DE904653C - Verfahren zur Regelung der Fluessigkeitseinspeisung in umlaufenden Dampferzeugern - Google Patents

Description

• Verfahren zur Regelung der Flüssigkeitseinspeisung in umlaufenden Dampferzeugern , Es ist bekannt, umlaufende beheizte Hohlkörper, beispielsweise Läufer von Gasturbinen oder sich drehende Dampferzeuger, zu kühlen. Durch die Fliehkraft wird dieKühlflüssigkeit nach außen geschleudert und bildet hier einen mit dem Hohlkörper umlaufenden Wasserring. Bei Hohlkörpern mit hoher Umfangsgeschwindigkeit ist es von erheblicher Bedeutung, daß das Gewicht des Hohlkörpers, beispielsweise mit Rücksicht auf die kritische Drehzahl, annähernd gleichgehalten wird, d. h. es wird verlangt, daß der Kühlflüssigkeitsring von gleicher Stärke bleibt. Andererseits ist aber gerade bei solchen Dampferzeugern der Wasserinhalt verhältnismäßig gering und die erfolgende Verdampfung sehr groß, so daß man auch eine Gewähr dafür haben muß, daß ständig genug Speiseflüssigkeit einströmt und nicht etwa ein Trockenfahren des Läufers eintritt, was zu einer sofortigen Störung führen würde.
• Die beste Gewähr für die Einspeisung entsprechend der Verdampfung gibt das sogenannte Drehkesselprinzip, bei dem die Flüssigkeit in einer nach außen geführten Leitung eingeschleudert wird und die geschleuderte Flüssigkeitssäule reit einer geschleuderten Wasser- und Dampfsätje im Gleichgewicht steht, so daß bei jeder Verdampfung sofort eine Nachspeisung einsetzt. Diese Regelung ist äußerst zuverlässig, da sie nicht von besonderen Apparaten abhängig ist. Sie kann aber den Nachteil haben, daß der Flüssigkeitsring in seiner Stärke schwankt bzw. sogar Flüssigkeit in die Dampfableitung gelangt.
• Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, der Regelung gemäß der selbsttätigen Einspeisung eine zweite Regelung zu überlagern, die dafür sorgt, daß ein bestimmter Flüssigkeitsring nicht überschritten wird. Der umlaufende Dampferzeuger ist hinsichtlich der Gefahr eines Trockenfahrens nur von der zuverlässigen selbsttätigen Einspeisung durch Einschleuderung abhängig. Die Erfindung vermeidet aber die Nachteile der Schwankung des Flüssigkeitsinhaltes und sichert einen genügend großen Innenraum, der zur Trocknung des Dampfes dienen kann oder auch als Brennraum zur Verfügung steht, wenn die Verbrennungsgase mit dem erzeugten Dampf gemischt werden.
• Es ist vorteilhaft, zur Regelung des konstanten Flüssigkeitsringes an der Stelle seines inneren Durchmessers Dampf in einen Raum überströmen zu lassen, dessen durch schwankenden Flüssigkeitsinhalt veränderliche Druckzustände zur Regelung dienen. Dieser Raum kann verhältnismäßig klein gehalten werden, so daß die Wasserschwankungen in ihm keinen nennenswerten Einfluß auf die Ruhe des Laufes haben.
• Die Erfindung ist an dem Dampferzeuger nach Abb. i bis q. beispielsweise näher erläutert.
• In Abb. i ist ein umlaufender Hohlkörper i dargestellt, der am Umfang, wie durch Pfeile angedeutet, beheizt ist und mit Wellenstummeln :2 und 3 in Lagern 4 läuft. Im Innern des Hohlkörpers i ist eine Scheibe 5 angeordnet, durch die der Innenraum in einen größeren Raum 6 und einen kleineren Raum 7 unterteilt ist. Der Durchmesser der Scheibe 5 ist so gewählt, daß zwischen der Außenwand der Scheibe und der Wandung des Hohlkörpers ein freier Ringspalt entsteht. Das Kühlmittel wird durch die Wellenbohrung 8 und Rohre g an den Umfang des Hohlkörpers i geleitet und bildet hier im Raum 6 einen Wasserring io und im Raum 7 einen Wasserring i i. Der durch Wärmeaufnahme erzeugte Dampf tritt unter dem Einfluß der Fliehkraft nach innen aus dem Wasser-. ring io aus und strömt aus dem Raum 6 über den Außenrand der Scheibe 5 radial nach innen und durch die Wellenbohrung 12 zur Verwendungsstelle. Entsprechend dem geringeren .Druck des Dampfes im Raum 7 als im Raum 6 hat der Wasserring i i einen kleineren Innendurchmesser. Der Dampf muß nach Umströmen der Scheibe 5 noch durch die Flüssigkeit des Ringes i i hindurchtreten. Durch den Abstand der Scheibe 5 vom Mantel des Hohlkörpers i ist die Stärke des Flüssigkeitsringes io festgelegt und unveränderlich, sofern noch genügend Wärme aufgenommen wird, um den Dampfdruck im Raum 6 aufrechtzuerhalten. Die Stärke des Wasserringes i i ist nicht gleichbleibend und verändert sich bei Drehzahlschwankungen entsprechend dem Druck der geschleuderten, unbeheizten Wassersäule in den Zuführrohren g. Um das Abströmen des Dampfes aus dem Raum 6 zu erleichtern, ist es zweckmäßig, den Rand der Scheibe 5 entsprechend auszubilden, beispielsweise gezackt oder eingekerbt. Es ist an sich auch nicht notwendig, daß der gesamte erzeugte Dampf den Rand der Scheibe 5 umströmt, sondern ein großer Teil des Dampfes kann auch gesondert durch besondere Leitungen aus dem Raum 6 abgeführt werden, wie beispielsweise Abb. 2 zeigt. Hier führen vom Außenrand der Scheibe 5 die Leitungen 13 einen Teil des im Raum 6 erzeugten Dampfes unmittelbar in den Raum 7, während nur ein Teil des Dampfes den Rand der Scheibe 5 umströmt und durch den Wasserring i i hindurchtritt. Aber auch hier bestimmt der Dampfauslaß die Stärke des Wasserringes io, der ständig gleichgehalten wird.
• Bei dem Beispiel nach Abb. i und teilweise auch bei dem Beispiel nach Abb.2 tritt der erzeugte Dampf aus dem Raum 6 durch den Wasserring i i in den Raum 7 ein. Hierbei ist es möglich, daß bei hoher Dampfgeschwindigkeit Wasser mitgerissen und in dem verhältnismäßig kleinen Raum 7 nicht mehr ausreichend geschleudert werden kann, so daß noch verhältnismäßig feuchter Dampf zur Verwendungsstelle abströmt. Die Abb.3 zeigt eine Ausführungsform des Hohlkörpers, bei dem der Abscheideraum 7 gegenüber den vorhergehenden Beispielen erheblich vergrößert wurde. Die Vollscheibe 5 gemäß Abb. i ist hier durch eine Ringscheibe rq. ersetzt, an deren innerem Rand sich ein in das Innere des Raumes 6 erstreckender kegelförmiger Mantel 15 anschließt. Hierdurch wird der innere Kern des Raumes 6 für die Abscheidung von Wasser nutzbar gemacht, der an sich für die Ausdampfung aus dem Wasserring io überflüssig war. Das abgeschiedene Wasser wird an der schrägen Wandung des Mantels 15 nach außen geschleudert und in den Wasserring 16 zurückgeführt. Entsprechend dem geringen Druck im Raum 7 bildet sich auch am Ende des Mantels 15 ein innerer Wasserring 16, dessen Stärke naturgemäß größer sein muß als der Wasserring i i entsprechend dem Druckunterschied zwischen den Räumen 6 und 7. Durch starke, annähernd senkrechte Krümmung des Mantels 15 nach außen wird die Ansammlung einer größeren Wassermenge in dem Wasserring 16 verhindert. Zur restlosen Ausnutzung des Raumes 7 für die Wasserabsc'heidung ist das Dampfentnahmerohr 17 quer durch den Dampfraum -7 geführt. Die Einströmö -futnung des Rohres 17 kann trichterförmig erweitert sein. Wichtig ist, -daß auch bei dieser Ausführung die Wassermenge in dem Raum 6 ständig gleichbl@eibt. Die mögliche Änderung der Wassermenge in den Wasserringen 1q. und 16 ist so geringfügig, daß sie auf den Lauf des Hohlkörpers und seiner kritischen Drehzahl ohne Belang ist. Hervorzuheben ist noch, daß der Wasserspiegel des Ringes ri gegenüber dem Wasserspiegel 16 weiter einwärts stehen muß, weil die Wassermenge im Wasserring i i durch den darin enthaltenen Dampfanteil spezifisch leichter ist als im Wasserring 16.
• In den bisherigen Beispielen stand der Dampfdruck in den Räumen 6 und 7 zuzüglich dem Druck des zugehörigen Wasserringes zu der geschleuderten Wassersäule des eingespeisten Wassers im Gleichgewicht. Demgemäß mußte bei gleichbleibender Drehzahl selbsttätig so viel Wasser nachfließen, als in den Wasserringen verdampft wurde. Bei Drehzahländerung konnte nur der anteilmäßig kleine Wasserspiegel der Ringe i i bzw. i i und 16 in Abb. 3 sich ändern, während der Wasserspiegel des Ringes io auch dann gleichblieb. Diese Aufgabe der Erfindung, den Wasserspiegel des Wasserringes io und damit auch annähernd das Gewicht des Wassers gleichzuhalten, ist aber nicht nur bei der beschriebenen Art der Einspeisung vorhanden, sondern auch dann, wenn das Wasser mittels einer Pumpe im Zwanglauf durch den Hohlkörper gefördert wird. Auch in diesem Falle ist es aus den angeführten Gründen wichtig, den Wasserring io gleichzuhalten. Natürlich wandert in diesem Falle der Spiegel des Wasserringes i i bis zur Achse und statt Dampf tritt ein Dampf-Wasser-Gemisch aus, das einem besonderen Abscheider zugeführt werden kann.
• Waren bisher Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen der Hohlkörper von außen beheizt wurde, so zeigt das Beispiel nach Abb. q. einen umlaufenden Hohlkörper mit Innenfeuerung. Brennstoff und Luft sowie Speisewasser werden durch denWellenstummel 2 des Drehkörpers i zugeführt. Das Speisewasser wird durch die Bohrung 9 wiederum an den Umfang des Hohlkörpers i geleitet und bildet hier den Wasserring io, der durch die Scheibe 5 erfindungsgemäß auf gleichem Durchmesser gehalten wird. Der durch die innere Beheizung aus dem Wasserring io erzeugte Dampf umströmt gemischt mit den Verbrennungsgasen den Rand der Scheibe 5 und im Raum 7 den Wasserring i i mit kleinerem Durchmesser. Zwecks Abscheidung von mitgerissenem Wasser ist ein besonderer Abscheideraum 22 vorgesehen, in dem das Gas-Dampf-Gemisch durch eine Scheibe 18 radial nach außen gelenkt wird und dann wieder in umgekehrter Richtung nach der Mitte zu strömt. Das ausgeschleuderte Wasser bildet in dem Abscheideraum 22 einen Wasserring 16, dessen Wasserspiegel sich entsprechend dem Druck in diesem Raum einstellt. Überschüssiges Wasser fließt durch Bohrungen i9 in der Trennwand 2o zwischen dem Raum 7 und dem Abscheideraum 22 in den Wasserring io zurück. Wie die Abbildung erkennen läßt, ist der Hohlkörper i in bekannter Weise mit der Turbine 21 zusammengebaut. Die Turbine 21 ist iri dem Hohlkörper i gelagert und läuft entgegen dem Hohlkörper um, der auch die Düsen und Leitschaufeln enthält. Es ist vorteilhaft, in bekannter Weise zur Verfeuerung ein Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff zu verwenden, so daß nur Dampf in dem Drehkörper entsteht durch die Verbrennung, teils durch Verdampfung aus dem Wasserring. Hierbei entsteht Heißdampf. Durch Beeinflussung des Druckes im Raum 7 und damit auch die Stärke des Wasserringes i i sowie durch die Menge des durch den Wasserring i i strömenden Dampfes gemäß Abb.2 kann die Temperatur des Heißdampfes geregelt werden.

Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE:. i. Verfahren zur Regelung der Flüssigkeitseinspeisung in umlaufenden Dampferzeugern, bei denen die Einspeisung der Flüssigkeit durch Schleuderung einer nach außen geführten Flüssigkeitssäule erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu einem bestimmten Flüssigkeitsinhalt die Einspeisung durch die Einschleuderung der Flüssigkeit geregelt wird und bei Erreichen einer bestimmten Stärke des Flüssigkeitsringes eine zweite Regelung einsetzt, die die Einspeisung nach maximaler Stärke des Flüssigkeitsringes einregelt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an dem inneren Durchmesser des gleichzuhaltenden Flüssigkeitsringes Dampf in einem unter Einwirkung der Fliehkraft stehenden Raum übertreten kann und der durch schwankenden Flüssigkeitsspiegel in diesem Raum veränderliche Druck zur Regelung der Einspeisung dient.
3. 3. Umlaufender, beheizter Hohlkörper zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum (6) mit dem Flüssigkeitsring (io) durch eine Scheibe (5, 1q.) mit einem Durchmesser gleich dem ' Innendurchmesser des einzuhaltenden Flüssigkeitsringes ein Raum (7) geringer Breite abgetrennt ist, durch den der erzeugte Dampf abströmt und in dem sich ein Flüssigkeitsring (i i) mit kleinem Durchmesser bildet. q..
4. Hohlkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsring (i i) kleinen Durchmessers zur Regelung der eingespeisten Flüssigkeitsmenge dient.
5. 5. Hohlkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung des sich in dem Raum (6) mit gleichbleibendem Flüssigkeitsring (io) bildenden Dampfes durch den Flüssigkeitsring (i i) kleinen Durchmessers hindurch geführte Leitungen (13) vorgesehen sind (Abb. 2).
6. 6. Hohlkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Flüssigkeitsring (i i) kleinen Durchmessers unmittelbar durchströmende Dampf z. B. durch gezackte Ausfeilung des Randes der Scheibe (5, 1q.) in viele kleine Strahlen aufgelöst wird.
7. 7. Hohlkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Raum mit dem Flüssigkeitsring (i i) kleineren Durchmessers ein Raum (7) zum Abscheiden der Flüssigkeit aus dem Dampf angeschlossen ist. B.
8. Hohlkörper nach Anspruch 3 und 7 mit trommelartiger Ausbildung, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Abscheidung der Flüssigkeit aus dem Dampf dienende Raum (7) in den inneren Teil des Raumes (6) mit dem gleichbleibenden Flüssigkeitsring angeordnet ist.
9. 9. Hohlkörper nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trocknung des aus dem Flüssigkeitsring (i i) kleineren Durchmessers austretenden Dampfes Abscheideräume (22) mit Umlenkung des Dampfes in radialer Richtung vorgesehen sind. io.
10. Umlaufender Dampferzeuger zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsring (io) ausschließlich von innen beheizt ist. i i.
11. Dämpferzeuger nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Brennraum ein mit ihm kommunizierend verbundener Raum (22) niederen Druckes abgetrennt ist und das Verbrennungsgas-Dampf=Gemisch durch den dem Druckunterschied entsprechend verstärkten Flüssigkeitsring (ii) in dem abgetrennten Raum (22) hindurchströmt.
12. 12. Dampferzeuger nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zur Beheizung des Flüssigkeitsringes (io) ein Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff dient. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 428 58i.