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Dampferzeuger mit umlaufendem Verdampfer Die Erfindlulg bezieht sich
auf einen Dampferzeuger mit umlaufendem Verdampfer.
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Gemäß der Erfindung wird ein drehbar angeordneter Zylinderkessel mit
mehr oder weniger gewelltem Mantel in ein mehr oder weniger gewelltes Rauchrohr
eines Flammrohrkessels derart eingesetzt, daß zwischen den beiden gewellten Flächen
ein enger Zwischenraum verbleibt, durch den die zur Heizung des Kessels dienenden
Verbrennungsgase unter Druck und mit Geschwindigkeit geleitet werden. Durch Versetzen
der wellenförmig.en Wände zueinander werden dabei düsenartige Erweiterungen gebildet.
Diese Ausbildung eines Dampfkessels beruht auf folgenden Überlegungen: Bekan,ntlicli
kann bei gleicher Leistung die Heizfläche eines Dampfkessels- um so kleiner sein,
je größer die Wärmeübertragung in ihm ist. Diese ist wiederum um so größer, je größer
die Wärmeübergangszahl auf der Seite der Heizgase und der Seite des Wassers ist
und j e kleiner die Wandstärke derjenigen Teile ist, in: denen die Wärme übertritt.
Es ist daher anzustreben, den Wärmeübergang auf beiden Seiten zu verbessern.
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Auf der Seite der Heizgase wird dies durch die Bildung des spaltförmigen
Raumes mit den. düsenartigen Erweiterungen bezweckt. Der Heizgasstrom erleidet in.
dem Dampferzeuger gemäß der Erfindung eine stets wechselnde Geschwindigkeitsdruck-
und Richtungsänderung. Diese ergibt einen besseren Wärmeübergang, der abhängig ist
vom Um-Z>; von der Kanaloberfläche, der Kanälbreite usw. Je größere Hindernisse
der Heizgasstrom zu überwinden hat, desto größer wird der Wärmeübergang.
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Wenn die Kanaloberfläche glatt ist, so steht eine laminare Grenzschicht,
die das Eindringen der Wärme in die Kanalwände hindert. Ist die Oberfläche jedoch
künstlich gerauht und sorgt man dafür, daß im Gasstrom Wirbelungen entstehen, so
wird die an der Wand haftende laminare Grenzschicht gestört und dadurch der Wärmeübergang
bedeutend erhöht.
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Die Heizflächen an der Gasseite sind daher vorteilhaft mit Rillen,
Graten, Nuten oder anderen Profilen in Längs- und Querrichtung oder unter einem
beliebigen Winkel versehen, durch welche die durchziehenden Verbrennungsgase in
Wirbelung geraten, außerdem infolge der Drehbewegung des Innenkessels :erfaßt und
in wirbelnde Drehbewegung gebracht werden. Dadurch entsteht allerdings auf Kosten
des Druckes erstens eine größere Gasgeschwindigkeit, zweitens wird die an den Wänden
haftende laminare Grenzschicht gestört und so vermindert. Durch beide Wirkungen
wird die Wärmeübertragung auf der Seite des Gases vergrößert. -Die Verbrennungsgase
erleiden außerdem durch die für Dampferzeuger ohne umlaufende Heizflächen an sich
bekannte wellenartige Ausbildung des Zwischenraumes Richtungsänderungen. Je kleiner
das Verhältnis
der Spaltbreite zu dem Halbmesser der Krümmungen
der Wellenlinie ist, desto mehr vergrößert sich die Wärmeübertragung. Die Wellenlinien
zwingen die Verbrennungsgase ferner, die einzelnen Heizflächen in mehr oder weniger
:steiler Richtung zu treffen, welcher Umstand gleichfalls zur Vergrößerung der Wärmeübergänge
des Gases beiträgt.
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Die Vergrößerung der Wärmeübergänge auf der Seite des Wassers wird
durch die wellenartige Ausbildung des gedrehten Innenkessels ebenfalls bewirkt.
Das kältere Wasser wird bekanntlich durch die Fliehkraft an die Innenfläche des
sich drehenden Kessels geschleudert. Da diese Heizfläche wellenartig gestaltet ist,
erhält das hingeschleuderte Wasser in der Wölbung eine Beschleunigung, wodurch das
Losreißen und Wegspülen der Dampfblasen begünstigt werden. Da in einer 'Wölbung
zwei beschleunigte Wassermassen aufeinandertreffen, wird dadurch eine kräftige Wirbelung
hervorgerufen und so der Wärmeübergang durch Berührung erhöht.
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Die Wandstärke ist bei gleichem Druck und Halbmesser für eine Hohlkugel
nur halb so groß wie für einen Hohlzylinder. In Bezug auf Festigkeit stehen die
wellenförmigen Heizflächen gemäß der Erfindung zwischen Hohlkugel. und Hohlzylinder,
j@e nach dem Verhältnis des Wellenhalbmessers zu dem Halbmesser des gedrehten Zylinders.
Die Wandstärke kann demzufolge kleiner sein, wodurch der Wärmeübergang gleichfalls
erhöht -wird.
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Die Zeichnung stellt eine Ausführungsform des Kessels gemäß der Erfindung
dar.
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Abb. i ist ein vereinfachter Längsschnitt, Abb. z ein ebensolcher
Querschnitt.
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Abb.3 und 4 zeigen eine Einzelheit in Längs- und Querschnitt und in
größerem Maßstab. .
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i ist der äußere Dampfkessel, 2 dessen mehr oder weniger gewelltes
Rauchrohr und 3 der ebenfalls mehr oder weniger gewellte Mantel des Innenkessels.
Der äußere Kessel i ist entlang seiner Mittelebene geteilt, um den Zusammenbau zu
ermöglichen. Der Innenkessel 3 ist an beiden Enden durch Stirnwände 4, 5 abgeschlossen
und dadurch zu einer Trommel gestaltet, welche auf mittels einer beliebigen Übersetzung
angetriebenen Wellenstumpfen 6, 7 sitzt. Die Stirnwände 4, 5 tragen zwischen sich
einen dickwandigen Zylinder 8 (vgl. auch Abb. 3), an dem die Kesselwand 3 bei längeren
Kesseln durch Versteifungsringe 9 abgestützt ist, um die Durchbiegung der verhältnismäßig
dünnen Blechwand 3 zu verhindern.
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In den Zylinder 8 sind radial nach außen gerichtete Rohre io und radial
nach innen gerichtete Rohre i i eingesetzt.
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Das zur Speisung des Innenkessels dienende Wasser tritt durch ein
in die Bohrung der Welle 6 eingesetztes Rohr i z ein. Da sich der Zylinder 8 dreht,
bildet sich unter der Wirkirrig der Schleuderkraft an der inneren Wandung des Zylinders
8 ein zylindrischer Wassermantel 13, und das Wasser tritt dann, ebenfalls unter
der Wirkung der Schleuderkraft, durch die Rohre i o in den Innenkessel 3, in welchem
gleichfalls ein zylindrischer Wassermantel 14 entsteht, da der Kesselmantel 3 mitgedreht
Wird. An dem Mantel 3 wird das Wasser verdampft. Der Dampf strömt durch die Rohre
i i nach der Mitte des Zylinders B.
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Aus dem Innern des Zylinders 8 tritt der Dampf durch die axiale Bohrung
15 und durch radiale Bohrungen 16 der Welle 7 in den Dampfkesselraum
17. Letzterer umgibt die Welle 7 ringförmig und ist gegen Dampfverlust durch
Labyrinthdichtungen gesichert. Von hier aus wird der Dampf auf Überhitzerrohre 18
verteilt. Die überhitzerrohre sind im Raum ig des Kessels angeordnet, ebenso auch
die Vorwärmer 18' für die Verbrennungsluft.
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Das im äußeren Kessel i befindliche Wasser muß das Wellrohr z stets
vollständig bedekken. Um die an der untersten Zone des Wellrohres a entlang der
Heizfläche gebildeten Dampfblasen mit Sicherheit zu entfernen, ist an der untersten
Stelle des -\Vasserraumes des Außenkessels i ein Wasserbeweger, bestehend aus einer
in beliebiger Weise gedrehten Welle 2o und an ihr befestigten Schaufeln 21 (Abb.
i und z), eingebaut.
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Der mit feuerfestem Stoff (Schamotte) verkleidete Verbrennungsraum
2a 1:ann mit dem Kessel zusammengebaut oder von ihm getrennt sein. Die getrennte
Anordnung erscheint bei solchen Brennstoffen zweckmäßig, bei deren Verfeuerung sich
größere Mengen Rückstände (Asche) bilden. Es ergibt sich dadurch Gelegenheit, die
Gase so zu führen, daß sie die Verbrennungsrückstände nicht mit in den Zwischenraum
3o reißen, also ein Verstopfen dieses Raumes verhindert wird.
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In der Zeichnung ist die erstere Bauart dargestellt, bei welcher der
Verbrennungsraum zwecks Erleichterung der Auswechselung des Schamottefutters zweiteilig
ist. Der äußere Teil (Abb.3) schließt sich unmittelbar an die innere Fläche des
Rauchrohres 2 an, während der innere Teil der äußeren Fläche der Kesselwand 3 angeschlossen
ist. Der innere Teil ist bei der dargestellten Ausführungsform ein scheibenförmiger
Körper,, der gleichzeitig das Lager 23 für die Welle 6 des Innenkessels trägt.
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Der Verbrennungsraum 2a kann aus einzelnen Kammern bestehen oder ein
zusammenhängender ringförmiger Raum sein. Bei
Verpuffung des Brennstoffes
werden geschlossene Kammern verwendet. Wenn dagegen der Brennstoff, wie beim dargestellten
Ausführungsbeispiel vorausgesetzt wurde, bei gleichbleibendem Druck verbramit wird,
so wird der Verbrennungsraum offen ausgeführt.
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Der Verbrenn tuigsraum 22 -wird an beiden Seiten gekühlt. Bei der
dargestelltem Ausführungsform (Abb. 3) werden die beiden Teile des Verbrennungsraumes,
durch Bolzen 24,24' verbunden. Die Bolzen 24 sind durchbohrt. Das l,'Ziihhnittel
(Wasser) wird durch die Bohrring 2 5 eingefühlt und tritt in den inneren Kühlraum
a6 'und von hier durch die Bohrungen der Bolzen 24 in den äußeren Kühlraum 27..
Dadurch wird gleichzeitig auch der Verbindungsbolzen 24 gekühlt.
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Die vorgewärmte Verbrennungsluft wird unter Druck durch eine düsenartige
Bohrung 28, der Bremistoff durch die Düse 29 gleichfalls unter Druckeingeführt.
Im Raum 22 mischen sich Luft und Brennstoff und werden durch Selbstzündung oder
künstliche Zinndung verbrannt oder zur Verpuffung gebracht. Die Verbrennungsgase
strömen in den ringförmigen Spalt 30 zwischen den gewellten Kesselflächen
2 und 3.
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Die düsenförmige Gestaltung des Spaltes 3o läßt sich am einfachsten
dadurch erzielen, daß man die beiden Kesselflächen 2, 3 in Achsenrichtung gegeneinander
etwas versetzt, was durch die Verschiebung der Trommel in waagerechter Richtung
geschehen kann (Abb. 3, rechte Hälfte). Druckstufen können dadurch geschaffen werden,
daß man den wellenfflrmigen Spalt 30 zwischen den Flächen 2 und 3 stellenweise
unterbricht und kreisförmige Räume einschaltet.
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Die den Spalt 3o bildenden Kesselheizflächen sind mit Rillen, Graten,
Nuten oder anderen Profilen in Längs- oder Querrichtung oder unter einem beliebigen
Winkel versehen. Die anfangs laminare Gasströmung wird durch diese Rauheiten in
eine turbulente Strömung -umgewandelt. Der Innenkessel dreht sich und so auch die
daran befindlichen Rillen, Nuten usw., welche die anfangs gleichlaufend ,nach vorwärts
strömenden Verbrennungsgase zu einer drehenden, schraubenlinienförmigen, verstärkten
Bewegung zwingen. Durch die turbulente Ströinung und durch die drehende Bewegung
wird aber auch die laminare Grenzschicht gründlich gestört, teilweise mitgerissen
und dadurch verdünnt. Die heißen Gasteilchen kommen näher an die kalte Wand, so
daß die übergehende Wärmemenge wächst. Der Wärme-Übergang !erhöht sich also.
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Um deri Innenkessel in Umdrehung zu versetzen, kann z. B. am Austrittsende
der gedrehten Trommel eine Gasturbine 3 i (Abb. i ) vorgesehen werden. Die Heizgase
durchstreichen vor ihrem Austritt in den Raum i9 die Gasturbine 3 i und versetzen
die Trommel in Umdrehung.
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Als Brennstoff kann jeder Heizstoff oder explosiver Stoff beliebigen
Aggregatzustandes verwendet werden, der durch schnelle oder langsame Verbrennung,
Druck, Vakuum oder Änderung seines. Aggregatzustandes in. Gas-oder Dampfform verwandelt
wird und zur Wärmeabgabe fähig ist. Im Kesselkannmcht nur Wasser, sondern auch jeder
andere Stoff verdampft, erhitzt und überhitzt werden.