DE1186876B - Schnelldampferzeuger mit von einer schraubenfoermig gewickelten Rohrwendel begrenzter Brennkammer - Google Patents

Schnelldampferzeuger mit von einer schraubenfoermig gewickelten Rohrwendel begrenzter Brennkammer

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DE1186876B
DE1186876B DEC12566A DEC0012566A DE1186876B DE 1186876 B DE1186876 B DE 1186876B DE C12566 A DEC12566 A DE C12566A DE C0012566 A DEC0012566 A DE C0012566A DE 1186876 B DE1186876 B DE 1186876B
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    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
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Description

  • Schnelldampferzeuger mit von einer schraubenförmig gewickelten Rohrwendel begrenzter Brennkammer Die Erfindung betrifft einen Schnelldampferzeuger mit einem zylindrischen Gehäuse und zentrisch darin angeordneter, von einer schraubenförmig axial aneinanderliegend gewickelten Rohrwendel begrenzter Brennkammer, in die von einem Ende des Gehäuses her eine konzentrische Feuerbuchse ragt und die über Durchtrittsstellen in dem im wesentlichen die Feuerbuchse umgebenden Abschnitt der Rohrwendel mit einem die Brennkammer konzentrisch umgebenden, ringförmigen Zug in Verbindung steht, der in einen Abzug im Bereich des der Feuerbuchse gegenüberliegenden Endes des Gehäuses mündet, wobei dieser Abschnitt unterteilt ist in einen ersten Unterabschnitt mit im wesentlichen axial durchströmbaren Durchtrittsstellen und in einen zweiten, im Heizgasströmungssinn folgenden Unterabschnitt mit im wesentlichen radial durchströmbaren Durchtrittsstellen.
  • Es sind bereits Dampferzeuger bekannt, bei denen zentrisch in einem zylindrischen Gehäuse eine aus schraubenförmig dichtgewickelten Rohrschlangen gebildete Brennkammer angeordnet ist, die mit einem die Brennkammer umgebenden, ringförmigen Zug über Durchtrittsstellen zwischen einem Teil der Rohrschlangen in Verbindung steht. Die Zwischenräume sind dabei durch Rohraufbiegungen der Rohrschlangen gebildet. Dies hat den Nachteil, daß die Feuergase beim Durchtritt durch die öffnungen nur verhältnismäßig kurze Zeit mit den Windungen in Berührung stehen, so daß die Wärmeausnutzung bei dieser Bauart nur gering ist. Dazu kommt, daß die Rohrschlange in dem Teil, in dem die Windungen mit Abstand voneinander angeordnet sind, verhältnismäßig unstabil ist, so daß sie leicht die richtige Form verlieren kann und Schwierigkeiten beim Transport und bei der Montage entstehen können.
  • Es ist weiterhin bekannt, in einem zylindrischen Gehäuse eine zentrische Brennkammer von einer axial dicht aneinanderliegend gewickelten Rohrwendel zu begrenzen. In diese Brennkammer ragt von der einen Stirnwand des Gehäuses aus eine Feuerbuchse, die von der Rohrwendel mit radialem Abstand umgeben ist. Dabei ist die Rohrwendel auf dem ersten Teil des die Buchse umgebenden Abschnitts noch axial dicht gewickelt, so daß dieser Teil im wesentlichen axial durchströmt ist. Auf dem letzten Teil dieses Abschnitts ist die Wendel dagegen axial auseinandergezogen, so daß die Gase radial in den die Rohrwendel umgebenden ringförmigen Zug eintreten können, der auf dem der Buchse abgewandten Ende des Gehäuses in einen Abzug übergeht. Um die Rohrschlange in den axial dicht gewickelten Bereichen zu unterstützen, sind schraubenfederartig gewickelte Stützdrähte und die Wendel im Bereich des ringförmigen Zuges gewickelt, die sich außen an einem zylindrischen Zwischenmantel abstützen, der außen wiederum von einer zum Vorwärmen dienenden Rohrschlange umgeben ist, die sich an dem Gehäusemantel abstützt und von den Abgasen nicht umspült ist.
  • Bei einem anderen bekannten Schnelldampferzeuger mit zylindrischem Gehäuse, zentrischer, durch axial eng aneinanderliegend gewickelte Rohrwendel begrenzter Brennkammer, zentrisch in die Brennkammer ragender Feuerbuchse und die Wendel umgebendem, ringförmigem Zug ist die Wendel im Bereich der Brennkammer schraubenförmig vieleckig und in dem die Buchse umgebenden, axial auseinandergezogenen Bereich zylindrisch in drei konzentrischen Lagen gewickelt. Der Zug wird durch einen zylindrischen Blechmantel gegenüber der Rohrwendel abgegrenzt und weist in seinem Ende am Eintritt der Feuerbuchse radiale Durchtrittsöffnungen auf. Die Ecken des vieleckig gewickelten Wendelabschnitts reichen bis an den Blechmantel.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schnelldampferzeuger der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem in dem die Feuerbuchse umgebenden Abschnitt der Rohrwendel ein sehr intensiver Wärmetausch zwischen den Rauchgasen und der Rohrwendel stattfindet und die Wendel in diesem Bereich zuverlässig abgestützt ist.
  • Zu diesem Zweck soll der Schnelldampferzeuger nach der Erfindung so ausgebildet sein, daß a) der in dem ganzen, im wesentlichen die Feuerbuchse umgebenden Abschnitt gelegene Rohrwendelteil in an sich bekannter Weise schraubenförmig vieleckig mit versetzt zueinander angeordneten geraden Rohrstrecken gewickelt ist, b) im ersten Unterabschnitt die Rohrwendel in an sich bekannter Weise von einem an der Außenseite der Windungsecken fest anliegenden zylindrischen Blechmantel umgeben ist und c) im zweiten Unterabschnitt die Rohrwendel auf der Innenseite der zwischen den Ecken liegenden geraden Rohrstrecken an der Umfangsfläche der Feuerbuchse stellenweise fest anliegt.
  • Durch die vieleckige Wicklung der Wendel in dem die Feuerbuchse umgebenden Abschnitt wird eine allseitige intensive Umspülung der Rohre durch die Rauchgase erzielt. Diese intensive Umspülung wird noch dadurch in ihrer Wirkung erhöht, daß die Wendel zwischen der Umfangsfläche der Feuerbuchse und dem zylindrischen. Blechmantel in einem engen ringförmigen Kanal eingebettet ist, den die Rauchgase in axialer Richtung nur nach zahlreichen Umlenkungen in radialer und in Umfangsrichtung durchströmen können. Da der äußere Blechmantel die Rohre nur an den Windungsecken und die Feuerbuchse tangential an den geraden Abschnitten der Wendel berührt, sind die Berührungsstellen annähernd nur punktförmig, so daß die Wendel nahezu über ihre ganze Länge auf diesem Abschnitt allseitig umspült wird.
  • Durch die Einbettung des die Feuerbuchse umgebenden Wendelabschnitts zwischen dem Blechmantel und der Feuerbuchse ergibt sich trotz der nur etwa punktförmigen Beriiln-Unng auch eine außerordentlich gute mechanische Abstützung dieses Abschnitts der Wendel.
  • Vorteilhafterweise kann in dem Raum zwischen der Rohrwendel und der Gehäusewand und im Abstand von diesen in an sich bekannter Weise eine äußere Rohrwendel mit gleicher Ausbildung angeordnet sein, deren aus kreisförmigen Windungen bestehender Teil den aus vielckeigen Windungen bestehenden Teil der inneren Rohrwendel umgibt und deren aus vieleckigen Windungen bestehender Teil den die geschlossene Brennkammerwand bildenden Teil der inneren Rohrwendel umgibt.
  • Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend an Hand schematischer Figuren an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert.
  • F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Schnelldampfeszeuger nach der Erfindung; F i g. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1; F i g. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie 3-3 in Fig.l; F i g. 4 ist ein nach der Linie 4-4 in F i g. 3 verlaufender Schnitt; F i g. 5 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Schnelldampferzeugers gemäß der Erfindung; F i g. 6 ist ein Querschnitt nach der Linie 6-6 in Fig.5; F i g. 7 ist ein Querschnitt nach der Linie 7-7 in Fig.5; F i g. 8 ist ein in größerem Maßstab gezeichneter Schnitt längs der Linie 8-8 in F i g. 6.
  • F i g. 1 bis 4 zeigen einen horizontalen Schnelldampferzeuger 10 mit einem äußeren Gehäuse 11 von zylindrischer Form, das an seinen Enden durch Böden 12 bzw. 13 abgeschlossen ist. Der vordere Boden 12 ist mit Hilfe von Klemmstücken 15 am Gehäuse 11 abnehmbar befestigt und bildet eine Unterstützung für die Feuerbuchse 14 und ein hier nicht dargestelltes Brenneraggregat. Die in bekannter Weise ausgeführte Feuerbuchse 14 besteht aus einem zylindrischen Körper 16 aus feuerfestem Material, z. B. aus feuerfestem Ton, und dieser Körper ist in ein ringförmiges Gehäuse 17, 18 eingeschlossen. Das rückwärtige Ende des von dem Gehäusemantel 11 umschlossenen Raums steht mit einem Abzug 19 in Verbindung.
  • Die Brennkammer 20 wird ausschließlich durch eine zentrisch angeordnete Wasserrohrwendel 21 begrenzt, die aus axial eng aneinanderliegend, schraubenförmig gewickelten Windungen besteht. Gemäß F i g. 1 steht die erste Windung der Wendel 21 mit einem Wassereinlaßkanal22 in Verbindung, der in der Nähe des Bodens durch den Boden 13 hindurch in den Schnelldampferzeuger eintritt und sich über die ganze Länge des Gehäuses 11 nach vorn erstreckt. Der sich an diese Wasserzuleitung anschließende Abschnitt 23 der Rohrwendel, der gemäß F i g. 1 mit etwa vierzehn Windungen die Feuerbuchse umgibt, ist schraubenförmig vieleckig gewickelt. Dieser Wendelabschnitt geht in einem zylindrischen, die Brennkammer begrenzenden Abschnitt 26 der Wendel über und umfaßt im dargestellten Beispiel achtzehn Windungen.
  • Die restlichen Rohrschlangenwindungen 28 der ganzen Gruppe 21 sind in radialer Fluchtung spiralförmig gewickelt, und die innerste dieser Windungen steht mit einem Auslaßkanal 30 in Verbindung, der sich durch den Boden 13 hindurch waagerecht längs der Gehäuseachse erstreckt. Die Gruppe 28 der Rohrschlangenwindungen ist teilweise in das feuerfeste Material 31 eines inneren Bodens 29 eingebettet, der einen becherförmigen Mantel 32 umfaßt, der die Gruppe der Windungen 28 sowie die letzte Windung 27 der Gruppe 26 umschließt.
  • Die Gruppe 26 der einander eng benachbarten schraubenlinienförmigen Windungen und die Gruppe 26 der spiralförmigen Windungen bilden zusammen mit dem inneren Boden die zylindrische Brennkammer 20, denn auf Grund ihrer engen Wicklung können die Verbrennungsgase zwischen den Windungen nicht austreten. Da diese Wände aus den freiliegenden inneren gekrümmten Flächen der verschiedenen Rohrwindungen der Gruppe 26 und 28 bestehen, bieten sie eine allgemein gewellte Wärmeübertragungsfläche dar, die gegenüber glatten zylindrischen Flächen einen größeren Flächeninhalt besitzt und dazu führt, daß diese Flächen von den am Ende der Brennkammer 20 stark verwirbelten Gasen kräftig bestrichen werden, wie dies in F i g. 1 durch Pfeile angedeutet ist.
  • Gemäß F i g. 3 umfaßt jede vieleckig gewickelte Windung der Gruppe 23 im wesentlichen geradlinige Abschnitte 35, die tangential an dem Mantel 17 der Feuerbuchse anliegen und durch stumpfwinklige Abschnitte 36 miteinander verbunden sind; es ist eine gerade Zahl von solchen stumpfwinkligen Abschnitten 36 vorhanden, z. B. vier, sowie eine ungerade Zahl von geradlinigen Rohrabschnitten, z. B. viereinhalb gerade Rohrabschnitte 35, so daß die gebogenen Verbindungsabschnitte 36 ebenso wie die geraden Abschnitte 35 in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind, um eine Gruppe von offenen Durchtrittsstellen 37 zu bilden, die zwischen benachbarten Rohrwindungen liegen, so daß die aus der Brennkammer 20 austretenden heißen Gase durch diese Durchtrittsstellen aus der Kammer austreten können Ein zylindrischer Blechmantel 38 liegt fest an den Windungsecken eines das vordere Ende der Buchse umgebenden Unterabschnitts der Gruppe 23 von Rohrwindungen an und verhindert die Bildung von Kurzschlußwegen, durch die hindurch Gase auf dem Wege über die Kanäle 37 radial nach außen in einen die Brennkammer 20 konzentrisch umgebenden ringförmigen Zug strömen könnten, und dieser Mantel zwingt die Gase, in axialer Richtung nach vorn zum vordersten Ende des Gehäuses zu strömen. In diesem Bereich sind die Rohrwindungen durch den Blechmantel nicht mehr abgedeckt, so daß die Gase durch radiale Durchtrittsstellen in den ringförmigen Zug 39, der durch den zylindrischen Mantel 11 und den Blechmantel 38 begrenzt wird, einströmen können. Es ist ersichtlich, daß die Rohrwindungen innerhalb der Gruppe 23 zwar einander eng benachbart sind, daß jedoch ausreichende axiale und radiale Strömungsquerschnitte vorhanden sind, so daß das Strömen der durch diese Gruppe von Windungen hindurch zwischen dem Leitblech 38 und der Feuerbuchse 14 weiterströmenden Gase nicht übermäßig behindert wird und daß im wesentlichen der gesamte Umfang jeder Windung von den Gasen bestrichen wird, wodurch sich ein maximaler Wärmeübergang ergibt.
  • Aus dem ringförmigen Zug 39 gelangen die Gase längs der Innenfläche des zylindrischen Mantels 11 weiter nach hinten und kommen in Berührung mit den Außenflächen der Windungen der Gruppe 26, die ebenfalls von dem Gas bestrichen werden. Schließlich strömen die Gase in den Abzug 19.
  • Zwar können die verschiedenen Windungen über die ganze Länge der Wasserrohrwendel frei angeordnet sein, doch ist es im Rahmen der Erfindung vorgesehen, benachbarte Windungen auf geeignete Weise miteinander zu verbinden, vorzugsweise durch Verschweißen der Rohrwindungen an einzelnen Stellen, so daß zwischen benachbarten Windungen des Rohrmaterials eine innige wärmeübertragende Berührung vorhanden ist und daß die Rohrwindungen gegenseitig fest verankert sind, um der ganzen Konstruktion die erforderliche Starrheit zu geben. Bei den vieleckigen Windungen der Gruppe 23 können die Schweißstellen an den verschiedenen geraden Abschnitten der vieleckigen Windungen vorgesehen sein.
  • In F i g. 5 bis 8, die ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel zeigen, sind diejenigen Teile, die ähnlichen Teilen des an Hand von F i g. 1 bis 4 beschriebenen Schnelldampferzeugers entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, denen jedoch jeweils der Buchstabe a beigefügt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt der Schnelldampferzeuger zwei konzentrisch im Abstand angeordnete Rohrwendeln, zwischen denen ein Zug gebildet wird, den die Gase auf ihrem Wege von der Brennkammer 20 a zu dem Abzug 19 a durchströmen können. Die beiden Rohrwendeln sind miteinander verbunden. Die innere Rohrwendel bildet die Wandung der Brennkammer 20a und ist im wesentlichen ebenso ausgebildet wie bei dem in F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, d. h., sie umfaßt eine Gruppe von schraubenlinienförmigen Windungen 40 von vieleckiger Form. Auch ist ein zylindrischer Blechmantel 38a vorgesehen, der den ersten Unterabschnitt der Gruppe 40 eng an den Windungsecken anliegend umgibt, so daß die die Brennkammer 20 a verlassenden heißen Gase gezwungen werden, sich längs des gewundenen Strömungsweges axial zu bewegen, der durch die öfnungen 37a zwischen den Rohrwindungen gebildet wird.
  • Die äußere Rohrwendel des Ausführungsbeispiels nach F i g. 5 bis 8 umfaßt eine Gruppe 42 von vieleckigen Windungen, welche die Gruppe 41 umgeben, die aus den inneren zylindrischen Windungen besteht und einen Teil der inneren Rohrwendel des Schnelldampferzeugers bildet. Die Gruppe 42 aus vieleckigen Windungen ist an eine Gruppe 43 aus runden Windungen angeschlossen, die ihrerseits die aus vieleckigen Windungen gebildete Gruppe 40 umgibt, welche einen Teil der inneren Rohrwendel bildet.
  • Die Gruppe 40 aus vieleckigen Windungen besteht bei diesem Ausführungsbeispiel nur aus dreieinhalb a radlinigen Abschnitten (F i g. 7), so daß sich eine geringere Zahl von Berührungspunkten zwischen benachbarten Windungen ergibt, wobei gleichzeitig größere Kanäle 37a von dreieckiger Ouerschnittsform zwischen den verschiedenen benachbarten Windungen entstehen. Die Gruppe 42 besteht aus einander benachbarten Windungen, zwischen deren Wärmeübertragungsflächen insofern Abstände vorgesehen sind, als die einzelnen Windungen vieleckig ausgebildet sind, wobei jede Windung viereinhalb gerade Abschnitte 35a und vier stumpfwinklig gebogene Abschnitte 36 a umfaßt, wie es bei der weiter oben beschriebenen Gruppe 23 der Fall ist. Die Gruppe 42 ist konzentrisch um die Gruppe 41 herum angeordnet, wobei zwischen den beiden Rohrschlangen ein Abstand vorhanden ist und wobei die Innenflächen der Windungen der Gruppe 42 den Außenflächen der Windungen der Gruppe 41 zugewandt sind, denn zwischen diesen beiden Gruppen ist kein Leitblech vorgesehen. Der Einlaßkanal 22a steht mit den ersten Windungen der Gruppe 42 in Verbindung, und die letzte Windung dieser Gruppe ist mit der ersten Windung der Gruppe 43 verbunden. Die letzte Windung der Gruppe 43 ist an die erste Windung der Gruppe 40 angeschlossen, und die letzte Windung dieser Gruppe 40 steht mit der ersten Windung der Gruppe 41 in Verbindung. Die letzte Windung der Gruppe 41 ist mit der am weitesten außen liegenden Windung der radialen Gruppe 28a verbunden, und die innerste Windung dieser Gruppe 28 a ist an den Auslaß 30a angeschlossen.
  • Wie bereits erwähnt, umschließt die Windungsgruppe 41 die Brennkammer 20a, und die in dieser Kammer enthaltenen verwirbelten Verbrennungsgase bestreichen die nach innen weisende massive Wand, die durch die gewellte Innenfläche der Windungsgruppe 41 gebildet wird; die Gase strömen dann durch die Kanäle 37a zwischen den benachbarten Windungen der Windungsgruppe 40, wie es in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 bereits beschrieben worden ist. Hierauf kehrt sich die Strömungsrichtung dieser Gase um, und die Gase strömen innerhalb des Gehäuses an den Innenflächen der Rohrwindungen der Gruppe 43 entlang nach hinten, um in den ringförmigen Raum 44 zwischen dem mantelförmigen Leitblech 38 a und der Rohrwindungsgruppe 43 zu gelangen, wobei sie weitere Wärme an die Rohrwindungen dieser Gruppe abgeben. Nunmehr treten die Verbrennungsgase in die Räume 37 a zwischen den Windungen der Gruppe 42 ein und strömen außerdem durch die zusätzlichen Zwischenräume 45 der Windungen der beiden Gruppen 41 und 42, von wo aus die Gase schließlich zu dem Abgasekanal 19 a gelangen.
  • Es ist ersichtlich, daß bei dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Wärmeübergang nicht nur in der bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 vorgesehenen Weise erfolgt, daß viehhehr zusätzliche Wärmeübertragungsvorgänge zwischen den Verbrennungsprodukten und den ihnen ausgesetzten Flächen der Rohrwindungsgruppen 42 und 43 vorgesehen sind. Da die Richtung, in der das zu erhitzende Strömungsmittel durch das Wasserrohrsystem strömt, der Strömungsrichtung der Verbrennungsgase durch die verschiedenen Kanäle entgegengesetzt ist, ergibt sich ein guter Wärmeübergang zwischen den Gasen und dem zu erhitzenden Strömungsmittel an jeder Rohrwindung und über die ganze Länge des Systems, so daB man ohne Rücksicht darauf, ob der Schnelldampferzeuger mit großer oder kleiner Flamme betrieben wird, einen günstigen Wirkungsgrad erzielt.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Schnelldampferzeuger mit einem zylindrischen Gehäuse und zentrisch darin angeordneter, von einer schraubenförmig .axial aneinanderliegend gewickelten Rohrwendel begrenzter Brennkammer, in die von einem Ende des Gehäuses her eine konzentrische Feuerbuchse ragt und die über Durchtritisstellen in dem im wesentlichen die Feuerbuchse umgebenden Abschnitt der Rohrwendel mit einem die Brennkammer konzentrisch umgebenden, ringförmigen Zug in Verbindung steht, der in einen Abzug im Bereich des der Feuerbuchse gegenüberliegenden Endes des Gehäuses mündet, wobei dieser Abschnitt unterteilt ist in einen ersten Unterabschnitt mit im wesentlichen axial durchströmbaren Durchtrittsstellen und in einen zweiten, im Heizgasströmungssinn folgenden Unterabschnitt mit im wesentlichen radial durchströmbaren Durchtrittsstellen, dadurch gekennzeichnet, daß a) der in dem ganzen, im wesentlichen die Feuerbuchse (16) umgebenden Abschnitt gelegene Rohrwendelteil in an sich bekannter Weise schraubenförmig vieleckig mit versetzt zueinander angeordneten geraden Rohrstrecken (35) gewickelt ist, b) im ersten Unterabschnitt die Rohrwendel (23) in an sich bekannter Weise von einem an der Außenseite der Windungsecken (36) fest anliegenden zylindrischen Blechmantel (38) umgeben ist und c) im zweiten Unterabschnitt die Rohrwendel (23) auf der Innenseite der zwischen den Ecken (36) liegenden geraden Rohrstrecken (35) an der Umfangsfläche der Feuerbuchse (16) stellenweise fest anliegt.
  2. 2. Schnelldampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum zwischen der Rohrwendel (40, 41) und der Gehäusewand (10 a) und im Abstand von diesen in an sich bekannter Weise eine äußere Rohrwendel (21a) mit gleicher Ausbildung angeordnet ist, deren aus kreisförmigen Windungen bestehender Teil (43) den aus vieleckigen Windungen bestehenden Teil (40) der inneren Rohrwendel umgibt und deren aus vieleckigen Windungen bestehender Teil (42) den die geschlossene Brennkammerwand bildenden Teil (41) der inneren Rohrwendel umgibt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 533 665; österreichische Patentschrift Nr.154 624; französische Patentschrift Nr. 985 262; britische Patentschrift Nr.13 372 aus dem Jahre 1896.
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