Titel: KUHN, Erhöhung der Wärmeaufnahmefähigkeit von Steilrohrkesseln.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1929, Band 344 (S. 113–114)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj344/ar344024

Erhöhung der Wärmeaufnahmefähigkeit von Steilrohrkesseln durch neuartige Anordnung der Wasserrohre**).

Verfolgt man die Literatur über die Wärmeübertragung im Steilrohrkessel in den letzten Jahren, so findet man zahlreiche Untersuchungen über Wasserumlauf, Wärmeübergang durch Strahlung, Anordnung von Strahlungsheizflächen usw.; von dem Mittel, letzteren durch entsprechende Rohranordnung (-teilung) zu erhöhen, wurde dagegen, abgesehen von den Schrägrohrkesseln, kein Gebrauch gemacht. Man hat die Erfahrungen mit den Schrägrohrkesseln nicht auf den Steilrohrkessel übertragen, trotzdem die grundlegenden Versuche in dem 1921 erschienenen Buche von Thoma: „Hochleistungskessel“***) darauf hätten hinweisen müssen, daß hier ein Mittel gegeben ist, die Wärmeübertragung sowohl im ersten wie in den nachfolgenden Rohrbündeln wesentlich zu erhöhen.

Betrachtet man den Verlauf der Gasströmung um einen Zylinder, wie sie auch in Gröber: „Wärmeübertragung“3), S. 74, dargestellt ist, so sieht man4), daß sich hinter demselben Wirbel bilden und der Gasstrom sich erst in einiger Entfernung davon wieder zusammenzieht.

Vergleicht man die Gasströmung bei der üblichen Rohranordnung (Abb. 1), d.h. alle Rohre gleichachsig oder geradlinig hintereinander gesetzt, mit einer solchen mit versetzten Rohrreihen (Abb. 2 ff.), so sieht man, daß bei der ersteren sich hinter jedem Rohr durch diese Wirbelbildung gewissermaßen ein toter Raum bildet, der Hauptstrom aber keine Gelegenheit zur Zusammenziehung mehr hat und daher das zweite und die folgenden Rohre nur noch an den Außenseiten berührt (wie das weiter unten noch im einzelnen ausgeführt wird), während bei der Anordnung mit versetzten Rohrreihen usw. der Gasstrom sich hinter dem ersten Rohr zusammenziehen kann. Der Strom umspült somit das erste Rohr vollständig und trifft dann auch auf die nächsten Rohre wieder zentral auf, so daß auch diese völlig umspült werden.5)

Ein wesentlicher Grund dafür, daß man bisher die geradlinige Rohranordnung nicht verlassen hat, dürfte darin zu suchen sein, daß man nur durch diese ein jederzeitiges störungsfreies Ausbauen der einzelnen Rohre gewährleistet glaubte. Bei den nachstehend beschriebenen Anordnungen ist auch diesem Punkt besondere Aufmerksamkeit geschenkt worden. Es ist ein wesentlicher Vorteil derselben, daß jedes Rohr ohne Störung aus- und einzubauen geht.

Im einzelnen seien diese Verhältnisse in folgendem an den verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten der genannten Bauart beschrieben.

Textabbildung Bd. 344, S. 113

Die Abbildungen zeigen je eine Draufsicht auf ein aufgerolltes Stück einer Unterkesseltrommel mit Horizontalschnitt durch die Verdampferrohre eines Rohrbündels.

Abb. 1 zeigt die jetzt gebräuchliche Anordnung mit hintereinander liegenden Rohren, die einzelne Reihen bilden. Dadurch entstehen zwischen diesen Reihen durchgehende Gassen, die zum Abzug der Rauchgase dienen, aber auch (s. oben) das leichte Auswechseln der Rohre ermöglichen sollen. Diese räumlich verhältnismäßig ausgedehnten Gassen ermöglichen den Feuergasen, den Kessel mit großer Geschwindigkeit und ohne wesentlichen Widerstand zu durchziehen. Infolgedessen werden aber die Rohre, wie eingangs erwähnt, nur seitlich schwach berührt. Es ist daher außer bei den dem Feuer direkt zugekehrten Rohren, welche auch noch der Gasstrahlung ausgesetzt sind, die Wärmeübertragung durch Berührung bei den übrigen Rohren im Bündel sehr verringert.

Als Folge dieser mangelhaften Wärmeübertragung ergibt sich in der Praxis, daß sich im Innern der Rohre, an den dem Gasstrom abgelegenen Flächen c (Abb. 1), Dampfblasen festsetzen, die die Ursache sind, daß die Rohre oft in kurzer Zeit zerstört werden, während nur an den Flächen b eine regelrechte Wärmeübertragung stattfindet, so daß dort der Aufstieg von Wasser und Dampfblasen ungestört vor sich gehen kann.

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Unzweifelhaft ist es daher von großem wirtschaftlichen Vorteil, wenn es gerade in der ersten Feuerzone, neben der vom Feuer ausgehenden Wärmestrahlung, die ja nur in den ersten, dem Feuer zugekehrten Rohrreihen zur Wirkung kommt, angestrebt wird, durch geeignete Rohranordnung eine rationelle Uebertragung der gesamten Wärme auch durch Berührung zu erlangen und auf die Dauer sicherzustellen.

In Abb. 2 bis 5 sind verschiedene Kombinationen solcher Rohranordnungen dargestellt. Jede Ausführungsform ist als ein Rohrbündel gedacht und bei Steilrohrkesseln mit einem oder mehreren Oberund Unterkesseln anwendbar, gleichviel, ob gerade oder gekrümmte Rohre zur Anwendung kommen.

Die Feuergase treten (Abb. 2) vom Feuerraum in Richtung der Pfeile mit großer, dem Schornsteinoder Ventilatorzug entsprechender Geschwindigkeit in das Rohrbündel ein, ziehen dann durch die Rohrgassen bis an die versetzten Rohrreihen, die in diesem Falle die Funktion einer Prallwand übernehmen, wodurch in den Gassen gewissermaßen ein Rückstau der vom Feuerraum ankommenden Gase entsteht. Infolgedessen werden die Gase gezwungen, die ganze Rohroberfläche, auch die der nichtversetzten Rohre, zu umspülen. Dadurch, daß die Gase dann die versetzten Rohrreihen durchziehen, wird, wie eingangs erläutert, eine innige Berührung der Rohre an allen Flächenteilen erreicht. Auf diese Weise wird die gesamte verfügbare Rohrheizfläche zur Wärmeübertragung herangezogen.

Hieraus geht hervor, daß durch diese Rohranordnung die Wärmeübertragung dermaßen begünstigt wird, daß gegenüber den bekannten Rohranordnungen die wärmewirtschaftlich höchsten Resultate sichergestellt werden; auch wird durch die gleichmäßige Erwärmung der Rohre ein Verziehen derselben verhindert.

Weitere Rohranordnungen nach diesem Prinzip sind in Abb. 3 bis 5 dargestellt. Hier sind die Rohrgassen unter einem spitzen Winkel zur Trommelachse angeordnet, und zwar so, daß die Möglichkeit, die Rohre durch den Zwischenraum zweier Reihen hindurch auszubauen, gewahrt blieb. Auch hier sind am Ende der Gassen versetzte Rohrreihen zu demselben Zweck wie in Abb. 2 eingebaut.

Die Anordnung der schiefen Rohrgassen (Abb. 3) gibt die Möglichkeit, auch hier die ganze Rohrheizfläche zur Wärmeübertragung heranzuziehen. In der Anordnung nach Abb. 4 ist der Winkel der Gassen zur Achse weniger spitz als bei Abb. 3; auch ist die Rohrteilung etwas enger, so daß mehr Heizfläche untergebracht werden kann.

Abb. 5 zeigt, daß die Rohrreihen paarweise zusammengerückt sind, also mehr wie versetzte Rohre wirken, was ebenfalls eine sehr günstige Wärmeübertragung ergibt.

Die gleiche Anordnung kann auch bei geraden Reihen wie in Abb. 2 gewählt werden.

Durch die beschriebenen Anordnungen wird eine erheblich stärkere Verdampfung als sonst erzielt; man muß daher geeignete Fallrohre vorsehen, um das Wasser im oder in den Unterkesseln in richtiger Menge zu ersetzen. Diese Rücklaufrohre dürfen von den Heizgasen möglichst wenig berührt werden. Um dies zu erreichen, werden (s. Abb. 6) auch hinter den versetzten Rohrreihen wieder Rohrgassen mit gleichachsigen Rohren angeordnet, und zwar so, daß auch hier wieder jedes Rohr einzeln ausbaufähig ist.

Dadurch wird erreicht, daß die bereits stark abgekühlten Feuergase nach dem Verlassen der versetzten Rohrreihen diese „Fallrohrreihen“ mit großer Geschwindigkeit und hier absichtlich geringerer Wärmeübertragung durchziehen, so daß ein rascher Rücklauf des Wassers vom Ober- zum Unterkessel gewährleistet ist.

Diese Fallrohranordnung ist auch bei den Anordnungen nach Abb. 3 bis 5 anwendbar. Bei kleinen Heizflächen oder bei Platzmangel wird die Anordnung so getroffen, daß die Rohrgassen auf der Feuerseite weggelassen werden; sie werden dann, gewissermaßen in umgekehrter Anordnung wie in Abb. 2, hinter die versetzten Reihen gebracht.

Die günstige Wärmeübertragung kommt jeweils im ganzen Rohrbündel zur vollen Auswirkung, also auch in dem Teil des Rohrbündels, der zwecks Feuergasführung durch eine Lenkwand abgedeckt ist.

Dipl.-Ing. E. Kuhn (Berlin).

MerHl: Z. d. Ver. deutsch. Ing. 1929. 45.

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Ostwald: Z- d- Ver. deutsch. Ing. 1929. 5.

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Verlag Julius Springer Berlin. 1926.

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Vgl. auch Thoma, a. a. O. S. 29 ff.

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S. a. „Wärme“ 1929, Nr. 19.

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