DE723688C - Umlaufender, von Gasen umspuelter zylindrischer Waermeaustauscher, insbesondere fuer Speisewasser - Google Patents

Umlaufender, von Gasen umspuelter zylindrischer Waermeaustauscher, insbesondere fuer Speisewasser

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DE723688C
DE723688C DEM143092D DEM0143092D DE723688C DE 723688 C DE723688 C DE 723688C DE M143092 D DEM143092 D DE M143092D DE M0143092 D DEM0143092 D DE M0143092D DE 723688 C DE723688 C DE 723688C
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Germany
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liquid
heat exchanger
cylinder
gases
heat exchange
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DEM143092D
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English (en)
Inventor
Vladimir Farmakovski
Nicola Obradovic
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22DPREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D1/00Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters
    • F22D1/16Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters with water tubes arranged otherwise than in the boiler furnace, fire tubes, or flue ways
    • F22D1/20Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters with water tubes arranged otherwise than in the boiler furnace, fire tubes, or flue ways and directly connected to boilers

Description

  • Umlaufender, von Gasen umspülter zylindrischer Wärmeaustauscher, insbesondere für Speisewasser Die Erfindung bezieht sich auf einen umlaufenden, von Gasen umspülten zylindrischen Wärmeaustauscher, zweckmäßig mit in Umfangsrichtung verlaufenden Rippen auf der Außenseite des Zylinders für den Wärmeaustausch zwischen Gasen und Flüssigkeiten, besonders für die Erwärmung des Speise-Wassers 'von Lokomotiven, mit einem von Flüssigkeit vollkommen ausgefüllten, zweckmäßig durch radiale, parallel zur Achse oder schraubenförmig verlaufende Rippen unterteilten Mantelraum von geringer radialer Breite. Umlaufende Wärmeaustauscher, bei denen eine tropfbare Flüssigkeit eine andere tropfbare Flüssigkeit kühlt, sind bekannt, im besonderen solche, bei denen die Kühlflüssigkeit durch schraubenförmige Kanäle der zylindrischen Trommel geführt wird, die von außen ihren Antrieb erhält und von der abzukühlenden Flüssigkeit umgeben wird. Auch ist es bekannt, in der zu kühlenden Flüssigkeit Rohre kreisen zu lassen, weiche durch das sie durchströmende Kühlwasser selbst bewegt werden, das hinterher frei abläuft. Diese bekannte Vorrichtung ist aber nicht dafür benutzt und auch nicht dafür geeignet, um das Wasser hinterher, ohne es noch einmal pumpen zu müssen, seinem Hauptverwendungszwecke unter Druck zuzuführen.
  • Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die Speisepumpe einen zusätzlichen Druck zu 'dem für die Behälterspeisung erforderlichen Druck erzeugt, durch den eine den Vorwärmer in Umdrehung versetzende Wasserkraftmaschine angetrieben wird. Es wird also durch die sowieso für die Speisung des Behälters erforderliche Pumpe lediglich dadurch, daß diese das Speisewasser auf einen höheren Druck fördert, der umlaufende Wärmeaustauscher mittels des Speisewassers auf seinem Wege zum Behälter betrieben.
  • Die Zeichnung stellt in den Abb. z bis 3 und q. bis 7 zwei Beispiele von Speisewasservorwärmern nach der Erfindung dar, bei denen die Wasserkraftmaschine, welche den Wärmeaustauschzylinder antreibt, in raumsparender Weise in seinem Innern untergebracht ist.
  • Abb. i zeigt einen Schnitt C-C nach Abb. 2 durch den zylindrischen Wärmeaustauscher rechtwinklig zu dessen Achse, während Abb. 2 einen senkrechten Längsschnitt nach der Linie D-D der Abb. i darstellt. Die Abb. 3 ist ein Querschnitt nach der Linie E-E der Abb. 2.
  • Der Wärmeaustauscher besteht aus dem zylindrischen Körper 2, der außen mit Rippen 3 versehen ist, die als schraubenförmiges Band den Zylinder 2 umgeben. Die Rippen 3 können auch parallel zur Achse verlaufen. Über diesen mit Rippen 3 versehenen Zylinder 2 ist der Zylinder 4. geschoben, welcher außen mit Ringrippen 5 versehen ist, die zweckmäßig durch Einschnitte 15 unterbrochen sind, welche in Meridianebenen verlaufen, um die Gase, an denen die Rippen entlang streichen, immer wieder in wirbelnde Bewegung zu versetzen. Außen umschlossen wird der mit Ringrippen 5 versehene Zylinder 4. von dem Blechmantel 6, der einen ringförmigen Kanal ? zwischen'sich und dem Zylinder 4. frei läßt.
  • Die zu erwärmende Flüssigkeit wird durch das Rohr i o axial zugeführt und ebenso axial auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Wärmeaustauschzylinders abgeführt. U m eine Drehung des Zylinders zu ermöglichen, ist in bekannter Weise eine Stopfbüchse oder eine Labyrinthdichtung verwendet, wobei im letzten Falle die von der Labyrinthdichtung durchgelassene Flüssigkeit, ohne daß sich dadurch Unzuträglichkeiten ergeben, zurückgeführt werden muß.
  • Besonders vorteilhaft ist auch die Anwendung von Stulpringen für die Abdichtung, von denen je einer zu beiden Seiten einer mit Drucköl gefüllten Kammer vorgesehen ist. Inder mit Drucköl gefüllten Kammer kann sich außerdem das Kugellager befinden, welches den drehbaren Wärmeaustauschzylinder trägt. Damit dies Lager und die abdichtenden Stulpringe im Durchmesser möglichst klein ausfallen, empfiehlt es sich, die Zu-und Abführungsrohre an der Stelle, «#o sich Lager und Abdichtung befinden, auf einen kleineren Durchmesser einzuziehen, also an diesen Stellen höhere Strömungsgeschwindigkeit zuzulassen, wobei der hierfür geopferte Druckhöhenverlust zum größten Teil durch eine diftusorartige Querschnittserweiterung hinter der engsten Stelle zurückgewonnen «-erden kann. Die Abb.2 zeigt eine solche Ausführung, bei der auf der Eintrittsseite der Flüssigkeit ein Scheibendiffusor 18 vorgesehen ist, während sich auf der Austrittsseite der Flüssigkeit der Kegeldiffusor i9 befindet.
  • Die von links durch Stutzen 8 in das Blechgehäuse einströmenden Verbrennungsgase werden durch die Wand 2o, welche als umlegbare Klappe ausgeführt sein kann, nach unten abgelenkt und umströmen den mit Ringrippen 5 versehenen Wärmeaustauschzylinder ,l durch den Kanal?, der zwischen den Wärmeaustauschzylinder q. und der Gehäusewand 6 frei bleibt, um dann nach rechts das Blechgehäuse 6 durch Stutzen 9 zu verlassen. Durch die beiden Klappen 2o und 21 ist es möglich, wenn sie in die waagerechte Lage gedreht werden, die Verbrennungsgase geradlinig nach rechts durchzuführen, so daß der Wärmeaustauschzylinder von ihnen nicht umspült wird.
  • Das Zuführungsrohr io für das zu erwärmende Wasser ist innerhalb des Lagers und der Abdichtung in der oben beschriebenen Weise auf einen kleineren Durchmesser eingezogen. Wo das Wasser an der Stirnseite der sich drehenden Trommel in diese eintritt, ist der bereits obenerwähnte Scheibendiffusor 18 vorgesehen. Zwischen dessen Wänden, die zweckmäßig zur .Erzielung einer stoßfreien Beschleunigung des Wassers durch Führungsstege miteinander verbunden sind, wird das Wasser dem zwischen den Zylindern 2 und q. liegenden Wassermantel zugeführt, der einen schraubenförmigen Kanal bilden kann, der durch die schraubenförmig verlaufende Rippe 3, welche die Zylinder 2 und 4 verbindet, gebildet wird.
  • Ist das Wasser auf diesem schraubenförmigem Wege erwärmt am rechts liegenden Ende des Wärmeaustauschzylinders angelangt, so tritt es durch beispielsweise zwei diametral gegenüberliegende etwa tangential gerichtete öffnungen 25 aus dem Mantelraum des Wärmeaustauschzylinders in den von den Stirnflächen 26 und 27 gebildeten Raum, in welchem sich der an der Drehung nicht teilnehmende scheibenförmige Kanal 28 befindet, der von den in Ruhe bleibenden Wänden 29 und 3o gebildet wird, die durch nahezu radial verlaufende Stege miteinander verbunden sind. In diesem von ruhenden Teilen gebildeten Kanal 28 strömt das Wasser, welches die erwähnten öffnungen 2 5 verläßt, mit einer annähernd radial nach der Mitte zu gerichteten absoluten Geschwindigkeit. Auf die Weise erhält der Wärmeaustauschzylinder durch Reaktion durch das aus den öffnungen 25 austretende Wasser seinen Antrieb, indem der zusätzliche Druck des Speisewassers hierfür verbraucht wird.
  • Aus dem durch die ruhenden Wände 29 und 3o gebildeten Abflußraum 28 gelangt die Flüssigkeit durch den stark eingezogenen Teil des Abflußrohres, der von den Stulpdichtungen und von der Lagerung umgeben ist, zum Kegeldiffusor i g, in welchem die verhältnismäßig hohe Strömungsgeschwindigkeit im eingezogenen Teil zum größten Teil wieder in Druck umgesetzt wird und schließlich zum Rohre i z, das zum Kessel führt.
  • Eine etwas andere Ausführung für den ebenfalls wieder im Innern des Wärmeaustauschzylinders untergebrachten hydraulischen Antrieb zeigen die Abb. 4. bis 7. Die Abb. q. zeigt einen Längsschnitt nach der LinieF-F der Abb.5, die Abb.5 einen Querschnitt nach der Linie G-Gr der Abb. q., Abb. 6 einen Schnitt nach der Linie H-H der Abb. q. und Abb. 7 einen Schnitt B-B nach Abb. q.. Das durch das Rohr ro zugeführte Wasser gelangt in die in Ruhe befindliche Kammer 3 r, an der es am äußeren Umfange durch . zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen 32 und 33 nahezu tangential mit einer Geschwindigkeit austritt, welche, abgesehen von der erwünschten Relativgeschwindigkeit zwischen der Wand q. und der Flüssigkeit, der Umfangsgeschwindigkeit der wasserbespülten Oberfläche der Wand q. entspricht. Auch in diesem Falle kann die Flüssigkeit auf schraubenförmigem Wege zum ,anderen Stirnende der Trommel geführt werden. Dort tritt sie mit verhältnismäßig geringer relativer Umfangsgeschwindigkeit, jedoch mit hoher absoluter Umfangsgeschwindigkeit in den zwischen den beiden umlaufenden Stirnwänden 34. und 35 liegenden Raum ein, der durch Rippen 36 unterteilt ist. Diese Rippen bilden Führungsschaufeln für das Wasser und sind dementsprechend so geformt, daß sie an ihren äußeren Enden 'in der Richtung verlaufen, in welcher das aus dem Wassermantel in den Stirnraum übertretende Wasser strömt, während die Rippen 36 im weiteren Verlaufe nach der Drehachse zu nahezu radial gerichtet sind. Dadurch wird das nach der Achse zu strömende Wasser gezwungen, seine Tangentialgeschwindigkeit immer mehr zu ermäßigen und sein Arbeitsvermögen auf die umlaufenden Massen zu übertragen, wodurch der beabsichtigte Antrieb erfolgt.
  • Da der Antrieb des Wärmeaustauschzylinders, abgesehen von der Wasserreibung im Innern, nur die Reibung der Lagerung, der Abdichtung und der Gasschicht zu überwinden hat, so kann der Zylinder mit hoher Umfangsgeschwindigkeit betrieben werden, wodurch sich hohe Wärmeübergangswerte zwischen den Verbrennungsgasen und der äußeren Oberfläche des Wärmeaustauschzylinders ergeben. Auf diesem Wege ist es daher möglich, ohne Schwierigkeit Wärmedurchgangswerte zu erreichen, die über den üblichen liegen.
  • Bei beiden Ausführungen ist an der obersten Stelle des Wärmeaüstauschzylinders als Reinigungsvorrichtung die Drahtbürste 1q. vorgesehen, welche mit Hilfe der Stange 22 etwas von dem Wärmeaustauschzylinder abgehoben, oder, wenn dieser gereinigt werden soll, gegen ihn gedrückt werden kann. Der durch die Reinigungsvorrichtung von der Oberfläche des Wärmeaustauschzylinders abgestreifte Schmutz sammelt sich, so weit er nicht von den Verbrennungsgasen fortgeblasen wird, im Raume 17 an der tiefsten Stelle des Gehäuses 6, aus dem er entfernt werden kann.
  • Bei der Ausführung nach Abb. i bis .3 ist angenommen, daß der Wärmeaustauschzylinder sich der Strömung der Verbrennungsgase entgegendreht, während bei der Ausführung nach Abb. q. bis 6 die umgekehrte Drehrichtung für den Wärmeaustauschzylinder angegeben ist. Ob man die eine oder andere Drehrichtung wählt, hängt von der Zugstärke ,ab. Ist der Zug für die Verbrennungsgase besonders stark, so kann man den Wärmeaustauschzylinder der Strömungsrichtung der Verbrennungsgase entgegengerichtet sich drehen lassen, auf die Weise eine höhere Relativgeschwindigkeit zwischen der Oberfläche des Wärmeaustauschzylinders und den Gasen zu erzielen, was einen höheren Wärmeübergangswert zur Folge hat. Im entgegengesetzten Falle, wenn es wünschenswert ist, daß die Drehung des Wärmeaustauschzylinders .auf die Verbrennungsgase fördernd wirkt, ist es empfehlenswert, den Wärmeaustauschzylinder gleichgerichtet mit den Verbrennungsgasen zu bewegen.
  • Der beschriebene Wärmeaustauscher ist besonders vorteilhaft für die Speisewasservorwärmung bei Lokomotiven. Darüber hinaus kann er aber auch dort mit Vorteil angewandt werden, wo ein hoher Wärmeübergangswert besonders zwischen Gasen und Flüssigkeit angestrebt wird.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Umlaufender, von Gasen umspülter zylindrischer Wärmeaustauscher, zweckmäßig mit in Umfangsrichtung verlaufenden Rippen auf der Außenseite des Zylinders für den Wärmeaustausch zwischen Gasen und Flüssigkeiten, besonders für die Erwärmung des Speisewassers von Lokomotiven, mit einem von Flüssigkeit vollkommen ausgefüllten, zweckmäßig durch radiale, parallel zur Achse --oder schraubenförmig verlaufende Rippen unterteilten Mantelraum von geringer radialer Breite, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisepumpe einen zusätzlichen Druck zu dem für die Behälterspeisung erforderlichen Druck erzeugt, durch den eine den Vorwärmer in Umdrehung versetzende Wasserkraftmaschine angetrieben wird.
  2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Wärmeaustauschzylinder (2, 4) mit axialer Flüssigkeitszuführung (io) zu seinem von Flüssigkeit durchströmten Mantel und an seinem dem Flüssigkeitseintritt gegenüberliegenden Ende in der Nähe des Zylinderumfanges mit Öffnungen (25) für den nahezu tangentialen Flüssigkeitsaustritt aus dem Flüssigkeitsmantel und einem ruhenden, von zwei durch Stege verbundene Scheiben (29, 3o) gebildeten Abflußkanal (28) versehen ist.
  3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Wärmeaustauschzylinder am Stirnende des Flüssigkeitseintrittes mit einem durch zwei ruhende Scheiben gebildeten Flüssigkeitszuführungskanal (31) versehen ist, der am Umfang ciffnungen (32) für den tangentialen Flüssigkeitsaustritt zum Flüssigkeitsmantel des umlaufenden Zylinders (2, 4) besitzt, während sich am Abflußstirnende des Zylinders ein von zwei an der Drehung teilnehmenden, durch Stege (36j miteinander verbundenen Scheiben (34, 35.) gebildeter Abfluß befindet.
  4. 4. Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsführung an den Zu- und Abführungsstellen des drehbaren Wärmeaustauschers innerhalb der Stopfbüchsen auf einen kleinen Durchmesser eingezogen ist und sich in dem in Strömungsrichtung. dahinter liegenden Teil diffusorartig erweitert.
  5. 5. Wärmeaustauscher nach Anspruch i, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase entgegen der Drehrichtung der Trommel geführt werden.
DEM143092D 1938-10-22 1938-10-22 Umlaufender, von Gasen umspuelter zylindrischer Waermeaustauscher, insbesondere fuer Speisewasser Expired DE723688C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1016729B (de) * 1951-05-16 1957-10-03 Svenska Rotor Maskiner Ab Vorrichtung zur Waermeuebertragung von einem gasfoermigen oder fluessigen Medium zu einem anderen vermittels eines umlaufenden Rotors

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1016729B (de) * 1951-05-16 1957-10-03 Svenska Rotor Maskiner Ab Vorrichtung zur Waermeuebertragung von einem gasfoermigen oder fluessigen Medium zu einem anderen vermittels eines umlaufenden Rotors

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