nach dem Kondensator hin verhindert und daß schließlich das Strahlblech 8 evtl. austretende Wärmestrahlen nach dem Vorwärmer zurückwirft.iS the boiler with steam collector, superheater and preheater built concentrically in this way in the order of temperature increases are that the highest temperatures are in the innermost core. The capacitor 6 is through a formwork or sheet steel jacket 8 in such a way against the next layer forming preheater insulates that the front and side entering the condenser Scavenging air is diverted to the outside again after a certain distance and that on the other hand Between the preheater 4 and the radiant panel 8 a static layer of air is created, which causes heat losses or heat migration from the preheater to the condenser and that finally the radiant sheet 8 throws back any escaping heat rays after the preheater.

Der rückwärtige Boden des Dampfsammlers ι entsendet nach dem Führerstande hin ein isoliertes Dampfentnahmerohr, welches unter Vermittlung eines Regulators oder Drosselhebels 12 mit den zweckmäßig im oder unterhalb des Führerstandes angeordneten Gleichstromzylindern 11 in Verbindung steht, die mittels Gestänges 13 die Treibachsen bewegen, welche durch ein Gestänge 14 (bekannter Art) mit den Laufachsen der Lokomotive gekuppelt sind.The rear floor of the steam collector ι sends in towards the driver's cab insulated steam extraction pipe, which with the mediation of a regulator or throttle lever 12 with the DC cylinders expediently arranged in or below the driver's cab 11 is connected, which move the driving axles by means of rods 13, which by a linkage 14 (known type) with the running axles of the locomotive are coupled.

Die Anordnung der Zylinder 11 in bzw. unterhalb oder sonstwie nächst des Führerstandes erfolgt zweckmäßig an diesen Stellen, um lange Rohrleitungen und Abstrahlungsverluste zu vermeiden. Der Abdampf der Zylinder wird dem ringförmigen hinteren Abschluß 5 des Kondensators derart zugeführt, daß das Niederschlagwasser sofort nach der tiefsten Stelle gelangt, während der Abdampf sich in den langen Rohrwegen des Kondensators niederschlagen kann.The arrangement of the cylinders 11 in or below or in some other way next to the driver's cab is expediently carried out at these points to avoid long pipelines and radiation losses to avoid. The exhaust steam from the cylinders is directed to the annular rear end 5 of the condenser fed in such a way that the precipitation water immediately after the deepest Place, while the exhaust steam is reflected in the long pipe runs of the condenser can.

Aus dem Kondensator gelangt das Speisewasser vermittels einer Speisesaugpumpe 10 wieder in den Vorwärmer 4 und von da in den Verdampfer 3. Diese Speisepumpe wird vorteilhaft zwischen den Vorwärmer und den Verdampfer 3 geschaltet, da dann der Vorwärmer nicht unter Kesselspannung steht und demzufolge aus wesentlich schwächerem Material bestehen kann.The feed water arrives from the condenser by means of a feed suction pump 10 again into the preheater 4 and from there into the evaporator 3. This feed pump is advantageous connected between the preheater and the evaporator 3, since then the preheater is not under boiler voltage and consequently can consist of much weaker material.

Claims

Patent Claims:

1. Process for achieving a thermally and technically more favorable one Design of locomotives, locomobiles and the like, characterized in that the energy-carrying or heat-carrying Parts of the steam generating system are concentric in the order of temperature increase into a condenser enclosing it all around and forming the outermost jacket built in and made the steam collection or superheater chambers the innermost core of this concentric structure will.

2. A locomotive built according to the method according to claim ι, characterized in that that the outwardly a conical or cylindrical body forming steam generator (3) with space is installed in a double-walled preheater (4) surrounded by a condenser with air insulation that the smoke gases between 3 and 4 can escape to the outside with the release of useful heat.

3. embodiment of the locomotive according to claim 2, characterized in that that the feed pump (10) returning the condensed water to the preheater. is arranged between the evaporator and the preheater so that the latter is not under boiler voltage.

4. embodiment of the locomotive according to claim 2, characterized in that that the drive cylinder (11) to avoid radiation losses through longer Pipelines are arranged in or next to the driver's cab.

5. Embodiment of the locomotive according to claim 2, characterized by a steam boiler, in which the steam is generated and overheated in a known manner between several concentrically nested tubes or the hollow threads (2 and 3) arranged in these latter by this n ₀ through the flame of a ring ο. Like. Burner are heated.

1 sheet of drawings.