Dampfgenerator. Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampfgenerator der mit einem Rotor ver- sehenen Art, welch letzterer eine Anzahl ein oder mehrmals U-förmig umgebogener Rohre aufweist, in denen die Verdampfung der hierfür bestimmten Flüssigkeit infolge kon stanter Wärmezufuhr zu den Rohren erfolgt.
Bei den bereits bekannten Dampfgenera toren dieser Art .strömt das Wasser in den einen Schenkel der U-förmigen Rohre hinaus, der vollständig mit Wasser gefüllt wird. Die Temperatur des Wassers steigt nach dem zweiten Rohrschenkel zu, wo die Verdamp fung erfolgt, indem das Wasser bis zum Kochpunkt erhitzt wird. Die für die Ver dampfung erforderliche Wärme wird dabei den Aussenwandungen der Rohre dadurch zugeführt, dass eine heisse Flüssigkeit oder heisse Gase, z. B. die Abgase eines: Diesel motors in ,den Raum eingeführt wird, in wel chem die Rohre sich bewegen, oder dadurch, dass eine Verbrennung dort stattfindet.
Die Wärme pflanzt sich durch die Rohrwandung zu den an dieselben angrenzenden Flüssig- keitsteilchen und weiter zu den zentralen Teilchen der Flüssigkeit fort.
Die Erfindung erstrebt eine erhebliche Erhöhung der Wärmeübertragung zur Flüs sigkeit und dadurch eine schnellere Erwär mung derselben, damit eine so schnelle Ver dampfung in den Rohren erreicht wird, dass im letzten Teil .des zweiten Rohres falls er forderlich, eine Überhitzung erreicht werden kann, und dass unter allen Umständen eine er heblich erhöhte Leistung des Generators er reicht wird.
Zur Erreichung des angegebenen Zweckes ist der vorliegende Dampfgenerator durch eine am Einströmende jedes Rohres angeordnete Zerstäubungsvorriehtung ge kennzeichnet, welche die Flüssigkeit bei deren Einströmung in :das Rohr zerstäubt, wodurch eine wirkungsvolle Wärmezufuhr zur Flüssigkeit in beiden Rohrschenkeln er möglicht wird.
Um die freie Luft vom Wasser abzulei ten, bevor letzteres die ringförmige Vertei lungskammer verlässt, sind zweckmässig eine Anzahl wenigstens angenähert radial laufen- der Entlüftungskanäle vorgesehen, die von der ringförmigen Verteilungskammer im wesentlichen strahlenförmig einwärts führen. Besonders für den Fall, dass man überhitzten Dampf zu erzeugen wünscht, ist es von Wichtigkeit, dass das Wasser in der Vertei lungskammer gut entlüftet wird.
Zur Einführung und Einsaugung des Speisewassers in .den Generator .dient zweck mässigerweise eine in den Rotor eingebaute oder mit demselben -zusammengebaute, um drehende Speisewasserpumpe, deren Schau feln die in die Pumpe eingeführte Flüssig keit vor einer Anzahl strahlenförmiger Na näle aufsammelt, durch welche die Flüssig keit in die Speisewasser-Verteilungskammer herausgepresst wird, deren Durchmesser grö sser ist als der der Pumpe.
In den beiliegenden Zeichnungen sind einige Ausführungsformen des Erfindungs gegenstandes veranschaulicht, und zwar zeigt: Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Dampfgenerator, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II II in Fig. 1, Fig. 3 denselben Generator in Endan sicht, teilweise im Schnitt nach der Linie III-HI in Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 den Generator in entgegengesetzter Endansicht der in Fig. 3 gezeigten, teilweise im Schnitt nach .der Linie V-V in Fig. 1, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 2,
Fig.7 einen senkrechten Längsschnitt durch einen zweiten Dampfgenerator nach der Erfindung, Fig. 8 einen entsprechenden Schnitt durch einen Teil einer .dritten Ausführungs form, und Fig. 9 einen .Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. B.
Das Gehäuse 1 des in Fig. 1' bis 6 gezeig ten Dampfgenerators umfasst eine Miechkam- mer 2, eine Verbrennungskammer 3 und einen Dampfsammelbehälter 4. Im Gehäuse 1 ist ein drehbarer Genera- torkörper 5 in Lagern 6, 7 und 8 gelagert.
Dieser Körper 5 weist eine ringförmige, ge schlossene Speisewasserverteilungskammer 13 und eine Dampfsammelkammer 14 auf, von wo Ausatrömkanäle 9 für den Dampf durch eine Wand 10 nach Schaufeln 12 eines Tur binenrades hl führen. Vor diesen ,Schaufeln sind die mit dem Generatflrkörper 5 fest ver bundenen Leit- respektive Reglerschaufeln 15 angeordnet.
Diese Schaufeln 15 sind so ausgebildet und angeordnet, dass !der Rotor 5 durch den aus den Schaufeln 12 austreten den Dampf in eine Bewegung versetzt wird, die langsamer und von entgegengesetzter Richtung ist als diejenige des Turbinen rades 11.
Die Welle 19 des Turbinenrades 11 ist im Gehäuse 1 in Lagern 16, 17 und 18 gelagert und durch die eine Stirnwand des Gehäuses hinausgeführt, während die Drehwelle 20 des Generatorkörpers 5 durch die zweite Stirn wand des Gehäuses 1 führt und hier mit einer Scheibe 21, welche zum Anlassen dient, versehen ist.
Mit .dem Generatorkörper 5 ist eine Speisepumpe 22 mit Zuflussrohr 23 für das Speisewasser und Schaufeln 24, Fig. 1, 2 und 6, zusammengebaut, die das eingepumpte Wasser durch radial laufende Kanäle 25, Fig. 2 und 6, nach der Speisewasservertei- lungskammer 13 fördern. Von letzterer füh ren wenigstens angenähert radial laufende Entlüftungskanäle 26, Fig. 4, zu einer Stelle in der Nähe der Drehwelle des Körpers 5.
Der Speisewasserverteilungskammer 13 sind eine Anzahl im Kranz gestellter, umgeboge ner, ungleichschenkliger Rohre 27, 28 ange schlossen, die zweckmässig aus Kupfer be stehen, und deren geradlinige Schenkel im wesentlichen rechtwinklig zur Drehwelle des Körpers -5 verlaufen, und in denen ein Wärmeaustausch stattfindet. Die erwähnten Schenkel können beliebiger Form sein, und es ist für die Erfindung nicht unbedingt er forderlich, dass die umgebogenen Rohre 27, 28 nur zwei Schenkel aufweisen.
Dieselben können vielmehr ebensowohl mit mehreren Schenkeln ausgeführt, d. h. mehrmals U-för- mig umgebogen sein, wobei nur stets wenig stens ein Schenkel 27 der Speisewasserver- teilungskammer 13 angeschlossen sein muss. Durch die übrigen Schenkel 28, die länger sind als der Schenkel 27, stehen die umge bogenen Rohre mit der ringförmigen Dampf- sammelkammer 14 in Verbindung.
An der Eintrittsmündung der Rohrschenkel 27 ist je eine nicht gezeichnete Zerstäubungsvorrich- tung geeigneter Art angeordnet, mittels wel cher das Speisewasser zerstäubt wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausfüh rungsform wird der ganze Dampf aus der Dampfkammer 14 :durch die Ausströmungs- kanäle 9 geführt.
An den Rohren 27, 28 sind eine Anzahl kranzförmig gestellter Leitschaufeln 30 und Leitringe 29 befestigt, die von einer kreis förmigen Scheibe 31 abgestreift sind, welche gleichzeitig den Raum 3 von der Aussenluft trennt und isoliert.
In der Aussenwand des Verbrennungs raumes 3 sind mit passenden Zwischenräu men Zündbrenner 32 angeordnet. Der Ver brennungsraum 3 ist durch eine mit Aus- strömkanälen 33 versehene Scheidewand 34 von der Mischkammer 2 getrennt, durch wel che das in der Mischkammer aufbereitete, brennbare Gemisch nach dem Verbrennungs raum strömen kann, woselbst dieses brenn bare Gemisch mittels der Zündbrenner zur Verbrennung gebracht wird.
Der Dampfgenerator nach Fig. 1 bis 6 arbeitet in folgender Weise: Das aus einem Kondensator oder Speise- wa:sserbehä.lter durch die Leitung 23 ein strömende Speisewasser wird der Speise wasserpumpe 22 zugeführt, die mit dem Ge- n.eratorkörper 5 zusammen mittels eines nicht gezeigten Motors, dessen Antriebsseil um die Seilscheibe 21 gelegt ist, in Umdrehung ver setzt wird, wodurch das Speisewasser mittels der Pumpe 22 und unterstützt :
durch die bei der Umdrehung entstehende Zentrifugalflieh- kraft des Wassers, durch die Rohre re6pek- tive Kanäle 25 in die .Spei3ewasservertei- lungskammer 13 gepresst wird. Das Speise- Wasser kann aber auch mittels einer mit dem Generator nicht zusammengebauten Pumpe nach der @Speisewasserverteilungskammer ge presst werden.
In :der Kammer 13 wird das Speisewasser einer Entlüftung unterworfen, indem .der während der Zuleitung des Was sers zur Kammer 13 darin aufgenommene Überschuss an Luft Gelegenheit hat, durch die radial laufenden Entlüftungskanäle 26, Fig. 2 und 4, zu entweichen.
In jedem Rohrschenkel 27 ist, wie bereits erwähnt, am Einlauf zum Rohr eine Zer- stäubungsvorrichtung angeordnet. Hierdurch wird bewirkt, dass .das von .der Verteilungs kammer 13 dem umgebogenen Rohr unter Druck zuströmende Wasser beim Einströmen in das Rohr zerstäubt wird.
Das Wasser be findet sich daher in Nebelform, wenn es die heisse Innenwand des Rohrschenkels 27 trifft, und jeder kleine Wassertropfen wird dadurch sofort in Dampfform übergehen, und bereits beim Übergang zum zweiten Rohrschenkel 2:8 wird der Dampf fast trocken, d. h. frei von Nebeltropfen sein und kann somit im -Rohrschenkel 28 überhitzt werden.
Die zur Dampferzeugung erforderliche Wärme wird durch Verbrennung von Gas oder flüssigem Brennstoff in der Verbren nungskammer 3 entwickelt.
Zur Verbrennung kann sozusagen jedes beliebige brennbare Gasgemisch, wie Hoch ofengas, Kohlengas oder Generatorgas zur Anwendung gelangen; ferner kann auch flüs siger Brennstoff in zerstäubter Form oder ein fester Brennstoff, wie Kohlenpulver, verwen det werden.
Der Brennstoff wird durch das Rohr 35, Fig. 3, der Mischkammer 2 zuge führt, wo -er mit Primärluft gemischt wird. Von hier strömt er durch die in der Schei dewand 34, F'ig. 1- und 3, vorgesehenen Aus- strömkanäle 33 in die Verbrennungskammer 3 hinein, wo Sekundärluft durch die in der Wand des Gehäuses 1 vorgesehenen Öffnun gen 36 zugeführt wird.
Das so gebildete brennbare Gafigemisch wird von Zündbrenner 32 entzündet, und die durch die Verbrennung erzeugte Wärme hat eine solche Erhitzung zur Folge, dass der Inhalt der Rohre 27, 28 an zerstäubtem Wasser verdampft und über hitzt wird, und als überhitzter Dampf in die Dampfkammer 14 einströmt. Diese Strömung wird hervorgerufen durch den Unterschied der spezifischen Gewichte in den Rohrschen keln 27, 28, wodurch der Inhalt aus dem Gleichgewicht gebracht wird.
Gleichzeitig ist ein Überströmen von Dampf nach .der Speise wasserverteilungskammer unmöglich, .da der Druck des Speisewassers in der Kammer 13 höher als der Dampfdruck gehalten wird und daher .gleichzeitig als Absperrorgan wirkt.
Zur Gewährleistung einer gleichmässigen Wärmebeeinflussung längs der Schenkel 27, 28 dienen, wie erwähnt, die Leitringe 29 und die Leitschaufeln .30. Letztere sichern gleich zeitig ein passendes Vakuum in der Verbren nungskammer 3, so dass Gas andauernd durch die Ausströmkanäle 33 und Sekundärluft durch die Öffnungen 36 eingesaugt wird, während die erwähnten Leitschaufeln gleich zeitig die Verbrennungsprodukte durch ein Auspuffrohr 37, Fig. 3 und 5, ausstossen.
Durch ein ,Schauglas 38 in der Misch- kammer 2 kann der Verlauf des- Verbren nungsvorganges beobachtet werden. Von der Dampfkammer 14 strömt der Dampf, wie er wähnt, durch die Ausströmkanäle 9 den Schaufeln 12 des Turbinenrades 11 zu, wo durch .das Turbinenrad in eine Drehbewe gung versetzt wird, die der Umdrehungsrich tung des Generatorkörpers 5 entgegengesetzt, und .deren Drehgeschwindigkeit wesentlich grösser als die des Generatorkörpers ist. Die Nutzarbeit der Maschine kann dann von der Turbinenwelle 19 abgenommen werden.
Schliesslich strömt der Dampf von den Leit- schaufeln 15 im Generäterkörper 5 in einen Dämpfbehälter 4 hinaus, von wo er durch eine Leitung 39 nach einem Kondensator und von da zurück zur Speisewasserpumpe (Kon densationsturbine) oder ins Freie (Auspuff turbine) geführt wird.
Wenn der Dampfgenerator angefangen hat, Dampf zu entwickeln und das Turbinen rad 11 in Umdrehung versetzt hat, und wenn auch der Generatorkörper 5 eine passende Umdrehungsgeschwindigkeit erreicht hat, kann das Antriebsseil des Anlassmotors von der Seilscheibe 21 abgeworfen werden, da der Dampfgenerator nunmehr imstande ist, selbwt weiter zu arbeiten.
Fig. 7 zeigt einen senkrechten Längs- schnitt durch eine geänderte Ausführungs form, bei welcher das Turbinenrad 11 und die demselben angeschlossenen Vorrichtun gen vollkommen fortgelassen sind. Das Speisewasser wird unter Druck durch den Kanal 40 der Welle 20 eingeleitet, von wo es im wesentlichen strahlenförmig durch Kanäle 41 in die Speisewasserverteilungskammer 13 hinaus geleitet wird.
Letztere hat wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform Ent lüftungskanäle, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind, und von der erwähnten Kam mer 13 wird das Wasser durch das Zerstäu- berorgan in den einen iSchenkel 27 der um gebogenen Rohre 27, 2:8 in Staubform einge presst. Letztere können genau gleicher Form sein, wie im oben beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel und Leitringe 29, sowie Leit- schaufeln 30 zur Gewährleistung einer be friedigenden Verbrennung des in .die Verbren nungskammer 3 eingesaugten Gasgemisches tragen.
Die verschiedenen Teile in Fig. 7 sind übrigens mit .den gleichen Bezugszahlen be zeichnet, wie die entsprechenden Teile in Fig. 1. Von der Dampfsammelkammer 1.1 strömt der im Rohr 27, 28 gebildete Dampf durch radiallaufende Kanäle 42 einem zen tralen Kanal 43 in der Welle 20 zu, von wo der Dampf dem Generator entnommen wird. In diesem Falle arbeitet der Generator nur als Dampferzeuger allein.
Eine Bedingung für den Betrieb dieser Maschine ist, dass der Generatorkörper 5 stän dig in umdrehender Bewegung gehalten wird, zu welchem Zweck an der Welle des selben eine Riemenscheibe 44 befestigt ist, mittels welcher die erforderliche Kraft in be kannter Weise von einem Antriebsmotor übertragen wird: Die Welle 20 ist bei dieser Ausführungsform in gewöhnlichen Gleit lagern 45 gelagert.
Fig. 8 und 9 zeigen Einzelheiten einer dritten Ausführungsform des Erfindungs gegenstandes, der ebenfalls aus einem Dampf generator besteht, welcher durch heisse Ver brennungsprodukte zum Beispiel eines Ver brennungsmotors angetrieben werden soll. Die heissen Verbrennungsprodukte werden der Kammer 2 zugeführt, von wo sie durch schräg angeordnete Ausströmkanäle 33 der Wand 34 zu den Turbinenschaufeln 46 geführt wer den, die ganz oder teilweise .die umgebogenen Rohre 27, 28 umschliessen.
Durch die Strö mungsenergie der aus den Kanälen 33 aus strömenden heissen Gase wird der Generator körper 5 in Umdrehung gesetzt, so dass der Anlassmotor vollkommen überflüssig wird. Von den Schaufeln 46 strömen die Verbren- nungsprodukte, nachdem sie gleichzeitig den Inhalt der ganz oder teilweise eingebetteten Rohre 27, 28 verdampft haben, zwischen den mit dem Gehäuse 1 verbundenen festen Leit schaufeln 47 durch die Öffnungen 48 direkt ins Freie oder durch ein nicht gezeichnetes Auspuffrohr ins Freie. Der Dampfgenerator arbeitet somit gleichzeitig als Verbrennungs turbine.
Das der Speisewasserpumpe zugeführte Speisewasser kann zwecks Vorwärmung durch in :der Zeichnung nicht gezeigte Ka näle geführt werden, welche durch die festen Reitschaufeln 47 verlaufen, während die Ver brennungsprodukte dieselben passieren.
Die übrigen Einzelheiten dieser Ausfüh- rungsform entsprechen genau den in Verbin dung mit Fig. 1 bis 6 erwähnten, und die verschiedenen Teile in Fig. :8 und 9 sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, wie die entsprechenden Teile in Fig. 1.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 7 können selbstverständlich auch die heissen Verbrennungsprodukte von einem Verbrennungsmotor zur Erwärmung der Rohre 27, 28 zur Anwendung gelangen, wo bei aber der die Riemenscheibe 4 antreibende Motor zum Anlassen des, Generators erforder lich ist. Die 'Speisewasserpumpe 22 wirkt voll kommen automatisch, wobei sie mehr Wasser zuführt, wenn die Dampfentwicklung steigt und die Drehgeschwindigkeit des Genera torkörpers 5 dabei erhöht wird.
Infolge der grösseren Geschwindigkeit, mit welcher die heissen Verbrennungsprodukte die Rohre 27, 28 bestreichen und der Umbildung des Was sers in Nebelform wird eine sehr hohe Wärmeübertragung erreicht. Der Brennstoff wird infolgedessen: bedeutend besser ausge nutzt als bei bisher bekannten Verbrennungs- und Dampfanlagen, und vorgenommene Ver suche haben einen thermischen Wirkungs grad von etwa <B>90%</B> ergeben.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 und 9 handelt es sich in Wirklichkeit um zwei zusammengebaute Turbinen und zwar einerseits um eine Gasturbine mit .den Schau feln 46 und dem Generatorkörper 5 als Ro tor, anderseits um eine Dampfturbine mit den Schaufeln 1-2 und dem Turbinenrad <B>11</B> als Rotor.
In der letztgenannten Ausfüh rungsform drehen sich der Rotor 11 und der Stator 5 in je einer Richtung, .der Rotor 11 hat jedoch eine bedeutend höhere Um drehungsgeschwindigkeit als der iStator 5, der erstens eine grössere Masse hat und zwei tens infolge der umgekehrten Stellung der Schaufeln 1,5 verzögert wird.
Der Generator ist relativ einfach zu be dienen und ökonomisch im Betrieb. Die Ma schine kann für vollkommen automatischen Betrieb eingerichtet und für verschieden grosse, konstante Arbeitsleistung einstellbar sein.
Die Turbine kann, falls dies zweckdien lich erscheint, mehrstufig ausgeführt sein und es können noch weitere Änderungen an der Maschine vorgenommen werden, ohne dass die Grenzen der Erfindung dadurch über schritten werden.