DE2400588C3 - Dampfgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampfgenerator mit einer zwischen einem Läufer und einem Gehäuse gebildeten, einen Wasserzulauf und einen Dampfablaß aufweisenden Kammer.

Ein Dampfgenerator dieser Art ist bekannt (US-PS 31 98 191). Hierbei sind in der Kammerwand speziell geformte Taschen vorgesehen, in welche durch die Zentrifugalkraft des Läufers das Wasser einströmt und dann an den Wänden dieser Taschen zurückgeworfen wird. Auf diese Weise werden im Wasser

wiederholt Reibungswärme und schließlich Dampf erzeugt. Der Wirkungsgrad eines solchen bekannten Dampfgenerators ist nicht sehr groß. Andererseits sind solche Dampfgeneratoren sehr zweckmäßig, da sie beispielsweise in Zentralheizungsanlagen, in der chemischen Industrie, bei der Erdöl- oder Erdgasgewinnung usw. gut eingesetzt werden können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Dampfgenerator de: eingangs erwähnten Art zu schaffen, der mii gutem Wirkungsgrad Dampf hoher Temperatür und hohen Druckes zu erzeugen vermag.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Dampfgenerator der eingangs erwähnten Art, erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale, des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Dampfgenerators ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung wird ein physikalischer Effekt zur Dampferzeugung ausgenutzt, der allgemein als Wasserschlageffekt bezeichnet wird. Dieser Wasserschlageffekt wird beispielsweise in folgenden Veröffentlichungen physikalisch beschrieben:

B. S. Massey: »Mechanics of Fluids«, VanNos Rinhold, 1971, S. 412 bis 427;
John N. Bradley: »Shock Waves in Chemistry and Physics«, London: Metchuen, New York:

Wiley, American Press 1962, S. 172 und 173; sowie

Horace Williams King: »Handbook of Hydraulies, for the Solution of Hydraulic Problems«,

4. Auflage, revidiert von Ernest F. Brater, New York, McGraw-Hill, 1954, S. 6-21 bis 6-27.

Die Ausnutzung dieses Wasserschlageffekts bei einem erfindungsgemäßen Dampfgenerator mit angetriebenem Läufer ermöglicht insbesondere über die Vakuumerzeugung an den Enden der engen Kanäle die Erzeugung von Wasserdampf hoher Temperatur

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und hohen Druckes und zwar mit gutem Wirkungs- stand über der Oberseite der unteren Abdeckung 11 d

grad. Durch die im Wasser erzeugten Stoßwellen wird angeordnet ist, um den Kanal 18 abzugrenzen. Ge-

das Wasser bis zur Umwandlung in Frischdampf er- maß Fig. 1 steht der Wassereinlaß 17 in direkter

wärmt, der dann an dem Dampfablaß zur Weiter- Verbindung mit dem Ringkanal 18. Zwischen dem

verwertung abgenommen werden kam,. ₅ Hauptkörper 11 α und dem Läufer 16 erstreckt sich

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der ein nach oben divergierender konischer Kanal 19, der

Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher durch diese entsprechend bemessenen Bauteile abge-

erläutert. Es zeigt grenzt ist. Der Läufer 16 weist mehrere radial nach

F i g. 1 eine teilweise als Längsschnitt gezeichnete innen verlaufende, in Umfangsabständen verteilte Ka-

Seitenansicht einer Ausfuhrungsform eines Dampf- io näle 20 auf, die sich durch den oberen Teil des Läu-

generators, f_ers erstrecken. An ihren äußeren Enden stehen die

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie2-2 in Fig. 1, radialen Kanäle 20 in Verbindung mit dem koni-

Fig. 3 einen Scnnitt längs der Linie3-3 in Fig. 1, sehen Kanal 19. Ferner ist gemäß Fig. 1 ein von

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 1, oben nach unten konvergierender Kanal 21 vorhan-

Fig. 5 eine teilweise als Längsschnitt gezeichnete t_S den, der konzentrisch mit dem konischen Kanal 19

Seitenansicht einer weiteren Ausfuhrungsform eines angeordnet und ihm gegenüber radial nach innen

Dampfgenerators, versetzt ist. Die inneren Enden aller radialen Kanäle

Fig. 6 einen Teilschmtt längs der Linie 6-6 in 20 münden unmittelbar in den konischen Kanal 21,

Fig-5, wie es aus Fig. 1 und insbesondere aus Fig. 2 er-

Fig. 7 einen Teilschnitt längs der Linie 7-7 in ao sichtlich ist. Nahe dem unteren Ende des Läufers 16

F i g. 5 und j_{st em ra(}ji_ai _nacn j_nnen verlaufender Ringkanal 22

F i g. 8 einen Teilschnitt längs der Linie 8-8 in vorhanden, der sich an das untere Ende des koni-

Fig· 5. sehen inneren Kanals 21 anschließt. An seinem in-

Der in Fig. 1 dargestellte, insgesamt mit 10 be- neren Rand mündet der Ringkanal 22 in eine sich

zeichnete Dampfgenerator ist in ein ortsfestes Ge- as senkrecht durch den Läufer 16 erstreckende, zentral

häuse 11 eingeschlossen. Zu diesem Gehäuse gehören angeordnete Kammer 23.

ein Hauptkörper 11 a, eine obere Abdeckung 11 b, Der Läufer 16 setzt sich aus einem becherförmidic mit dem Hauptkörper durch einen Kranz von gen äußeren Bauteil 24 und einem kombinierten In-Kopfschrauben 11 c verbunden ist, sowie eine untere nen- und Kopfteil 25 zusammen, welch letzteres an Abdeckung 11 d, die mittels eines Kranzes von Kopf- 30 seinem äußeren Rand durch mehrere in Umfangsschrauben 11 e mit dem Hauptkörper verbunden ist abständen verteilte Kopfschrauben 26 mit dem äuße- und einen nach unten ragenden, zentral angeordneten, ren Bauteil 24 verbunden ist. Der durch diese beiden rohrförmigen Ansatz 11 / aufweist, mit dessen unte- Hauptteile gebildete Läufer 16 bildet jedoch eine rem Ende ein Deckel 11 g durch einen Kranz von drehbare konstruktive Einheit. Diese zweiteilige Kon-Kopfschrauben Jl Λ verbunden ist. 35 struktion erleichtert das Ausbilden der konischen Ka-

In dem zentralen rohrförmigen Ansatz 11 / der näle 21 und 22 und das Bohren der radialen Kar.äle

unteren Abdeckung 11 d ist mittels einer Rollenlager- 20 nahe dem oberen Ende des becherförmigen äuße-

anordnung 14 eine stehend angeordnete, durch einen ren Bauteils 24. Cber die Oberseite des drehbaren

Motor antreibbare Welle 12 mit einer Ringschulter Läufers hinweg erstreckt sich unterhalb der oberen

13 gelagert. Die inneren Laufringe der Rollenlager 40 Abdeckung 11b ein weiterer Ringkanal 27, an des-

sind zwischen der Ringschulter 13 der Welle 12 und sen äußeren Rand sich ein senkrechter zylindrischer

dem ortsfesten Deckel 11 g angeordnet. In die untere Ringkanal 28 am oberen Ende der Außenfläche des

Abdeckung 11 d ist eine ringförmige Dichtung 15 Läufers anschließt, der an seinem unteren Ende in

eingebaut, die in Reibungsberührung mit der Welle den äußeren Rand eines radial nach innen verlau-

12 steht, um eine über der Dichtung liegende Kam- 45 fenden Ringkanals 29 übergeht, an dessen innerem

mer gegenüber den unter der Dichtung liegenden Tei- Rand sich das obere Ende des konischen Kanals 19

len abzudichten. anschließt.

An das obere Ende der durch einen Motor antreib- Gemäß F i g. 1 ist ein auf besondere Weise ausgebaren Welle 12 schließt sich ein Läufer 16 an, der bildetes Anschlußteil 30 vorhanden, das an seinem eine konische äußere Umfangsfläche hat und in dem 50 unteren Ende 31 mit Außengewinde versehen und in Hauptkörper 11a drehbar ist. Das Gehäuse 11 und eine Gewindebohrung in der Mitte der oberen Abder Läufer 16 begrenzen eine konisch divergierende deckung Hb des Gehäuses eingeschraubt ist. Dieses Kammer zum Aufnehmen von Wasser, das der Wir- Anschlußteil ist die Basis für einen Aufbau 32, der kung von Stoßwellen ausgesetzt werden soll, um die über der von dem Gehäuse 11 umschlossenen Bau-Temperatur und den Druck des Wassers erheblich zu 55 gruppe angeordnet ist, so daß er eine Verlängerung steigern. Die untere Gehäuseabdeckung lld ist mit des ortsfesten Gehäuses 11 bildet. In das obere Ende einem Einlaß 17 zum Zuführen von Wasser zu der 34 des Anschlußteils 30 ist ein äußeres Rohr 33 eindivergierenden Kammer zwischen dem Hauptkörper geschraubt, auf dessen oberes Ende 36 ein auf bell α und dem Läufer 16 versehen. Diese Kammer so.idere Weise ausgebildetes Kappenteil 35 aufgewird als sich erweiternd bzw. als divergierend be- 60 schraubt ist. Gemäß F i g. 1 ist in die Mitte der Stirnzeichnet, da es sich nicht lediglich um eine offene ein- wand 38 des Kappenteils 35 bei 39 ein konzentrisch teilige Kammer handelt, sondern da sie sich in zahl- damit angeordnetes Rohr 37 eingeschraubt, wobei reiche kleine Kanäle zerlegen läßt, die sich in vielen die Verbindungsstelle 39 zwischen dem oberen und verschiedenen Richtungen erstrecken. Zu der Was- dem unteren Ende des stehend angeordneten Rohrs serkammer gehört ferner ein in einer waagerechten 65 37 liegt.

Ebene liegender ringförmiger Kanal 18 zwischen der An das obere Ende des inneren Rohrs 37 ist ein unteren Gehäuseabdeckung 11 d und dem Läufer 16, verstellbares Ventil 40 angeschlossen, das zum Reletzterer mit seiner Unterseite in einem Ab- geln der Abgabe des in dem Generator erzeugten

Dampfes dient und mit dem oberen Ende 41 des Dann tritt das Wasser in die untere Kammer 49 de: Rohrs 37 verschraubt ist. Anschlußteils 30 über, durch die es in Richtung de:

Der Durchmesser des unteren Teils 42 des Rohrs Pfeils 62 nach oben strömt, um in die Drosselöffnun 37 ist durch Abfräsen oder Abdrehen so verringert, gen 48 einzutreten, durch die es in Richtung de: daß nur noch eine relativ dünne Wand vorhanden ist 5 Pfeils 63 nach oben strömt, um danach die Ring und sich das Rohr beim Einbau in die benachbarten kammer 50 in Richtung der Pfeile 64 zu passieren konzentrischen Bauteile von oben nach unten durch Das obere Ende der Kammer 50 geht in die eng« die Gewindebohrung 39 in der Stirnwand 38 des Ringkammer 51 über, durch die das Wasser in Rieh Kappenteils 35 führen läßt. tung der Pfeile weiter nach oben zu dem Raum au:

Gemäß F i g. 1 ist zwischen den Rohren 33 und 37 io der Unterseite des inneren Flansches 38 des Kappen und konzentrisch damit ein mittleres Rohr 43 ange- teils 35 strömt, um dann seine Strömungsrichtung zi ordnet, dessen oberes Ende zwischen dem Kappen- ändern und zu beginnen, in Richtung der Pfeile 6( teil 35 und dem inneren Rohr 37 liegt und kurz vor nach unten durch die Ringkammer 52 zu strömen der Unterseite der Stirnwand 38 endet, so daß dort Zusätzlich zu dem Wasser, das senkrecht nach ober ein Spalt 44 vorhanden ist 15 in die Kammer 49 eintritt, strömt ein Teil des Was-

Das Anschlußteil 30 weist zwischen seinen Enden sers in Richtung der Pfeile 67 radial nach außer einen nach innen ragenden Flansch 45 auf. Das durch den Kanal 27. Vom äußeren Rand des Ringmittlere Rohr 43 ist nahe seinem unteren Ende mit kanals aus strömt das Wasser in Richtung des Pfeil; einem Außengewinde versehen und mit diesem in 68 nach unten durch den senkrechten Ringkanal 28 eine Gewindebohrung 46 des Flansches 45 einge- ao von dem aus das Wasser in Richtung des Pfeils 69 schraubt. Zu dem Rohr 43 gehört eine nach unten radial nach innen durch den waagerechten Ringkanal ragende Verlängerung 47, deren Außendurchmesser 29 strömt, um dann zu dem äußeren konischen Kadurch Abfräsen oder Abdrehen so verkleinert ist, daß nal 19 zwischen dem Läufer 16 und dem Hauptköres sich beim Einbau durch die Gewindebohrung 46 per Hades Gehäuses 11 zurückzukehren,
des Flansches 45 führen läßt Diese Anordnung äh- 25 Das Wasser füllt jetzt die gesamte sich erweiternde nelt der bezüglich des inneren Rohrs 37 beschriebe- Kammer aus, die in der erwähnten Weise zahlreiche nen. Kanäle enthält, welche eine gewundene Bahn bilder

Der innere Flansch 45 des Anschlußteils 30 weist und von dem Wasser durchströmt werden können mehrere in Umfangsabständen verteilte, senkrecht Die Welle 12 wird kurz vor dem Zeitpunkt in Dreverlaufende öffnungen 48 auf, die gegenüber dem 30 hung versetzt, in dem alle Teile des Generators mit Wasser in dem Dampfgenerator als Drosselkanäle zur Wasser gefüllt worden sind. Zu diesen Zweck wird Wirkung kommen und sich von einer durch das An- die Welle 12 mit einem Motor gekuppelt, so daß dei schlußteil 30 abgegrenzten unteren Kammer 49 zu Läufer 16 mit den durch die Schrauben 26 verbuneiner oberen Kammer 50 erstrecken, die über dem denen Teilen 24 und 25 mit einer relativ hohen Dreh-Flansch 45 liegt und sich zwischen dem mittleren 35 zahl umläuft, damit das Wasser unter der Wirkung Rohr 43 und dem äußeren Rohr 33 erstreckt. Das von Fliehkräften in der Kammer in sämtlichen Kanäobere Ende der Kammer 50 wird durch die Innen- len nach außen geschleudert wird, deren Lage eine flächen des Kappenteils 35 abgegrenzt. radiale Komponente aufweist. Zu diesen Kanälen

Zwischen dem Kappenteil 35 und dem mittleren gehört auch der große waagerecht verlaufende Ring-Rohr 43 erstreckt sich eine enge Ringkammer 51. 40 kanal 27. Dies führt sofort dazu, daß Wasser aus Konzentrisch mit der Kammer 51 ist eine zweite den am Ende abgeschlossenen Kanälen abgezogen langgestreckte, enge Ringkammer 52 angeordnet, die wird, und zwar an den inneren oder äußeren Enden zwischen dem mittleren Rohr 43 und dem unteren des Kanals 18 oder dem oberen Ende des Kanals 21, Ende 42 des damit konzentrischen inneren Rohrs 37 wodurch ein Unterdruck entsteht, der zusammen mit verläuft. Der Spalt 44 am oberen Ende des mittleren 45 den Zentrifugalkräften Wasser aus den am Boden Rohrs 43 verbindet die Ringkammem 51 und 52 mit- über eine Einschnürung abgeschlossenen Kanälen, einander. Der langgestreckte Ringkanal 52 führt zu bestehend aus den Kammern 49, 50, 51 und 52, nach einer ringförmigen öffnung 53 am unteren Ende der unten abzieht. Das auf diese Weise plötzlich und Verlängerung 42 des innersten Rohrs 37, welches zwangsläufig nach unten aus diesen am Boden mit einen axialen Kanal 54 abgrenzt, der den erzeugten 5° einer Einschnürung versehenen Kanal abgezogene Dampf zu dem Regelventil 40 leitet Wasser erzeugt einen zusätzlichen Unterdruck⁰ am

Um den Betrieb des Generators nach F i g. 1 ein- Boden dieses Kanals, also in dem Ausführungsbeizuleiten, wird unter normalem Leitungsdruck stehen- spiel nach F i g. 1 am oberen Ende des Aufbaus 32 des Wasser über den Einlaß 17 zugeführt, so daß im Bereich des Spaltes 44. Die so erzeugten Unter-Wasser in Richtung des Pfeils 55 zu der sich erwei- 55 drücke bewirken nunmehr ein eigenes Ansaugen, ternden bzw. gewundenen Kammer strömt und sie welches die Zentrifugalkräfte überschreitet und überfüllt Der Pfeil 56 deutet die Bewegung des Wassers windet, so daß das Wasser mit einer Schlagwirkung von dem Einlaß 17 durch den Ringkanal 18 und zu zu den Enden der abgeschlossenen Kanäle 18 und 21 dem konischen Kanal 19 an, wo das Wasser weiter sowie in den mit einer Einschnürung am Boden abin Richtung des Pfeils 57 nach oben strömt, um dann 60 geschlossenen Kanal des Aufbaus 32 zurückkehrt in Richtung des Pfeils 58 durch die radialen Kanäle Das plötzliche Auftreffen des Wassers auf die geschlos-20 zu dem inneren konischen Kanal 21 zu gelangen, senen Enden bzw. das eingeschnürte Ende des Kadurch den es in Richtung des Pfeils 59 nach unten nals unterbricht die Bewegung der Wassersäule, und strömt. An das untere Ende des Kanals 21 schließt es wird ein Stoß von erheblicher Stärke auf die Wassich der Ringkanal 22 an, durch den das Wasser in 65 serfüllung ausgeübt Dieser Stoß oder Wasserschlag Richtung des Pfeils 60 radial nach innen zu dem führt zu einer Erhöhung der Temperatur und des axialen Kanal 23 des Läufers 16 strömt, um sich dann Drucks des Wassers. In dem Werk »Handbook of in Richtung des Pfeils 61 nach oben zu bewegen. Hydraulics« von Horace King, verlegt durch

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McGraw-Hill, 4. Auflage, S. 6-21, werden der Wasserschlag und seine Entstehung beschrieben. In diesem Handbuch wird festgestellt, daß dann, wenn ein Kanal in einer Rohrleitung plötzlich geschlossen wird (was dem Vorhandensein des geschlossenen Bodens bei dem Kanal des Dampfgenerators nach der Erfindung entspricht),

»in dem Rohr zusätzlich zu dem normalen statischen Druck ein dynamischer Druck erzeugt wird. Dieser dynamische Druck wird gewöhnlich als Wasserschlag bezeichnet. Er wird durch die plötzliche Umwandlung kinetischer Energie in Druckenergie hervorgerufen.«

In dem Werk »Shockwaves in Chemistry and Physics« behandelt J.N.Bradley im V.Kapitel auf S. 172 das Messen thermodynamischer Größen und stellt fest, daß

».. . eine Stoßwelle in einem flüssigen Medium durch einen geringen Temperaturanstieg und eine extrem große Änderung des Drucks gekennzeichnet ist.«

Gemäß der Erfindung werden somit in der sich erweiternden Wasserfüllung absichtlich Stoßwellen erzeugt, um einen Anstieg sowohl der Temperatur als auch des Drucks herbeizuführen. Zwar ist die durch jeden bewirkte Temperatursteigerung gering, doch folgen Stöße ständig aufeinander, wodurch die Stöße verstärkt werden, so daß eine erhebliche Steigerung der Temperatur der gesamten Wasserfüllung hervorgerufen wird. Jeder Stoß, der durch die plötzliche Beendigung der Strömungsbewegung des Wassers am abgeschlossenen Ende des Kanals verursacht wird, erzeugt einen Druck von etwa 43,6 bar für jede Geschwindigkeitseinheit von 1 Fuß (rund 0,305 m) je Sekunde. Zwar wird dieser Druck nur kurzzeitig aufrechterhalten, doch kumuliert sich die Wirkung der nachfolgenden Stoßwellen, und während sich der Druck auf alle Teile der Wasserfüllung verteilt, steigt die Temperatur des Wassers erheblich an, und sie geht nicht so leicht wieder verloren wie der Druck. Die Temperatur steigt in einem so überraschenden Ausmaß an und bleibt derart erhalten, daß nahezu augenblicklich Dampf erzeugt wird, der beginnt, durch das Rohr 37 in dem durch das Rohr abgegrenzten Kanal 54 in Richtung des Pfeils 70 nach oben zu strömen. Noch nicht in Dampf verwandeltes Wasser, das sich in verschiedenen Stadien der Erwärmung befindet, wird in Richtung der Pfeile 71 nach unten gesaugt, woraufhin sich das Arbeitsspiel wiederholt, wobei die sich schnell verstärkenden Stoßwellen bewirken, daß sich das Wasser noch leichter in Dampf verwandelt, der dann in Richtung der Pfeile 70 nach oben strömt und über das verstellbare Ventil 40 abgegeben werden kann. Natürlich wird über den Einlaß 17 ständig weiteres Wasser zugeführt, um den Generator gefüllt zu halten und ständig den Teil der Wasserfüllung zu ersetzen, der in Dampf verwandelt und über das Ventil 40 abgegeben und dem jeweiligen Verwendungszweck zugeführt worden ist

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausfühningsform eines Dampfgenerators ähnlich demjenigen nach Fig. 1, welcher hier in erster Linie zu dem Zweck dargestellt ist, erkennen zu lassen, daß auch anders ausgebildete Gehäusekammern benutzt werden können. Wie bezüglich des Generators nach Fig. 1 erläutert, ist eine divergierende Wasserkammer vorhanden, die nicht eine beliebige Form hat, sondern, wie ausdrücklich festzustellen ist, einen oder mehrere Kanäle mit abgeschlossenem unteren Ende aufweist, die mit einem Unterdruck beaufschlagt werden können, wobei ein oder mehrere radiale Kanäle oder Kanäle mit radialen Richtungskomponenten zum Erzeugen einer Fliehkraftwirkung vorhanden sind. Der Dampfgcnerator 80 nach F i g. 5 weist ein ortsfestes Gehäuse 81 auf. Zu diesem Gehäuse gehören ein Hauptkörper 81 a, eine obere Abdeckung 81 b, die mit dem Hauptkörper durch einen Kranz von in Umfangsabständen verteilten Kopfschrauben 8Ic^- verbunden ist, sowie eine untere Abdeckung SId, die an dem Hauptkörper mittels eines Kranzes von in Umfangsabständen verteilten Schrauben 81 e befestigt ist und einen nach unten ragenden rohrförmigen zentralen Ansatz 81/ aufweist, mit dem ein unterer Deckel 81g durch einen Kranz von in Umfangsabständen verteilten Schrauben 81 /1 verbunden ist.

In dem rohrförmigen Abschnitt 81 / der unteren Abdeckung 81 d ist mittels einer Rollenlageranordnung 84 eine stehend angeordnete, durch einen Motor antreibbare Welle 82 mit einer Ringschulter 83 gelagert. Die inneren Laufringe der Rollenlager sind senkrecht übereinander zwischen der Ringschulter 83 der Welle 82 und dem ortsfesten Deckel 81g angeordnet. In die untere Abdeckung 81 d ist ein Dichtungsring 85 eingebaut, der in Reibungsberührung mit der Welle steht, um eine über der Dichtung liegende Kammer gegenüber den darunterliegenden Teilen abzudichten.

An das obere Ende der Welle 82 schließt sich ein allgemein konischer Läufer 86 an, der in dem äußeren Gehäuse 81 drehbar ist und zusammen mit ihm eine sich allgemein erweiternde bzw. divergierende Kammer zum Aufnehmen von Wasser abgrenzt, das Stoßwellen ausgesetzt werden soll, um seine Temperatur und seinen Druck erheblich zu steigern. In die untere Abdeckung 81 d ist ein Einlaß 87 eingebaut, über den der sich erweiternden Kammer in dem Gehäuse 81 sowie in dem Läufer 86 und an dessen Umfang Wasser zugeführt werden kann. Die Kammei wird aus den bezüglich der Kammer der Vorrichtung nach Fig. 1 genannten Gründen als eine sich erweiternde Kammer bezeichnet. Zu der Wasserkammei gehört ein waagerecht verlaufender Ringkanal 88 zwischen der unteren Abdeckung 81 d und dem Laufer 86, der mit seiner Unterseite in einem senkrechten Abstand über der Abdeckung 81 d angeordnet ist um diesen Kanal abzugrenzen. Gemäß F i g. 5 stefr der Wassereinlaß in direkter Verbindung mit den" Ringkanal 88. Zwischen dem Gehäusehauptkörpei 81a und dem Läufer 86 erstreckt sich ein sich nacr oben erweiternder bzw. divergierender konischei Ringkanal 89. Der Läufer 86 weist mehrere radia nach innen verlaufende, in Umfangsabständen ver teilte Öffnungen 90 auf, die an ihren äußeren Endei in Verbindung mit dem konischen Kanal 89 stehen und deren innere Enden unmittelbar in einem nacl unten konvergierenden konischen Kanal 91 münden Diese Anordnung der verschiedenen Kanäle nacl Fig. 5 ist auch aus Fig. 6 ersichtlich. Der innen konische Kanal bildet bei der Ausführungsform nacl F i g. 5 einen an einem Ende bzw. am Boden abge schlossenen Kanal der weiter oben beschriebenei Art.

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Der Läufer 86 setzt sich aus einem allgemein becherförmigen Bauteil 92, einem darin angeordneten Mittelstück 93 und einer runden scheibenförmigen Abdeckung 94 zusammen, welch letztere durch mehrere in Umfangsabständen verteilte Kopfschrauben 95 mit dem äußeren Bauteil 92 verbunden ist. Ferner ist ein innerer Kranz von in Umfangsabständen verteilten Kopfschrauben 96 vorhanden, welche die Abdeckung 94 mit dem Mittelstück 93 des Läufers verbinden. Diese drei Läuferteile bilden zusammen mit den Kopfschrauben 95 und 96 eine zusammenhängende Baueinheit, die sich als Läufer in dem ortsfesten Gehäuse 81 dreht und hierbei Stoßwellen erzeugt, um die Temperatur der Wasserfüllung zu erhöhen, bis Dampf entsteht.

Der Läufer 86 weist einen waagerecht verlaufenden Ringkana! 97 auf, der sich zwischen dem Mittelstück 93 und der Abdeckung 94 erstreckt. Das Mittelstück 93 ist an seinei ringförmigen oberen Stirnfläche so abgefräst oder abgedreht, daß beim Zusammenbau der Teile der Ringkanal 97 entsteht. Ferner ist der Läufer mit mehreren in Umfangsabständen verteilten, senkrechten Kanälen 98 versehen, die einen mit der Achse des zusammengesetzten Läufers allgemein konzentrischen Kranz bilden. Der mittlere Teil des Mittelstücks 93 ist nicht abgefräst, so daß er seine volle Höhe aufweist und sich zur Anlage an der Unterseite der Abdeckung 94 bringen läßt. Werden die Kopfschrauben 96 festgezogen, kommt daher der höhere ringförmige Abschnitt 99 des Mittelstücks 93 als Abstandshalter zur Wirkung, der den äußeren Teil der oberen Stirnfläche des Mittelstücks im gewünschten Abstand von der Unterseite der Abdekkung 94 hält. Auf diese Weise wird der radiale Ringkanal 97 abgegrenzt, der den konischen inneren Kanal 91 mit den am oberen Ende offenen und am unteren Ende geschlossenen Kanälen oder Bohrungen 98 verbindet. Ferner weist der Läufer einen mit seiner senkrechten Achse konzentrischen senkrechten Kanal 100 auf, der an der Unterseite des Mittelstücks 93, wo das Mittelstück am Boden des becherförmigen äußeren Teils 92 des Läufers anliegt, mit einer Erweiterung 101 versehen ist. Gemäß F i g. 5 sind mehrere radial verlaufende Öffnungen oder Kanäle 102 von relativ kleinem Durchmesser vorhanden, von denen jeder einen der am unteren Ende abgeschlossenen senkrechten Kanäle 98 mit der Erweiterung oder Kammer 101 in der Mitte des Läufers verbindet. Die radialen Kanäle 102 liegen etwas höher als die geschlossenen unteren Enden der Kanäle 98. Diese engen Entlastungskanäle 102 ermöglichen es dem erzeugten Dampf, gegenüber dem Läufer radial nach innen zu strömen und zu dem Kanal 100 zu gelangen, der den Dampf nach oben zu einem sich daran anschließenden Kanal 103 von größerem Durchmesser leitet, aus dem der Dampf ungehindert entweichen oder mittels eines venstellbaren Ventils der in F i g. 1 bei 40 dargestellten Art nach Bedarf abgegeben werden kann.

Um den Dampfgenerator nach F i g. 5 zu betreiben, führt man ihm ähnlich wie bei dem Dampfgenerator nach F i g. 1 Wasser über den Einlaß 87 in Richtung des Pfeils 104 zu. Das Wasser strömt dann durch den Ringkanal 88 in Richtung der Pfeile 105 «im Eingang des konischen Kanals 89, durch den das Wasser dann in Richtung des Pfeils 106 nach oben zu dem Punkt strömt, an dem sich an diesen einen vollen Ringquerschnitt aufweisenden Kanal die radialen

Kanäle 90 anschließen, die in Richtung des Pfeil 107 durchströmt werden. Wie erwähnt, steht der kon zentrische innere konische Kanal 91 in Verbindun] mit den radialen Kanälen 90, so daß das Wasser ii Richtung des Pfeils 108 in ihn einströmt, um ihn zi füllen. Sobald der ringförmige untere Teil des Ka nals 91 gefüllt ist, strömt das Wasser radial nacl innen in Richtung des Pfeils 109 über die Oberseiti des äußeren Teils des Läufermittelstücks 93 durcl

ίο den Kanal 97. An den inneren Rand des Ringkanal! 97 schließen sich die oberen Enden der am unterer Ende geschlossenen senkrechten Kanäle 98 an, se daß das zugeführte Wasser in Richtung der Pfeil« 110 nach unten strömt, bis die gesamte sich erwei

ternde Kammer gefüllt ist, die durch die in verschiedenen Richtungen verlaufenden Kanäle gebildet wird Die meisten genannten Pfeile zum Bezeichnen del Stromungsrichtung des Wassers in den verschiedener Kammern und Kanälen sind als Doppelpfeile ge-

zeichnet, um anzudeuten, daß das Wasser beim Betneb des Generators jeweils in der einen oder der anderen Richtung strömen kann.

Bevor sich der Dampfgenerator vollständig mil Wasser gefüllt hat, wird die Welle 82 mit dem Lau-

fei· 86 in Drehung versetzt, so daß der Läufer eine relativ hohe Drehzahl erreicht. Hierbei wird die Wasserfullung zunächst in allen radialen Kanälen und den eine radiale Richtungskomponente aufweisenden Kanälen der Wirkung von Fliehkräften ausgesetzt. Bei

dem Generator nach Fig. 5 wird die Fliehkraftwirkung m erster Linie in dem radial verlaufenden waagerechten Ringkanal 97 von großer Breite hervorgerufen. Hierdurch wird bewirkt, das die Wassersäulen, die sich in den am unteren Ende abgeschlosse-

nen Kanälen 98 befinden, innerhalb des Läufers von den geschlossenen unteren Enden wec nach oben gesaugt werden.

Nahezu augenblicklich wird dann in allen geschlossenen unteren Enden der Kanäle 98 ein Unterdruck

erzeugt, der schließlich die in der entgegengesetzten Richtung wirkende Fliehkraft überschreitet und überwindet, so daß die Wassersäulen veranlaßt werden, sch agartig in die geschlossenen unteren Enden zurückzuströmen. Wie bezüglich der Wirkungsweise

des Dampfgenerators nach Fig. 1 erläutert, führt die Unterbrechung der Bewegung des Wassers durch die geschlossenen unteren Enden der Kanäle dazu, daß aut das Wasser in dem sich erweiternden Raum Stoßwellen wirken, so daß eine schrittweise Steigerung

sowohl der Temperatur als auch des Drucks des Wassers eintritt^ Die fortlaufende Drehung des Läufers fuhrt zur Entstehung zahlreicher Stoßwellen bzw. Wasserschlage, durch deren Aufeinanderfolgen praktisch eine Verstärkung der Stöße bewirkt wird. Daher

Γη· T y^erS^{Ieich zu} nur einem Stoß jetzt eine erhebliche Steigerung der Temperatur erzielt, während die Drucke zwar auf ähnliche Weise ansteigen, jedoch m dem Oenerator schnell wieder verlorengehen. Die Umwandlung von Wasser in Dampf beginnt allgemein

im Bereich der geschlossenen unteren Enden der Kanäle y», wo das zurückströmende Wasser die stärkste vvasserschlagwirlmng ausübt Dieser frisch erzeugte •M^m?«^^{nn radiaI nach innen} durch die engen Ka-

6< K⁸S ^?v."l ^htung der Pfeile 111 entweichen. Sobald sich der Dampf im mittleren Teil des Läufers befindet, strömt er in Richtung der Pfeile 112 senkrecht nach oben durch die sich aneinander anschließenden Kanäle 101,100 und 103.

-.--.iigi*!

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II

Beide anhand von Fig. 1 bzw. F i g. 5 beschriebenen Vorrichtungen ermöglichen das Erzeugen von Dampf. Ihre gemeinsamen Merkmale bestehen in den ortsfesten Gehiiusen mit den darin angeordneten Läufern, die zusammen mit den Gehäusen sich erweiternde bzw. divergierende Kammern abgrenzen, den gewundenen Kanälen, mindestens einem am unteren Ende abgeschlossenen Kanal und einem weiteren Kanal, der es ermöglicht, mit Hilfe von Fliehkräften auf die Wasserfüllung Kräfte aufzubringen, welche ent-

gegen den Kräften wirken, die durch den Unterdruck in dem bzw. jedem am unteren Ende abgeschlossenen Kanal erzeugt werden. Bei der Vorrichtung nach F i g. 1 ist der Kanal mit geschlossenem Boden in dem ortsfesten Gehäuseteil untergebracht, während bei der Vorrichtung nach F i g. 5 die Kanäle mit geschlossenem Boden in dem drehbaren Läufer angeordnet sind. Somit ist es im Rahmen der Erfindung möglich, verschiedene Ausführungsformen vor ίο Dampfgeneratoren zu schaffen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

24 OO 588 Patentansprüche:

1. Dampf generator mit einer zwischen einem Läufer und einem Gehäuse gebildeten, einen Wasserzulauf und einen Dampfablaß aufweisenden Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Kammer einen am Ende geschlossenen Kanal (18, 21; 88, 89, 91, 98) und mindestens ein anderer Teil der Kammer einen der Wirkung von Fliehkräften ausgesetzten Kanal (18, 19, 20, 21, 22, 27, 29; 88, 89, 90, 91, 97) aufweist, derart, daß bei angetriebenem Läufer (16, 86) im Wasser innerhalb der Kammer Stoßwellen entstehen.

2. Dampfgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (16; 86) eine allgemein konische Außenfläche besitzt.

3. Dampfgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der am Ende geschlossene Kanal (18; 88) in dem Rotorgehäuse (11, 81) ausgebildet ist.

4. Dampfgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der am Ende geschlossene Kanal (21; 91, 98) in dem Läufer (16; 86) ausgebildet ist.

5. Dampfgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen ersten engen konischen Ringkanal (19; 89) zwischen dem Gehäuse (11; 81) und dem Läufer (16; 86) und einen zweiten dazu konzentrischen engen konischen Ringkanal (21; 91) im Läufer (16; 86) umfaßt, welche durch mehrere in Umfangsabständen verteilte Radialkanäle (20; 90) im Läufer miteinander verbunden sind.

6. Dampfgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (16; 86) einen zentralen senkrechten Kanal (23; 100, 101) aufweist, der über einen radialen Kanal (22; 97,102) mit dem zweiten konischen Ringkanal (21; 91) verbunden ist.

7. Dampfgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem zentralen senkrechten Kanal (23; 100, 101) eine Einrichtung (54, 37, 40; 103) zum Abziehen des erzeugten Dampfes zugeordnet ist.

8. Dampfgenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der konischen Ringkanäle (19, 21; 98, 91) unmittelbar als um ein Ende geschlossener Kanal ausgebildet ist (oberes geschlossenes Ende des Kanals 21; unteres geschlossenes Ende des Kanals 91 bzw. 98).

9. Dampfgenerator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abziehen des Dampfes einen Hilfskanal (22; 102) zwischen dem am Ende geschlossenen Kanal (21; 91, 98) und dem zentralen senkrechten Kanal (23; 100,101) aufweist.

10. Dampfgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der am Ende geschlossene Kanal (21; 91, 98) durch mehrere allgemein senkrecht verlaufende, am unteren Ende geschlossene, im Abstand kranzförmig im Läufer (86) ausgebildete Bohrungen (98) umfaßt, deren obere Enden über radiale Kanäle (97) mit dem zweiten konischen Kanal (91) verbunden sind und die jeweils zwischen ihren Enden über Drosselkanäle (102) mit dem zentralen Kanal (100,101) verbunden sind.

11. Dampfgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem den Läufer enthaltenden Gehäuseteil (11) ein Aufbau (32) aufgesetzt ist, der mehrere konzentrisch angeordnete Rohrteile (33, 43, 37) und am oberen Ende einen konzentrischen engen Ringkanal (44) aufweist.

12. Dampfgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Rohrteile (33, 43, 37) miteinander abwechselnd weite Kanäle (49, 50) und enge Kanäle (48, 51) bilden.