DE3333902A1 - Elektrodampferzeuger - Google Patents

Description

P.5823 Stph

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft/ Winterthur, Schweiz

Elektrodampferzeuger

Die Erfindung betrifft einen Elektrodampferzeuger mit

_Letwa> einem Druckgefäss, in dem auf mindestens einef^vertikalen Achse zwei Schalen übereinander angeordnet sind/ von denen die eine von der Druckgefässwand elektrisch isoliert aufgestellt und mit einer Stromzufuhr verbunden ist, wogegen die andere mit der Druckgefässwand elektrisch verbunden ist, wobei Mittel vorhanden sind, die Wasser aus einem Sumpf des Druckgefässes in die obere Schale pumpen, und wobei die Schalen so ausgebildet sind, dass das Wasser aus der oberen Schale filmartig zur unteren Schale strömt und aus dieser in den Sumpf des Druckgefässes zurückströmt.

Ein solcher Dampferzeuger ist aus Fig. 5 der CH-PS 612 4 91 bekannt. Bei dieser Konstruktion mit einfacher Schale und einfacher Ueberlaufkante ist der Querschnitt des fallenden Wassers - und damit die Leistung des

Dampferzeugers - direkt vom Durchmesser der Schale abhängig. Die Dicke der fallenden Wasserschicht darf einen gewissen Wert nicht übersteigen, weil eine dickere Wasserschicht ein Herumspritzen von Wasser zur Folge hätte, was vermieden werden muss. Die Kesselleistung ist deshalb an den Schalendurchmesser gebunden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Elektrodampferzeuger der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei gegebener Schalengrösse eine höhere Leistung hat, um einerseits den Investitionsaufwand pro kWh zu verringern und andererseits mit derselben Schalengrösse Dampferzeuger verschiedener Leistung ausrüsten zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass auf jeder vertikalen Achse mehr als ein Paar der genannten Schalen übereinander derart angeordnet sind,

,filinartig,
dass das Wassef^aus der jeweils unteren Schale eines oberen Schalenpaares zur jeweils oberen Schale eines darunter befindlichen Schalenpaares und erst von der unteren Schale des untersten Schalenpaares in den Sumpf des Druckgefässes strömt. Ein zusätzlicher Vorteil der neuen Lösung ist darin zu sehen, dass die Antriebsleistung der Mittel zum Pumpen des Wassers pro umgesetzte kWh erheblich vermindert wird und dass auch der konstruktive Aufwand für diese Mittel verringert werden kann, weil die umgewälzte Wassermenge verkleinert wird.

Gegenüber den bekannten Ausführungsformen nach CH-PS 216 491 .mit Ueberlaufkanten, die durch gerade oder

evolventenförmige Schlitze in den Schalen gebildet werden, hat die neue Lösung den Vorteil einfacher Ausbildung der Schalen, wie sie für Dampferzeuger kleinerer Leistung ohnehin hergestellt werden. 35

Bei der Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist der Raumbedarf für die Schalen besonders klein.

Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 3 wird die Antriebsleistung der Mittel zum Pumpen des WaWtäfc-'o gering/ weil das Wasser auf dem kürzesten Weg zur obersten Schale gefördert wird.

Die Ausführungsform nach Anspruch 4 führt zu dem konstruktiven Vorteil, dass nur drei Tragstangen nötig sind/ die überdies der Stromzufuhr dienen.

Die Ausführungsform nach Anspruch 5 gestattet, mit einer einzigen Umwälzpumpe einen Dampferzeuger für Drehstrom zu beschicken.

Durch die Anordnung nach Anspruch 6 wird vermieden, dass bei kleinerer Last das fallende Wasser sich zu stark in Tropfen auflöst, was zu Spritzern führen könnte. Ausserdem ergibt sich am Umfang des fallenden Wasserfilms eine Schwachstelle, über die der auf der Innenseite des Films entstehende Dampf in den Raum ausserhalb des Films entweichen kann.

Die Merkmale des Anspruchs 7 führen zu einem sehr schlanken Druckgefäss mit entsprechend geringer Wanddicke.

Durch die Verstellbarkeit gemäss Anspruch 8 lässt sich die Leistung der einzelnen Phasen ausgleichen, indem die Abstände zwischen jeweils zwei oberen Schalen so vergrössert werden, dass der Widerstand zwischen jeweils zwei vertikal benachbarten Schalen gleich gross bleibt, obschon im Bereich der unteren Schalen eine geringere Wassermenge strömt.

Durch die zusätzliche Wasserzufuhr nach Anspruch 9 kann zum Einstellen der Widerstände der Wasserschichten das in oberen Abschnitten des fallenden Wasser verdampfte Wasser ersetzt werden.
5

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in leicht schematisierter Darstellung einen Vertikalschnitt durch einen Elektrodampfer-

zeuger.

Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie II-II

in Fig. 1 in verkleinertem Massstab, 15

Fig. 3 einen Vertikalschnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 4 ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Detail.

Gemäss Fig. 1 und 2 enthält ein zylindrisches Druckgefäss 1 mit horizontaler Achse und mit mehreren Beinen drei etwa vertikale, in Längsrichtung des Gefässes hintereinander angeordnete Steigrohre 4, die im Grunde des Druckgefässes festgeschweisst sind. Die Steigrohre sind untereinander über eine horizontale Verteilleitung 6 verbunden, die im unteren Teil des Gefässes 1, im sog. Sumpf 3, in Längsrichtung verläuft.

Am Grunde des Druckgefässes 1 sind ferner zwei kurze Rohrabschnitte 11 in die Gefässwand eingeschweisst, in denen je ein Pumpenrad 12 drehbar angeordnet ist. Das Pumpenrad 12 sitzt auf einer Welle 13, die in einer Büchse 14 gelagert ist und an ihrem freien Ende ein Keilriemenrad 15 trägt. Die Büchse 14 ist an einem

Deckel 16 befestigt, der an einem Anschlussflansch 17 eines Stutzens 18 dicht befestigt ist, der seinerseits aussen am Druckgefäss 1 angeschweisst ist und das Pumpenrad 12 umgibt. Die Teile 11 bis 18 bilden zwei Umwälzpumpen 19, nämlich eine je Stutzen 18.

Aus dem Ringraum zwischen jedem Rohrabschnitt 11 und dem zugehörigen Stutzen 18 führt ein Verbindungsrohr 24 zur Verteilleitung 6. Die beiden Umwälzpumpen 19 werden über mit den Keilriemenrädern 15 zusammenwirkende Keilriemen (nicht gezeichnet) von Antriebsmotoren (ebenfalls nicht gezeichnet) mit variabler Drehzahl angetrieben, wodurch Wasser aus dem Sumpf 3 über die Verteilleitung 6 in die drei Steigrohre 4 gefördert wird.

Jedes Steigrohr 4 ist am oberen Ende mit einem Flansch 26 versehen, an dem eine flache Schale 27 mit gerundetem äusseren Rand 28 befestigt ist, der eine horizontale Ueberlaufkante für das Wasser bildet. An jedem Steigrohr 4 ist etwas oberhalb seiner halben Höhe mittels dreier Arme 30 eine Ringschale 32 befestigt, die das Steigrohr umgibt und den Querschnitt eines liegenden "S" aufweist. Dabei bildet der aussenliegende, gerundete Rand 33 der Ringschale eine Ueberlaufkante. Der innenliegende Rand 35 der Ringschale 32 endet auf einem höheren Niveau als die Ueberlaufkante 33. In der unteren Hälfte jedes Steigrohres 4 ist ein Blechring 40 vorgesehen, der dachförmigen Querschnitt aufweist und über drei Tragarme 41 am Steigrohr befestigt ist.

Auf etwa halber Höhe zwischen dem Rand 28 der obersten

32,

Schale 27 und dem Rand 33 der Ringschale 1st eine Ringschale 4 2 angeordnet, die die untere Schale des obersten Schalenpaares bildet und deren Querschnitt ebenfalls die Form eines liegenden "S" aufweist, das jedoch

etwa spiegelbildlich zum "S" der Ringschale 32 angeordnet ist. Bei der Ringschale 42 bildet der innere Rand 45 eine Ueberlaufkante, während ihr äusserer Rand 43 auf höherem Niveau endet als der Rand 45. Ausserdem ist an jedem Steigrohr 4 zwischen der Ringschale 32 und dem Blechring 4 0 eine Ringschale 4 2' angeordnet, die gleich ausgebildet ist wie die Ringschale 42 und die zusammen mit der Ringschale 32 ein unterstes Schalenpaar bildet. Die Ringschalen 42 und 42' sind über drei Stege 50 an Tragstangen 52 befestigt, die unter Zwischenschaltung von je einer inneren und einer äusseren Isolierhülse 54 bzw. 55 elektrisch isoliert am Druckgefäss 1 befestigt sind. An jeweils einer der drei die Isolierhülsen 54 und 55 durchdringenden Tragstangen 52 ist aussen eine Stromschiene 56 eines Drehstromnetzes mit den Phasen R, S, bzw. T angeschlossen. Das Druckgefäss 1 ist mit dem Nulleiter des Drehstromnetzes verbunden (nicht gezeichnet). Es weist im Scheitel einen Dampfabzugstutzen 60 auf. Ueberdies sind am Druckgefäss - nicht gezeichnet - ein Speisewasserzufuhrstutzen, mindestens ein Abschlämmstutzen, sowie eventuell ein Entgasungsstutzen angeschlossen. In jedem Steigrohr 4 ist eine Einstellklappe 62 vorgesehen.

Der beschriebene Elektrokessel funktioniert wie folgt:

Im Betrieb werden die beiden Umwälzpumpen 19 angetrieben, sodass Wasser aus dem Sumpf 3 über die drei Steigrohre 4 in die Schalen 27 gefördert wird. Aus den Schalen 27 läuft das Wasser über den Rand 28 in die Ringschalen 42, in denen ein Niveau gebildet wird. Ueber den inneren Rand 43 läuft das Wasser dann in die Ringschalen 32, in denen ebenfalls ein Niveau gebildet wird. Ueber den äusseren Rand 33 läuft das Wasser in die Ringschalen 42', wo wiederum ein Niveau gebildet wird. Aus den Ring-

⁴S'· schalen 42'rinnt das Wasser - deren inneren Randöiber-

AO

-Tf-

laufend - auf den Blechring 40 und strömt dann in den Sumpf 3 zurück.

Der Strom aus dem Drehstromnetz breitet sich im Betrieb des Dampferzeugers jeweils von den Ringschalen 42 und 42' aus nach oben zu den Schalen 27 bzw. 32 und nach unten zur Ringschale 32 bzw. zum Blechring 40 aus und fliesst von dort über die Steigrohre 4 zur Wand des Druckgefässes 1 zurück. Durch die freien Fallhöhen des Wassers zwischen den Schalen 27 und 42; 42 und 32; 32 und 42' sowie zwischen der Ringschale 42' und dem Blechring 40, welche Fallhöhen unter sich etwa gleich eingestellt sind, durch die durchgesetzte Wassermenge sowie durch die eingestellte Leitfähigkeit des Wassers weist jedes der drei Elektrodensysteme einen bestimmten Widerstand auf. Mit Hilfe des Einsteilens der Klappen 62 lassen sich diese Widerstände gegeneinander abgleichen.

Infolge des Stromdurchflusses wird das im Druckgefäss enthaltene Wasser zunächst erhitzt und - sofern dies gewünscht wird und Zu- und Abfuhr des Wassers entsprechend eingestellt werden - verdampft, wobei ein gewünschter Druck und die zugehörige Sattdampftemperatur erreicht werden.
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Der beschriebene Elektrodampferzeuger zeichnet sich durch eine sehr einfache und übersichtliche Konstruktion aus.

Gemäss Fig. 3 ist ein Druckgefäss 1' mit vertikaler Achse vorgesehen. Das Druckgefäss enthält nur ein Steigrohr 4, das unten über eine im Sumpf 3 angeordnete Umwälzpumpe 19' mit Wasser aus dem Sumpf versorgt wird. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, trägt das Steigrohr 4 eine obere Schale 27. Weiter sind drei

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- 8Γ -

Ringschalen 42R, 42S und 42T vorgesehen, die höhenverstellbar sind und von radial angeordneten Stangen getragen werden, die sich durch Isolierhülsen 59 hindurch erstrecken. Die drei Ringschalen 42R, 42S, 42T sind mit den drei Phasen R, S bzw. T eines Drehstromnetzes verbunden. Unterhalb jeder Ringschale 42R, 42S und 42T ist eine Ringschale 32R, 32S bzw. 32T vorgesehen, die über je drei Arme 30 mit Manschetten 31 verbunden sind, die am Steigrohr 4 höhenverstellbar befestigt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind also drei Schalenpaare übereinander angeordnet.

Durch Höhenverstellung der Ringschalen 42R, 42S, 42T und 32R, 32S, 32T lassen sich die Fallhöhen des Wassers so einstellen, dass die Widerstände in den drei Phasen trotz der wegen der Verdampfung von Wasser von oben nach unten kleiner werdenden Wassermenge gleich gross werden. Eine ungleiche Belastung der drei Phasen kann dadurch, wenigstens für eine bestimmte Last, vermieden werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 ist bezüglich des Bauvolumens besonders günstig, denn das Druckgefäss wird schlank und verhaltnismassig leicht.

Im Betrieb des Dampferzeugers fliesst der Strom der Phase R von der Schale 42R über die Wasserschleier 67 und 68 zu den Schalen 32R bzw. 27, der Phase S von der Schale 42S über die Wasserschleier 65 und 66 und zu den Schalen 32S bzw. 32R und der Phase T von der Schale 42T über die Wasserschleier 63 und 64 zu den Schalen 32T bzw. 32S.

Ein Ausgleich der verdampften Wassermengen lässt sich - anstatt durch Höhenverstellung der Schalen - dadurch

- Sf -

erreichen, dass zum Beispiel mittels einstellbarer Drosselorgane zusätzliches Wasser aus dem Steigrohr 4 direkt in die Schalen 42S und 42T übergeleitet wird.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform, die sowohl in einem Elektrokessel nach Fig. 1 und 2 als auch in einem Elektrokessel nach Fig. 3 anwendbar ist, sind alle auf einer vertikalen Achse angeordneten Schalen

- von denen in Fig. 4 nur die Ringschalen 32 und 42'

gezeigt sind - etwas geneigt, so dass die Ueberlaufkanten der Schalen - hier 33 und 45' - in zueinander parallelen Ebenen e verlaufen, die gegenüber der Horizontalen h leicht geneigt sind. In Fig. 4 schliessen die Ebenen e und h den Winkel Ot ein, der in dieser Figur übertrieben gross gezeichnet ist. Durch dieses Schrägstellen der Schalen wird erreicht, dass bei kleiner werdender Last des Dampferzeugers das filmartig die Ueberlaufkanten 33 und 45" überströmende Wasser sich auf den in Fig. 4 rechten Teil des Umfangs jeder Schale konzentriert. Dadurch bleibt der Wasserfilm auf dem überströmten Teil des Umfangs dick genug, so dass er sich nicht in Tropfen auflösen kann, wie dies bei horizontaler Lage der Ueberlaufkanten der Fall wäre. Ferner entsteht durch das Schrägstellen der Schalen im Wasserfilm eine Schwachstelle oder Oeffnung - in Fig. 4 links

- über die der auf der Innenseite des Films entstehende Dampf in den Raum ausserhalb des Films entweichen kann.

Die mit der Anordnung nach Fig. 4 erzielten Effekte lassen sich auch dadurch erreichen, dass bei rechtwinkliger Anordnung der Ueberlaufkanten zur Längsachse des Tragrohres 4 diese Achse um den Winkel et zur vertikalen Achse geneigt wird, so dass entweder die Einbauten innerhalb des Druckgefässes oder das Druckgefäss mitsamt den Einbauten etwas schräg steht.

Claims (9)

Gebrüder Sulzer AG P.5823 Stph Pat entansprüche

1./Elektrodampferzeuger mit einem Druckgefäss, in dem y etwa.

auf mindestens einer vertikalen Achse zwei Schalen übereinander angeordnet sind, von denen die eine von der Druckgefässwand elektrisch isoliert aufgestellt und mit einer Stromzufuhr verbunden ist, wogegen die andere mit der Druckgefässwand elektrisch verbunden ist, wobei Mittel vorhanden sind, die Wasser aus einem Sumpf des Druckgefässes in die obere Schale pumpen, und wobei die Schalen so ausgebildet sind, dass das Wasser aus der oberen Schale filmartig zur unteren Schale strömt und aus dieser in den Sumpf des Druckgefässes zurückströmt, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder vertikalen Achse mehr als ein Paar der genannten Schalen übereinander der-

,,filiTiartig^ art angeordnet sind, dass das Wasser''aus der jeweils

unteren Schale eines oberen Schalenpaares zur jeweils oberen Schale eines darunter befindlichen Schalenpaares und erst von der unteren Schale des untersten Schalenpaares in den Sumpf des Druckgefässes strömt. 20

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder vertikalen Achse die unterhalb der obersten Schale angeordneten Schalen als Ringschalen ausgebildet und so bemessen sind, dass das Wasser die Ränder der Ringschalen jeweils abwechselnd aussen r . und innen überströmt.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum der auf jeder vertikalen Achse angeordneten Schalen ein in die oberste Schale mündendes

Steigrohr für das aus dem Sumpf in die oberste Schale zu pumpende Wasser vorgesehen ist und dass an diesem Steigrohr die - von oben gezählt - ungeradzahligen Schalen befestigt sind.
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4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die - von oben gezählt geradzahligen Schalen an ausserhalb ihrer Peripherie sich erstreckenden isolierten Trägern aufgehängt sind.

5. Dampferzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckgefäss auf drei vertikalen Achsen angeordnete Schalenpaare vorgesehen sind und jeder Achse eine der drei Phasen eines Drehstromnetzes zugeordnet ist, dass die Steigrohre über ein Verteilrohr miteinander verbunden sind, an dem die Mittel zum Pumpen in Form mindestens einer Umwälzpumpe angeschlossen sind, und dass mindestens zwei der Steigrohre einstellbare Drosselklappen aufweisen.

6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ueberlaufkanten aller Schalen in zueinander parallelen Ebenen verlaufen und dass diese Ebenen gegenüber der Horizontalen leicht geneigt sind.

7. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet/ dass die isoliert aufgehängten und auf einer vertikalen Achse angeordneten Schalen mit verschiedenen Phasen eines Drehstromnetzes verbunden sind.

8. Dampferzeuger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Schalen höhenverstellbar angeordnet ist.

9. Dampferzeuger nach Anspruch. 7, dadurch gekennzeichnet, dass der unteren Schale mindestens des untersten Schalenpaares - im Nebenschluss zur obersten Schale - zusätzlich Wasser aus dem Sumpf zugeführt wird.