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Verfahren und Vorrichtung zur Dampferzeugung in Flüssigkeitswirbelbremsen
Es
ist bekallnt, die von Flüssigkeitswirbel bremsen aufgenommene Leistung in Dampf
überzuführen und auf diese Weise teilweise zurückzugewinnen. Bei der bekannten Ausführungsform
dieser Bremse mit am Rotor und Stator angeordnuten Taschen wird der Dampf in der
Nähe der Drehachse abgezogen, weil an dieser Stelle keine Flüssigkeit vorhanden
ist infolge der auftretenden Fliehkraft. Trotzdem läßt es sich nicht vermeiden,
daß Flüssigkeit mitgerissen wird,die in einem nachgeschalteten Dampfsammler ausgeschieden
wird.
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Fs ist ferner l>ekannt, aus dem wirksamen Teil der Flüssigkeitswirbellbremse
ein ausgesprochenes Dampfflüssigkeitsgemisch dadurch abzuführen, daß die Abzugskanäle
nicht nahe der Drehachse, sondern etwa im Wirbelzentrum der Bremse angeordnet sind.
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Nach dem Verfahren der Erfindung wird das aus dem Wirbelzentrum abgezogene
Flüssigkeitsdampfgemisch vorteilhaft unmittelbar in der gleichen Flüssigkeitswirbelbremse
zentrifugiert und die hierbei vom Dampf abgeschiedene heiße Flüssigkeit in die Bremse
zurückgeführt, so daß nur der als Dampf die Bremse verlassende Flüssigkeitsanteil
in der Bremse ersetzt zu werden braucht und ferner die Anordnung eines hesonderen,
von der Bremse getrennten Dampfsammlers zum Zwecke der Flüssigkeitsabscheidung sich
erübrigt.
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Nach einem weiteren NIerkmal der Erfindung wird die in der Bremse
ausgeschiedene heiße Flüssigkeit einer abermaligen Zentrifugierung elenfalls zweckmäßig
in der gleichen Bremse unterworden, bevor sie aus der Bremse unter dem Druck der
I)ampferzeugung regelhar abgeleitet wird.
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Schließlich wird nach der Erfindung die zur Durchführung des Verfahrens
geeignete Vorrichtung, also die besonders gebaute Flüssigkeitswirbelbremse, in einem
als Dampfkessel wirkendem Gehäuse eingebaut, um nach einem weteren merkmal der Erfindung
den in der Bremse erzeugten Dampf zur Aufrechterhaltung eises erhöhten Druckes um
die gesamte Bremse herum zu führen.
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An Hand zweier Ausführungsbeispiele sei das Verfahren und die Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung des näheren erläutert.
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Abb. 1 zeigt einen Längssclinitt durch eine Flüssigkeitswirbelbremse,
bei der in neuartiger Weise das gesamte Gehäuse mit dem Rotor umläuft, wogegen der
Stator im Innern auf einer feststehenden Achse angeordnet ist.
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Abb. 2 zeigt im gleichen Schnitt die Anordnung der Flüssigkeitsbremse
nach Abb. I in einem als Dampfsammler w wirkenden besonderen Gehäuse.
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Mit I ist in beiden Abbildungen das Gehäuse der Bremse bezeichnet,
mit welchem die umlaufenden Teile 2 und 3 (also Rotor) fest verbunden sind und die
in bekannter NVeise mit taschenartig kranzförmig angeordneten Aussparungen 4 und
5 versehen sind. Zwischen den umlaufenden Teilen 2 und 3 liegt der feststehende
Teil (Stator) mit den gleichartigen Taschen 6. Am Gehäuse I ist ferner der Kupplungsflansch
7 (Abb. 1) zur Kupplung mit dem zu prüfenden Motor angeordnet. Es läuft also das
Gehäuse 1 mit den Teilen 2 und 3 mit der Welle des zu prüfenden Motors um.
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Nach der Erfindung schlieren sich an das Gehäuse 1 weitere Gehäuse
8 und 10 an, die die Sammelräume 9 und 11 (Abb. I und 2) einschließen. Die Sammelräume
9 und 1 1 laufen mit dem Gehäuse um, da die Teile 8 und 10 am Gehäuse 1 angeflanscht
sind. Nach der Erfindung wird im Raum 9 das aus den Kanälen 17 abziehende Flüssigkeitsdampfgemisch
durch Zentrifugieren getrennt und die ausgeschiedene heiße Flüssigkeit über die
mit Ventil versehene Bohrung 20 in den Raum 1 1 übergeflihrt, wo sie ebenfalls unter
der Wirkung ,der gleichen Fliehkraft durch ein oder mehrere Schöpf- oder Schälrohre
12 in der von Zentrifugen bekannten Weise abgeschöpft und über das Rohr 15 aus der
Bremse abgeführt wird.
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Der als Zentrifuge wirkende Sammelraum 1 1 wird durch die feststehende
Hohlwelle 13 mit der feststehenden Stirnwand 14 nach außen abgeschlossen. An diesem
feststehenden Teil ist sowohl das erwähnte Ablaßrohr 15 für die Flüssigkeit als
auch das Rohr 16 für den erzeugten Dampf angeordnet.
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Der im Dampfsammelraum 9 zentrifugierte Dampf verläßt dadurch die
Öffnungen 18 nach der l)rehachse zu über die Bohrung 19 die Hohlwelle 13 und durch
das erwähnte Rohr t6 die Bremse. um nach der Ausführungsform der Abb. 2 in einen
die Bremse unmittelbar umgebenden Kessel 30 geleitet zu werden.
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I)ie über die Bohrung 20 in den Sammelraum 11 übertretende heiße
Flüssigkeit wird durch das Schöpfrohr 12 in regelbarer Menge abgeschöpft.
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Zu diesem Zweck ist das Rohr 12 mit Hilfe des Hebels 21 in radialer
richtung schwenkbar angeordnet. ach der in Abb. I untl 2 gezeichneten Stellung liegt
die Öffnung 22 des Schöpfrohres I2 nahe am Außenumfang des Sammelraumes 11, also
in ihrer größten Auslage. I)ei der die Flüssigkeit restlos abgeschöpft werden kann.
Wird der Handhebel 21 umgelegt, so bewegt sich die Öffnung 22 nach der Drehachse
der Bremse zu, weil die Schwenkachse des Rohres 1 2 und die Drehachse der Bremse
exzentrisch zueinander liegen; es wird also weniger heißes Wasser regelbaar abgeschöpft
bzw. kann eine vollständige Füllung der Bremse beim größten Auslegen des Hebels
21 erreicht werden.
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Die Frischwasserzufuhr erfolgt zentral durch das Rohr 23 innerhalb
der Hohlwelle 13. Das Wasser gelangt ülier die Bohrung 24 (Abb. 1 bzw. nach floh.
2 unmittelbar) in den Raum 25 und von dort über die Bohrungen 26 in den äußeren
Umfang des wirksamen Bremsraumes.
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Für die Schmierung der Lager kann eine weitere Leitung 28 (Abb. 1)
mit der Bohrung 20 versehen werden (in Abb. 2 nicht dargestellt). I)ie zu den Lagern
führenden weiteren Bohrungen sind mit 27 in Abb. I angedeutet.
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RUTIN die aus dem Wirbelzwntrum über die Kanäle 17 austretenden Flüssigkeitsdampfgemische
im Raum 9 noch wirksamer zu zentrifugieren, können im Sammelraum 9 besondere Rippen
angeordnet sein, die mit dem Gehäuse 8 umlaufen (nicht gezeichnet).
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Die Verbindung 20 zwischen den Sammelräumen 9 und 11 kann, wie in
Abb. 2 dargestellt, völlig offen oder gemäß Abb. 1 durch ein Ventil verschlossen
sein, das sich erst beim Einstellen eines bestimmten Dampfdruckes öffnet. Die Wahl
dieser beiden Möglichkeiten hängt von den verschiedenen Benutzungwzwecken der Bremse
und des Dampfes sowie von der beabsichtigten Regulierung ab.
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Durch Anschneiden des im Sammelraum 11 sich bildenden Flüssigkeitsringes
mit Hilfe des oder der Schälrohre 12 wird eine sehr feinfühlige Regelung des Bremsmomentes
erreicht. Für diese Regelung spielt auch die Menge des in dci- Zeiteinheit zugeführten
Wassers eine Stelle, so ilali die Regelung auf zwei verschiedenen Wegen durchgeführt
werden kann. In vielen Fällen genügt allein die Regelung durch den Hebel 21. nachdem
der Zufluß zur Bremse einmal fest eingestellt ist. I)ie aus dem Rohr 15 austretende
Flüssigkeit besitzt eine so hohe Temperatur, daß sie zweckmäßig dem wirksamen Teil
der Bremse durch das Rohr 23 wieder zugeführt wird. Sie wird also gemäß der Erfindung
im Kreislauf geführt, so daß nur so viel Flüssigkeit ergänzt zu werden braucht.
wie tatsächlich in DAmpfform aus der Bremse abgeführt und an anderer Stelle zur
Rückgewinnung der Bremsenergie verwendet wird.
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Der Verbrauch an Flüssigkeit vi rd infolgedessen durch das Verfahren
der Erfindung im Vergleich zu den his!her üblichen Bauarten sehr niedrig gehalten.
.\n Stelle der nach deii beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendeten Flüssigkeitsbremse
mit umlaufendem Gehäuse (Umlaufbremse) kann auch jede bekannte Bauart von Flüssigkeitsbremsen
mit
feststehendeni bzw. pendelnd gelagertem Gehäuse für das Verfahren der Erfindung
verwendet und entsprechend umgebaut werden. I)ies bedeutet mit Rücksicht auf die
Abb. 1 und 2. daß die Teile 2 und 3 mit den Taschen 4 und 5 feststehen l>zw.
pendeln könne, wogegen der Stator, in dem sich die Taschen 6 befinden, als Rotor
umlaufen würde. tuch in einem solchen Fall würde der Kanal I7 in gleicher Weise
angeordnet werden und in den Sammelraum g münden. dessen Gehäuse 8 in dem gedachten
(nicht gezeichneten) Fall dann ebenfalls feststeht. Zur Erzielung der Zentrifugierung
des Flüssigkci tsdaml,fgemii;ches können dann in diesem Raum 9 umlaufende i'lügel
od. dlg. angeordnet werden. Das in dem anschließenden Raum 11 angeordnete Schöpfrohr
müßte entsprechend rotieren, da in dem gedachten Fall das Gehäuse 10 dieses Raumes
feststeht.
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Ntit Bezug auf Abb. 2 hat der dort gezeigte Einbau der gesamten Flüssigkeitsbremse
in einen Dampfsammelraum (Damfpkessel) 30 folgende Vorteile: Dadurch, daß die gesamte
dampferzeugende Bremse gemäß der Erfindung wieder in einen Dampfraum gesetzt wird,
fallen alle bisherigen Schwierigkeiten iii der Abdichtung der Flüssigkeitswirbelbremse
mit Dampferzeugung fort.. Die Abidchtung der Bremse spielt bei dieser Anordnung
keine Rolle, da das aus der Bremse durch Undichtigkeit entweichende Damffüssigkeitsgemisch
in den Kessel 30 gelangt. Dadurch. daß in dem Kessel fast der gleiche l)ruck wie
im Innern der Bremse 1 herrscht. wird erheblich weniger Dampfflüssigkeitsgemisch
durch die Dichtungen hindurchtreten als bei einem Austritt ins Freie. Entsprechend
den früheren bekannten Ausführungen ist es zweckmäßig den aus der Bremse abgezogenen
Dampf zunächst einem Sammel raum 35 zuzuführen, der @uch gleichzeitig das aus der
Bremse austretende \N'asser aufnehmen kann. I)ieser I)ampfsammelraum kann für sich
getrennt angeordnet oder auch unmittelbar nach der Ausführungsform der Abb. 2 einen
Teil des Kessels 30 bilden.
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I)as Gehäuse 30 kann fest angeor(lnet sein und sowohl den umlaufenden
als auch den pendelnden Teil der Bremse umschließen.
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Gemäß der Ausfphrungsform der Abb. 2 wird der Kessel 30 nach rechts
durch eine Wand 36 begrenzt. die gleichzeitig zur Aufnahme der Dichtungen 37 ausgebildet
ist, um das Innere des Kessels gegen die Lagerstellen 38, 32 und 39 abzudichten.
I)as Lager 38 ist in der Wand 34 und ein weiteres Lager 39 in der Stirnwand 40 {des
an dem Kessel angeflanschten GEhäuses 41 angeordnet. Das Lager 32 sitzt auf der
in eine Nabe auslaufenden Wand 34. Über die Welle 42 wird das gesamte Gehäuse 1
der Bremse mit allen daran angeordneten Teilen. wie sie nach Al)h. I beschrieben
sind, angetrieben. Erforderlichenfalls kann der an das Bremsgehäuse 1 auf der gegenüberliegenden,
linken Seite angeflanschte Teil 43 (Abb. 2) auf der pendelnden Hohlwelle 13 nochmals
gelagert sein, um so die fliegende Lagerung der umlaufenden Teile zusätzlich zu
unterstützen.
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Die Bremsflüssigkeit wird mit Hilfe der Pumpe 44 über die Leitung
23, die Kanäle 25 und 26 in die Bremse eingeführt und einer die Ablußleitung 15
und den Sammelraum 35 mit Abflußrohr 45 ständig in Umlauf gehalten.
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1)er erzeugte Dampf gelangt, wie für die Abb. 1 beschrieben, über
die Kanäle 17, 9, 18, 19 und I6 in den Sammelraum 35 und von hier über die Bohrungen
46 in das Innere des Dampfkessels 30, umspült dort die darin umlaufende Bremse und
tritt nach oben durch das Dampfrohr 47 unter regelharem Druck aus.
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Der nach Abb. 2 unmittelbar am Kessel 30 angebaute Sammelraum 35
vergrößert die pendelnde Masse, und ebenso können die Flüssigkeitsschwankungen innerhalb
dieses Raumes unter Umständen das Meßergebnis beeinflussen bzw. die Al>lesung
erschweren. In solchem Fall wird der Sammelraum 35 zweckmäßig vom Kessel 30 getrennt
angeordnet bzw. kann auch auf ihn verzichtet werden, wenn die Rohrleitung 16 unmittelbar
in den Kessel 30 geführt wird. Eine weitere Abkürzung des Dampfweges ist dadurch
möglich, daß unter Wegfall der Leitung 16 der Dampf ununmittelbar aus der Leitung
19 über eine Bohrung an der Stirnwand 33 des Kessels 30 in denselben eingeleitet
wird.