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Dampfkessel

Dampfkessel I.

Die wichtigsten Formen der Dampfkessel sind:

1. Einfacher Zylinderkessel.

1) Der einfache Zylinderkessel (Walzenkessel), ein an den Enden durch ebene oder gewölbte Böden geschlossener Zylinder, liegend oder stehend angeordnet, stellt die einfachste Form aller Dampfkessel dar. Er wird nur noch selten ausgeführt und meist in solchen Betrieben verwendet, in denen zur Heizung die abziehenden Gase andrer Feuerungen ausgenutzt werden (z.B. in Puddelwerken). Bei liegender Anordnung mit eigner Feuerung (Fig. 1) befindet sich der Kost an einem Ende unter dem Kessel, und die Heizgase bestreichen diesen auf ungefähr zwei Drittel seines Umfanges in einem Zuge (wie Figur) oder in drei Zügen. Der Kessel ist nach hinten wenig geneigt und legt sich mit Tragpratzen auf das Mauerwerk. Die Speisung erfolgt bei a durch ein unter dem Wasserspiegel mündendes Eintaucherohr, die Dampfentnahme an den Stutzen des Dampfdomes b. An dem hintern, tiefen Teile des Kessels ist ein Wassersack oder Schlammsack c angebracht, der mit einem Abblasehahn oder_-Ventil versehen ist.

2. Mehrfacher Zylinderkessel mit Zwinschenfeuerung.

2) Mehrfache Zylinderkessel bestehen aus einem größern, obern liegenden Haupt- oder Oberkessel und einem, zwei oder drei kleinern, untern Unterkesseln, die mit ersterm durch Stutzen verbunden sind. Nach der Lage der Feuerung unterscheidet man:

a) Mehrfache Zylinderkessel mit Zwischenfeuerung. In Fig. 2 ist der Haupt–oder Oberkessel mit zwei Unterkesseln durch Stutzen verbunden. Die Feuerung befindet sich unter dem Oberkessel, der von der Flamme getroffen wird. Die Einmauerung ist mit sogen. Kammern oder Winkelzügen ausgeführt, so daß die Heizgase abwechselnd den Ober- und die beiden Unterkessel bestreichen und schließlich durch einen Kanal, den Fuchs, nach dem Schornstein entweichen. Die Speisung erfolgt in den Oberkessel.

Die Einmauerung kann auch mit einer horizontalen und einer vertikalen, längs gerichteten Scheidewand so hergestellt werden, daß zunächst der Oberkessel, dann der rechte und hierauf der linke Unterkessel (s. Querschnitt) von den Heizgasen berührt wird. Ist dabei, abweichend von der Figur, der linke Unterkessel mit dem rechten durch einen horizontalen Stutzen vorn und der rechte Unterkessel mit dem Oberkessel durch einen schrägen Stutzen hinten verbunden und führt man das Speisewasser in den linken Unterkessel hinten ein, dann beschreibt letzteres, bis es zur Verdampfung gelangt, den entgegengesetzten Weg wie die Heizgase (Gegenstromkessel). Die Unterkessel heißen hier wegen ihrer Wirkungsweise auch Vorwärmer.

b) Mehrfache Zylinderkessel mit Unterfeuerung, Bouilleurkessel, Siederkessel (Siederohrkessel) bestehen wie die Kessel unter a aus einem Oberkessel mit 1–3 nebeneinander liegenden Unterkesseln (Siedern, Siederohren), die mit dem Oberkessel durch Stutzen verbunden sind (Einsiederkessel, Zweisieder- oder Doppelkessel, Dreisiederkessel). Die Feuerung befindet sich hier unter den Siedern. Die Speisung erfolgt in den Oberkessel.

3. Mehrfacher Zylinderkessel mit Unterfeuerung.

Die Feuergase bestreichen zunächst die Unterkessel und dann erst den Oberkessel. Mitunter wird, wie in der Fig. 3, die Einmauerung mit Oberzug versehen, so daß die Heizgase auch den Dampfraum des Kessels berühren, wodurch eine Trocknung des Dampfes erzielt wird.

3) Batteriekessel entstehen aus der Vereinigung von mehreren gleichartigen Kesseln in einer gemeinschaftlichen Einmauerung. In Fig. 4 sind drei gleiche Gruppen vorhanden, bestehend aus je einem Oberkessel a und zwei Unterkesseln b₁ und b₂, sämtlich durch Stutzen verbunden. Ein quer liegender Zylinder c (eine Quervorlage), mit b₁ und b₂ verbunden, ist zunächst der Feuerung auf dem Schrägroste ausgesetzt. Die Oberkessel sind durch einen querliegenden Zylinder d (den Dampfsammler) verbunden. Die Speisung erfolgt in den Oberkessel. Die Unterkessel sind durch Tragfüße unterstützt, die Oberkessel an den Trägern e aufgehängt.

4. Batteriekessel.

Der Kessel kann auch Ten Brink-Feuerung (Ten Brink-Apparat, von Ten Brink in Arlen [Baden], 1860 zuerst für Lokomotivkessel konstruiert) erhalten (Fig. 5). Die Quervorlage wird durch ein weites Rohr ersetzt, das von zwei konischen Feuerrohren schräg durchdrungen und mit dem Kessel durch zylindrische Stutzen verbunden ist. In den Feuerrohren befinden sich stark geneigte Roste, in deren Verlängerung nach außen rechteckige Zuführungskanäle für die Kohle angebracht sind. Die Flammen der in dem untern Teile des Rostes brennenden Kohlen streichen über dem von oben her frisch zugeführten Brennmaterial hinweg, bringen dasselbe zur Vergasung und entzünden die Gase (s. Feuerungsanlagen).

4) Heizrohrkessel, Feuerrohrkessel. Deren Konstruktion ist veranlaßt durch das Bestreben, die Heizfläche zu vergrößern und wirksamer zu gestalten ohne Vergrößerung der äußern Kesseldimensionen. In seiner einfachsten Form besteht der Heizrohrkessel aus einem zylindrischen Kessel, welcher der Länge nach von vielen engen Heizrohren durchzogen und dessen Einmauerung so gestaltet ist, daß die Heizgase erst einen Teil des Kesselmantels bespülen und dann die Heizrohre durchstreichen. Meist wird jetzt der Heizrohrkessel in Verbindung mit andern Kesseltypen ausgeführt. S. unter 6 und 7).

6. Zweiflammrohrkessel.

5) Flammrohrkessel (Rauchrohrkessel). Ein zylindrischer Kessel ist der Länge nach von 1–3 weiten, unterhalb des Wasserspiegels liegenden Rohren durchzogen, die meist die Feuerung in sich aufnehmen (Innenfeuerung). Dieses Kesselsystem gewährt eine gute Ausnutzung der vom Brennmaterial entwickelten Wärme, genügt auch sonst hinsichtlich Einfachheit, Zugänglichkeit, Solidität etc. weitgehenden Anforderungen und hat deshalb große Verbreitung gefunden. Bei Kesseln mit einem Flammrohr (Cornwallkessel) liegt dieses in der vertikalen Kesselmitte oder seitwärts davon (s. Fig. 7, Seitrohrkessel). Letztere Anordnung ist für die Reinigung des Kesselinnern und die Wasserzirkulation günstiger. Fig. 6 ist ein Zweiflammrohrkessel (Lancashire- oder Fairbairnkessel). In jedem der beiden Flammrohre befindet sich ein Rost. Die Heizgase bestreichen, nachdem sie die Flammrohre verlassen haben, den Außenkessel meist in horizontalen Zügen, in der Figur zunächst den mittlern, dann den untern Teil des Kesselmantels.

7. Einflammrohrkessel mit Gallowayrohren.

Die Flammrohre erhalten äußern Druck und müssen deshalb genügend versteift werden. Gegenüber glatten Flammrohren bieten erhöhte Festigkeit und zugleich größere Heizfläche gewellte Flammrohre (System Fox oder Morison, Fig. 8, Unterkessel) oder Rippenrohre. Dasselbe wird erreicht bei Anwendung von Quersiedern (Gallowayrohren), das sind konische Rohre, die das Flammrohr diametral durchdringen (Fig. 7). Die Flammrohre nach System Paucksch sind von der Feuerbrücke ab aus kurzen Stücken zusammengesetzt von abwechselnd kleinerm und größerm Durchmesser.

5. Ten Brink-Feuerung.

Die Speisung der Flammrohrkessel erfolgt am hintern Kesselteile von oben durch Eintauchrohr oder durch die vordere Stirnwand (besonders beim Seitrohrkessel) durch ein weit hinein ragendes Rohr.

6) Kombinierte Kessel entstehen aus der Verbindung mehrerer Kesselsysteme. Die Zahl der möglichen und ausgeführten Kombinationen ist sehr groß. Als Beispiel diene Fig. 8, Vereinigung eines Zweiflammrohrkessels (mit gewellten Flammrohren) mit einem Heizrohrkessel. Die aus den Flammrohren austretenden Heizgase bestreichen den Mantel des Unterkessels, gehen nach oben, durchziehen die Heizrohre des Oberkessels, bespülen dessen Mantel und gelangen hierauf durch einen Oberzug nach dem Fuchs. Bemerkenswert ist hier das Vorhandensein von zwei getrennten Dampfräumen, wodurch eine große Verdampfungsoberfläche erreicht wird.

8. Kombinierter Flammrohr- und Heizrohrkessel.

Durch Rohr a steht der Dampfraum des Unterkessels mit demjenigen des Oberkessels in Verbindung, während durch Rohr b das Wasser von dem Oberkessel nach dem Unterkessel gelangt. Die Speisung erfolgt in den Oberkessel. Der Kessel ist mit Vorfeuerung versehen.

Der Dupuiskessel besteht aus einem liegenden Zylinderkessel mit daran anschließendem stehenden Heizrohrkessel.

9. Ausziehbarer Röhrenkessel.

7) Die Lokomobil- und Lokomotivkessel besitzen keine Einmauerung. Der Lokomobilkessel (Fig. 9) ist ein Zylinderkessel mit kurzem Flammrohr (Feuerbüchse) a und daran anschließenden Heizrohren. Von der in der Feuerbüchse befindlichen Feuerung ziehen die Heizgase durch die vorgehenden Heizrohre nach der Rauchkammer, von wo sie in den Schornstein gelangen. Die Konstruktion dieses Kessels ist oft derart, daß die Feuerbüchse mit dem daran befindlichen Rohrbündel behufs Reinigung aus dem äußern Kessel herausgezogen werden kann (ausziehbarer Röhrenkessel). Der ganze Kessel ist zum Schütze gegen Wärmeverluste mit einer Blechummantelungversehen.

10. Lokomotiv- oder Lokomobilkessel.

Der Lokomotiv–und Lokomobilkessel (Fig. 10) besteht aus einem zylindrischen und einem kastenartigen Teil. In der ebenfalls kastenartigen Feuerbüchse oder Feuerkiste befindet sich der Rost. Die Heizgase gelangen von der Feuerbüchse durch die den zylindrischen Kessel durchziehenden vorgehenden Heizrohre nach der Rauchkammer. Die Feuerbüchse, der Feuerbeständigkeit wegen meist aus Kupferblech, ist ringsum von Wasser umspült. Die flachen Seitenwände derselben sind mit den äußern Kesselwänden durch Stehbolzen verbunden, ebenso sind alle übrigen flachen Wände von Feuerbüchse und Kessel gehörig versteift und verankert.

Dampfkessel II.

11. Schiffskessel.

8) Schiffskessel besitzen ebenfalls keine Einmauerung und zeigen wegen des beschränkten Raumes auf Schiffen eine sehr gedrängte Bauart. Es sind meist Zylinderkessel mit eingebauten Flammrohren (meist Well- oder Rippenrohre) und Heizrohren, die durch eine ebenfalls eingebaute Feuerbüchse in Verbindung stehen. Der Schiffskessel (Fig. 11) hat drei Flammrohre F mit darin befindlichen Rosten R. Aus diesen gelangen die Heizgase nach einer gemeinschaftlichen oder, wie in der Figur, nach drei getrennten Feuerbüchsen K und ziehen von da durch die rückkehrenden Heizrohre E nach der Rauchkammer O. Eine hinreichende Verankerung und Versteifung aller flachen Wände ist erforderlich. Schiffskessel arbeiten vielfach mit künstlichem Zug. S. auch 10) Wasserrohrkessel.

Die sogen. Kofferkessel mit vorwiegend flachen Wänden passen sich der Schiffsform gut an, sind aber nur für niedern Dampfdruck geeignet und finden sich nur noch in ganz alten Ausführungen.

12. Lachapellekessel.

9) Vertikale Kessel ohne Einmauerung finden als ortfeste (für kleine Anlagen) und als bewegliche Kessel (für Dampfkrane, Schiebebühnen etc). Anwendung. In einem stehenden zylindrischen Kessel befindet sich gewöhnlich eine ebenfalls zylindrische Feuerbüchse. An deren Decke schließen Heizrohre an, die nach einer Rauchkammer oberhalb des Kessels führen. Der Lachapellekessel (Fig. 12) ist mit Quersiedern 1–4 ausgestattet, die in die hohe Feuerbüchse eingesetzt sind, in deren unterm Teile sich die Feuerung befindet. Der Fieldkessel, der als Wasserrohrkessel (s.d. unter 10) zu bezeichnen ist, hat ebenfalls eine hohe Feuerbüchse. In deren Decke sind viele, vertikal hängende, oben offene, unten geschlossene Rohre eingesetzt. Engere, beiderseitig offene Rohre sind in diese lose eingehängt, wodurch eine Wasserzirkulation hervorgerufen werden soll.

10) Wasserrohrkessel bestehen im wesentlichen aus einem System von geneigt liegenden Rohren (von ungefähr 80–120 mm Durchmesser), die mit Wasser gefüllt sind, aber auch z.T. Dampf enthalten können und allseitig von den Heizgasen umspült werden. Die Heizfläche ist also sehr wirksam gestaltet. Nach der Art, in der die Rohrenden untereinander verbunden sind, lassen sich im allgemeinen zwei prinzipiell verschiedene Bauarten unterscheiden: die Rohrenden sind entweder durch besondere Verbindungsstücke (Krümmer, Kappen etc). vereinigt (Gliederkessel), oder sie sind in gemeinschaftliche Kammern eingesetzt (Kammerkessel).

13. Rootscher Wasserrohrkesel.

Der Wasser- und Dampfraum der nur aus Rohren bestehenden Kessel ist im Verhältnis zur Heizfläche klein. Zur Vergrößerung derselben werden die Wasserrohrkessel in den meisten Fällen mit zylindrischen Oberkesseln versehen. Abgesehen von einigen besondern Konstruktionen (z.B. dem Mac-Nicol-Kessel, der zwischen den Kesseln mit großem und jenen mit kleinem Wasserraum steht) werden die Wasserrohrkessel zu den Kleinwasserraumkesseln gerechnet und besitzen deren Vor- und Nachteile in mehr oder weniger hohem Maße. Ein Hauptnachteil der Wasserrohrkessel besteht darin, daß sie im allgemeinen nässeren Dampf liefern wie die Großwasserraumkessel. Sie verlangen ein Speisewasser, das von Kesselstein bildenden Bestandteilen möglichst frei ist. Wegen der geringern Explosionsgefahr der Wasserrohrkessel gegenüber andern Kesseln werden dieselben von den Fabrikanten mitunter als Sicherheitskessel bezeichnet.

a) Gliederkessel. Bei dem Rootschen Wasserrohrkessel (Fig. 13) bilden je zwei vertikale Rohrreihen ein Element. Die Anfangspunkte A sämtlicher parallel liegenden Rohre R eines Elements einerseits und die sämtlichen Endpunkte E anderseits stehen miteinander durch eigentümliche Kopfstücke in Verbindung. Der in einem Rohr entwickelte Dampf findet einen Weg durch die höher gelegenen Verbindungen E nach dem Dampfsammelrohr D. Das auf dem Rost Q brennende Feuer trifft direkt die untersten Rohre mit dem frisch zugespeisten Wasser. Die Heizgase durchziehen, indem sie alle Rohre bestreichen, die durch die Platten PP und P'P' gebildeten Züge, auf dem letzten Teil ihres Weges den in den Rohrteilen über der Wasserlinie WW und im Dampfsammler vorhandenen Dampf trocknend, und gelangen dann nach dem Fuchs F. Die Speisung erfolgt in ein quer liegendes weites Rohr, den Schlammsammler S. Zum Vorwärmen des Speisewassers wird oft vor dem Fuchs eine Vorwärmschlange rr eingebaut. Letztere kann durch die in der Speiseleitung befindlichen Ventile V ausgeschaltet werden, so daß das Speisewasser auch direkt nach S gelangen kann. Der Kessel kann auch mit Oberkessel versehen werden.

Von andern hierher gehörenden Konstruktionen sei noch der Bellevillekessel genannt, bei dem je zwei vertikale Rohrreihen eine zusammenhängende Rohrschlange bilden.

14. Wasserrohrkessel (Zweikammersystem).

b) Kammerkessel. Hier lassen sich wieder Zweikammerkessel und Einkammerkessel unterscheiden. Fig. 14 zeigt einen Zweikammerkessel mit Oberkessel. Die vordern und hintern Rohrenden münden in je einer Wasserkammer. In den äußern Wänden der Kammern ist jedem Rohrende gegenüber eine Öffnung mit entsprechendem Verschluß vorhanden, um die Reinigung des Rohrinnern zu ermöglichen. Die flachen Wände der Kammern sind durch Stehbolzen verankert. Beide Wasserkammern stehen mit dem Oberkessel in Verbindung. Die Speisung erfolgt in den Oberkessel. Zwischen den Wasserrohren und dem Oberkessel ist hier beispielsweise ein Überhitzer eingebaut.

15. Wasserrohrkessel (Einkammersystem).

Bei den Einkammerkesseln (Fig. 15) ist nur die vordere Wasserkammer vorhanden. Diese ist durch eine eingesetzte Wand in zwei Räume getrennt, und die Wasserrohre sind nach Art der Fieldrohre als Doppelrohre ausgebildet. Die äußern Rohre sind hinten geschlossen und münden vorn in den einen Teil der Wasserkammer, während die innern, beiderseitig offenen Rohre vorn in den andern Teil derselben eintreten. Der sich hauptsächlich in den äußern Rohren entwickelnde Dampf wird in den einen Oberkessel geleitet, während aus dem andern Oberkessel Wasser in den mit den innern Rohren in Verbindung stehen- den Teil der Kammer nachsinkt, um in dieselben einzutreten. Die Speisung erfolgt in den erstgenannten Oberkessel. Die beiden Oberkessel sind durch einen horizontalen Stutzen verbunden. Bei nur einem Oberkessel wird in diesen eine vertikale, längs gerichtete Scheidewand eingesetzt, wodurch dieselbe Wasserzirkulation erreicht wird. Die bekanntern Konstruktionen sind der Dürkessel und der Willmannkessel.

In noch höherm Maße als durch die Anordnung von Oberkesseln zu geschehen pflegt, ist der Wasserraum vergrößert bei dem Mac-Nicol-Kessel. Derselbe besteht aus einem oder zwei zylindrischen Oberkesseln mit darunter liegenden Unterkesseln, an die sich nach vorn ein System von Wasserrohren mit zwei Wasserkammern anschließt. Letztere stehen auch mit den Oberkesseln in Verbindung. Der Rost befindet sich unter den Wasserrohren, so daß diese zuerst von den Heizgasen bestrichen werden.

16. Dürrscher Schiffskessel.

Die Wasserrohrkessel haben neuerdings als Schiffskessel ausgedehnte Anwendung gefunden. In den meisten Marinen kommen die verschiedenen Systeme derselben zur Benutzung, namentlich der Bellevillekessel, der Niclaussekessel, der Dürrkessel, der Thornycroftkessel, der Babcock-Wilcox-Kessel, der Schulzkessel u.a.

Der Dürrsche Schiffskessel (Fig. 16) ist der Hauptsache nach ebenso wie der vorhin beschriebene Einkammerkessel (Fig. 15) konstruiert. In der Abbildung ist vorn und auf der Seite ein Teil der Blechverkleidung abgenommen, so daß einerseits die mit dem Oberkessel c in Verbindung stehende Wasserkammer a, anderseits die an letztere sich anschliessenden Wasserrohre b sichtbar werden. Auf der vordern Wand der Wasserkammer lassen sich die Verschlüsse erkennen für die den Wasserrohren gegenüber befindlichen Öffnungen. Die Verschlüsse sind leicht zu entfernen, wonach die Wasserrohre zugänglich sind. Die Heizgase erhalten eine Führung in der Längsrichtung der Wasserrohre (wie bei Fig. 13) oder quer zu denselben (wie bei Fig. 14 und 15) und entweichen, nachdem sie den Oberkessel bestrichen haben, durch den Schornsteinansatz d. Bei einer andern Ausführungsform der Dürrschen Schiffskessels ist der Oberkessel nicht, wie in der Figur, längs der Wasserrohre angeordnet, sondern quer hierzu. Erstere Bauart wird vornehmlich für Flußschiffe, letztere meist für Seeschiffe verwendet.

17. Thornycroftkessel.

Der Thornycroftkessel (Fig. 17) gehört mit noch verschiedenen andern Konstruktionen zu den Kesseln mit krummen Wasserrohren. Er besitzt einen Oberkessel a und zwei Unterkessel b. a steht mit b, b durch die gebogenen Wasserrohre d und zwei außerhalb des Bereichs der Feuergase befindliche, zur Wasserzirkulation notwendige Rohre c in Verbindung. Die von dem Rost f aufsteigenden Feuergase bespülen die Wasserrohre d und den Oberkessel a und entweichen durch den Schornstein. Die Speisung erfolgt in den Oberkessel. Das Wasser fließt durch die Rohre c in die Unterkessel b und gelangt aus diesen in die Wasserrohre, in denen es verdampft. Die Einmauerung muß bei den Schiffskesseln durch eine Blechummantelung ersetzt werden, die auf der Innenseite mit einem feuerfesten Material bekleidet ist.

Die Frage, welcher Typus des Wasserrohrkessels für Schiffe am besten sich eignet, ist zurzeit noch nicht entschieden. Über die Bewertung der Wasserrohrkessel für Schiffe vgl. Dampfschiff.

11) Die Kessel für Niederdruckdampfheizungen ferner für die Kleindampfmotoren und Dampffeuerspritzen (Zwergkessel) bilden eigenartige Konstruktionen, die z.T. in den diesbezüglichen Artikeln behandelt sind.