Dampferzeuger, bei welchem die Zustandsänderung des Arbeitsmittels beim Durchströmen eines Rohrsystems erfolgt. Bei Dampferzeugern, bei welchen die Zustandsänderung, also die Verdampfung und Überhitzung des Arbeitsmittels, in einem Rohrsystem erfolgt, dessen Rohre über ihre ganze Länge den gleichen Durchfluss- querschnitt aufweisen, erhält das eintretende flüssige Arbeitsmittel, welches noch ein ge ringes spezifisches Volumen besitzt, eine ge genüber dem abgehenden Dampf des Arbeits mittels vielfach geringere Geschwindigkeit,
so dass trotz des höheren spezifischen Lei tungswiderstandes für das flüssige Arbeits mittel infolge der kleinen Geschwindigkeit ein viel geringerer Strömungswiderstand für das flüssige Arbeitsmittel entsteht als für das verdampfte und insbesondere überbitzte Arbeitsmittel. Es entstehen dadurch die Nachteile, dass nicht nur am Ende des Rohr systems, wo eine grosse Überhitzung des Ar beitsmittels und daher ein grosses spezifisches Volumen herrscht, der Druckabfall des strö menden Arbeitsmittels die zulässige Grenze überschreitet, sondern auch am Anfang des Rohrsystems die Geschwindigkeit umgekehrt zu klein ist, um ein Vermischen der entstehen den Dampfblasen mit flüssigem Arbeitsmittel und dadurch entstehende Kondensations schläge zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden, und besteht darin, dass der Durchflussquerschnitt des Rohrsystems entsprechend; dem veränderlichen Zustand und dem veränderlichen spezifischen Leitungswiderstand des Arbeitsmittels sich derart verändert, dass der Strömungswider stand und der Druckabfall des strömenden Arbeitsmittels über die ganze Länge des Rohrsystems mindestens angenähert unver änderlich bleiben.
Dabei kann die Zustands änderung des Arbeitsmittels in einem ge- gabelten Rohrsystem erfolgen, wobei das Rohrsystem derart ausgebildet sein kann, dass einzelne parallel geführte Rohre an mindestens einer Gabelungsstelle in ein Ga- belungsgefäss führen, aus welchem eine ver mehrte Anzahl weiterer parallel geführter Rohre unmittelbar weitergeht.
Drei Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes sind auf der Zeichnung schematisch dargestellt.
Im Diagramm derFig.l sind über der Länge des Rohrsystems das spezifische Volumen des Arbeitsmittels der spezifische Leitungs widerstand und drei Querschnittskurven für das Rohrsystem aufgetragen; Fig. 2 zeigt einen Dampferzeuger, bei welchem die Verdampfung und Überhitzung des Arbeitsmittels in einem Rohrsystem er folgt, dessen Durchflussquerschnitt stufen weise erweitert ist; Fig. 3 stellt einen Dampferzeuger mit.
stetig verändertem Durchflussquerschnitt dar; schliesslich zeigt Fig. 4 einen Dampf erzeuger, bei welchem neben dem Hauptrohr system mehrere Hilfsrohrsysteme zur An wendung gelangen.
In der Fig. 1 ist die Länge l des Rohr systems eines Dampferzeugers zwischen der Eintrittsstelle E und der Austrittsstelle A auf der wagrechten Achse aufgetragen. An der Stelle V hat das bei E in die Rohr leitung eingeführte flüssige Arbeitsmittel, zum Beispiel Wasser, die Verdampfungs- temperatur erreicht und wird in der Folge bis an die Stelle U im Rohrsystem in Dampfform übergeführt. Der an der Stelle U befindliche Sattdampf wird im darauffolgen den Rohrstück zwischen U und g noch über hitzt.
Das spezifische Volumen des Arbeitsmit tels ist durch die Kurve 1 dargestellt. Dieses erfährt vom Punkt E bis zum Punkt V keine nennenswerte Vergrösserung; dagegen wird eine ganz bedeutende Vergrösserung des spezifischen Volumens im Rohrabschnitt zwi schen den Stellen V und U, in welchem das Arbeitsmittel restlos aus dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand übergeführt wird, eintreten. Im letzten Rohrstück zwi schen<I>U</I> und<I>A</I> wird die Vergrösserung des spezifischen Volumens des Arbeitsmittel: weiter andauern, da der erzeugte Sattdampf auf dieser Strecke noch überhitzt wird.
Die Kurve 2 stellt den spezifischen Lei tungswiderstand des Arbeitsmittels für die verschiedenen Zustände des Arbeitsmittels zwischen Eintritt und Austritt aus dem Rohrsystem dar. Dieser hat zwischen den Rohrstellen E, V einen grössten, für das flüssige Arbeitsmittel gleichbleibenden Wert. Nachdem die Verdampfung bei V begonnen hat, wird der spezifische Leitungswider stand entsprechend der Verkleinerung des Anteils an flüssigem Arbeitsmittel sinken bis auf den bei U eingezeichneten Wert, um für den überhitzten Dampf auf einem bei nahe unveränderlichen Wert zu bleiben.
Die Grösse des Durchflussquerschnittes des Rohrsystems, für den Fall, da.ss ein un veränderlicher Druckabfall von bestimmter Höhe, also ein unveränderlicher Strömungs widerstand im Rohrsystem sich einstellen soll, ist in der Kurve 3 dargestellt. Der Verlauf der Kurve 3 ergibt sich aus den Kurven 1 und 2; dabei ist jedoch zu bemer ken, dass zwischen den Kurven 1, 2 und 3 kein linearer Zusammenhang besteht und dass alle drei Kurven rein schematisch den Verlauf der entsprechenden Grössen darstellen. Zwischen den Stellen E und V kann der Querschnitt des Rohrsystems 12 unveränderlich bleiben, da weder der Wert des spezifischen Volu mens, noch derjenige des spezifischen Lei tungswiderstandes für diese Rohrstrecke sich wesentlich ändert.
Nach dem Punkt V jedoch wächst das spezifische Volumen des Arbeitsmittels entsprechend der Verdamp fung sehr rasch, und wenn auch der spe zifische Leitungswiderstand dabei abfällt, wird. die zur Erhaltung eines unveränder lichen absoluten Strömungswiderstandes für das Arbeitsmittel notwendige Querschnitts grösse dennoch ansteigen, wie dies. durch den nachfolgenden Verlauf der Kurve 3 darge stellt ist, auf welchen der Betriebsdruck des Dampferzeugers einen besonderen Einfluss ausübt, weil davon der Verlauf der Kurve 1 des spezifischen Volumens in hohem Masse abhängig ist.
Dem im Feuerungsraum 11 (Fig. 2) vor gesehenen Rohrsystem ,12 wird das Arbeits mittel bei E durch die Leitung 13 zugeführt und der erzeugte Dampf bei A durch die Leitung 14 entnommen. Den Brennern 15 wird die Verbrennungsluft durch die Lei tungen 1.6 und der Brennstoff durch die Lei tung 17 zugeführt. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase werden durch den Fuchs 18 abgeleitet.
Der Durchmesser des Rohrsystems ist an beispielsweise zwei Stellen 19 und 20 er weitert, so dass das ganze Rohrsystem drei verschiedene Durehflussquerschnitte d,, d, und d3 erhält, wie dies auch in der Fig. 1 durch die Kurve 4 dargestellt ist. Zur Wahl der Werte für die verschiedenen Durchfluss- querschnitte dient die Kurve 3 der Quer schnitte fürunveränderlichen Strömungswider stand. Die drei Durchmesser sind so gewählt, dass die Abstufungen unter sich ungefähr gleich sind.
Der Strömungswiderstand an einzelnen Stellen des Rohrsystems (19 und 20) wird dabei je nach der Durchmesser unterteilung geringen Schwankungen noch unterworfen sein, die jedoch keinen merk baren Einfluss auf den gesamten Strömungs widerstand haben. Die Wahl mehrerer, an sich unveränderlicher, untereinander aber verschiedener Durchflussquerschnitte für das Rohrsystem 12 bietet den Vorteil, dass am Ende des Rohrsystems keine starke Vergrö sserung des Strömungswiderstandes und des Druckabfalles und deshalb keine Stauung im Durchfluss auftritt. Dadurch werden nicht nur gefährliche Druckerhöhungen vermieden,
sondern die Rohrteile am Anfang des Rohr systems zwingen auch dem durchfliessenden Arbeitsmittel eine genügende Geschwindig keit auf, so dass Kondensationsschläge, die infolge mit Flüssigkeit sich mischender Dampfblasen entstehen, nicht zu befürchten sind. Ausserdem entsteht noch der weitere Vorteil, dass die Geschwindigkeit des Ar beitsmittels in den letzten Teilen des Rohr systems nicht so hoch ist, dass Flüssigkeits- teilchen, ohne verdampft zu werden, mit. dem ausströmenden Dampf in die abgehende Lei tung mitgerissen werden.
Die Ausführung des Rohrsystems kann so gehalten sein, dass mehrere Rohrstricke von verschiedenem Durchmesser (Fig. 2 und Kurve 4, Fig. 1) zusammen gesetzt werden. Es ist aber auch möglich, die Rohre durch besondere Herstellungsverfahren mit. einen stetig sich verändernden Querschnitt zu ver sehen, so dass eine Verbindung von Rohren mit verschiedenem Durchmesser nicht. nötig ist (Fig. 3 und Kurve 5, Fig. 1). Ausser dem kann bei einer dritten baulichen Lösung ein gegabeltes Rohrsystem vorgesehen sein (Fig. 4 und Kurve 4, Fig. 1).
An der Ga belungsstelle 19 zweigt von dem durchwegs einen gleichen Querschnitt. aufweisenden Rohr 12 ein zweites, parallel zum Rohr 1? geführtes Rohr 25 ab. Beide Rohre münden in das Gabelungsgefäss 20, von wo drei pa rallel geführte Rohre weitergehen. Selbst verständlich können auch mehr als drei zu einander parallel geführte Rohre vorgesehen sein. Das Ganze ist derart ausgebildet, dass die Summe aller Rohre zusammen den je weils notwendigen Querschnitt nach der Kurve 4 (Fig. 1) 'ergibt.
Die beschriebene Ausbildung des Rohr systems hängt natürlich nicht von der ge zeichneten äussern Form ab, sondern kann auf jede beliebige Art von Dampferzeugern, bei welchen die Verdampfung und Überhit zung des Arbeitsmittels in einem Rohrsystem erfolgt, angewendet werden, zum Beispiel auf solche, bei denen der Brennstoff und das Arbeitsmittel von unten in das Rohrsystem eingeführt werden. Ebenso kann die Feue rung beliebiger Art sein. Es können beispiels weise auch gasförmige. feste oder staub förmige Brennstoffe in dazu geeigneten Feue- rungsanlagen zur Anwendung gelangen.
Die beschriebene Ausbildung des Rohrsystems eignet sich besonders auch für Dampferzeu- ger, bei denen eine solche Flüssigkeit als Arbeitsmittel verwendet wird, deren Volu men- und Leitungswiderstandsäuderung bei der Zustandsänderung sich noch ungünstiger als bei Wasser verhalten, zum Beispiel für Dampferzeuger für Mehrstoffmaschinen.