Предлагаемое изобретение касается устройства электрического парового котла или нагревателя жидкости с применением в качестве нагревательных сопротивлений текущих струй нагреваемой жидкости.
Согласно изобретению, в целях регулирования производительности котла, входные отверстия вертикальных сливных трубок, служащих для образования струй жидкости, расположены в распределительных сосудах, ступенеобразно на различной высоте, так чтобы с повышением или понижением уровня жидкости в этих сосудах изменялось, количество вытекающих струй, а следовательно и сопротивление рабочей цепи. Однако, при такой форме выполнения, для сравнительно больших значений производительности котла и для обычных напряжений, принимая во внимание необходимость большого суммарного сечения водяных струй, получается распределительный сосуд с большой поверхностью дна, а следовательно и котел большого диаметра.
Этот недостаток может быть устранен при других формах выполнения изобретения тем, что выпускные отверстия для образующих сопротивление водяных струй устраиваются не в днище, а в боковых стенках распределительных сосудов, так что означенные струи вытекают с боков горизонтально или с наклоном вверх или вниз на изолированно укрепленные электроды. Ступенчатое расположение выпускных отверстий, при котором они приходят в действие в последовательном порядке, возможно, конечно, и при этой форме выполнения.
На чертеже фиг. 1 изображает схематически продольный разрез предлагаемого котла; фиг. 2, 3 и 4- детали устройства его же; фиг. 5, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 17, 18 - различные видоизменения указанного котла; фиг. 6, 7, 9, 15, 16 - детали этих видоизменений.
Согласно фиг. 1, в котле 1 на изоляторах 3 укреплен сосуд 2, образующий один из электродов и получающий ток от провода 4, пропущенного с надлежащей изоляцией сквозь днище котла. Второй полюс образуется заземленным кожухом котла. Над сосудом-электродом 2 расположен соединенный с кожухом котла сосуд 5, который соединен, следовательно, со вторым полюсом, т.-е. также заземлен. Насос 6 произвольной конструкции непрерывно нагнетает находящуюся внизу котла воду в верхний металлический сосуд 5, из которого она может вытекать по вертикальным металлическим трубкам или соплам 7, в виде отдельных свободных струй 8 в сосуд-электрод 2. Отсюда вода течет по вертикальным сливным трубкам 9 свободными струями 10 в нижнее пространство котла. Можно также поместить под сосудом-электродом 2 электропроводно соединенный с кожухом котла металлический сосуд 11, при наличии которого длина струй 10, а следовательно и сопротивление, не зависит от уровня воды в котле. 5 трубы 7 и 9 проникают в сосуды Т и 2 и длина их изменяется ступенями так, что вливные отверстия приходятся на различной высоте. Вследствие этого, в зависимости от количества нагнетаемой насосом 6 воды, в действие приходит большее или меньшее число труб 7 и 9, и, следовательно, электрическое сопротивление определяется большим или меньшим сечением воды. Находящееся в циркуляции количество воды, а с ним и производительность котла, можно изменять посредством регулирования числа оборотов насоса или при помощи запорного вентиля 14, включенного в циркуляционную трубу 17. При питании многофазным, например, трехфазным током, кожух котла с сосудами 5 и 11 может служить центром звезды. В таком случае должно быть три электродных сосуда 2.
Вместо отдельных трубок 7, 9 можно применять разделенные перегородками 12, 13 трубки с наклонно срезанным сливным отверстием 18, как это показано в двух проекциях на фиг. 2 и 3. Для успокоения уровня воды в сосудах 2 и 5 следует применить особые устройства, например, как показано на фиг. 1, можно поместить над вливными отверстиями труб 7, 9 особые колпаки 15 или же, согласно фиг. 4, притекающая вода может направляться сперва в открытый снизу цилиндр 16, из которого она выходит внизу и затем поднимается в самый резервуар. Устройства для регулирования определяющего расход тока активного сечения воды при отдельных формах выполнения различны.
На фиг. 5 в котел вделан открытый вверху распределительный сосуд 19 с боковыми выпускными отверстиями 20. Вытекающие сбоку водяные струи 21 попадают на электроды 22 и образуют активное сопротивление. Изменяя уровень воды в распределительном сосуде, можно регулировать число струй 21, а вместе с тем и производительность (потребление энергии) котла. Вытекание отдельных водяных струй 21 происходит под статическим давлением вышестоящего водяного столба. Для устранения, по возможности, вредного влияния верхних, т.-е. вытекающих под меньшим давлением, струй на нижележащие струи, выпускные отверстия 20 снабжаются карманами 23 (фиг. 6), допускающими вытекание жидкости лишь после превышения уровнем ее верхнего края кармана, т.-е. по достижении определенной высоты давления для каждого отверстия.
Сила тока в котле обусловливается не только общим сечением струй, но также длиной их от выпускного отверстия 20 до электрода 22. Чтобы сделать эту длину независимой от толщины стекающих у электродов 22 водяных слоев и получить в то же время хороший контакт между водяными струями 21 и электродами 22, перед электродами 22 помещаются металлические решетки 24 (фиг. 7), электропроводно соединенные с последними, при чем струи протекают сквозь решетку, замыкая электрическую цепь и, затем, стекают вдоль электрода.
Для удержания длины стекающих с электродов 22 водяных струй 21 на постоянном, подходящем для данных условий работы, значении, независимо от переменного уровня воды в котле, под электродами 22 расположены заземленные металлические решетки 25, лежащие над наивысшим уровнем воды, т.-е. под стекающими водяными струями.
На фиг. 8 каждая принадлежащая одному электроду группа выпускных отверстий 20 устроена в виде нескольких вертикальных щелей, через которые вода вытекает сильными сплошными струями. Для лучшего регулирования щели 20 могут уширяться кверху (фиг. 9). Электроды 22 сделаны дырчатыми и снабжены направляющими лопастями 26, так что попадающие на них водяные струи направляются снова вверх на стенку котла или расположенный впереди нее металлический экран и затем только падают вниз.
Устройство, изображенное на фиг. 10, дает возможность удвоить число водяных струй 21, отбрасываемых на электрод 22. Это достигается применением второго распределительного сосуда 20, расположенного концентрически с распределительным сосудом 19. Притекающая вода поднимается на одинаковую высоту в обоих распределительных сосудах, внутреннем и внешнем, а вытекающие из них струи 21 попадают на расположенные по середине между ними электроды 22.
При питании котла трехфазным током применяются три, равномерно расположенные по окружности электрода 22, при чем внешний распределительный сосуд составляется из трех частей, а внутренний снабжается тремя соответствующими положению электродов группами выпускных отверстий 20.
Регулирование определяющего прохождение тока суммарного поперечного сечения жидкости производится изменением подводимого количества таковой при постоянной скорости лопастного насоса 27, например, посредством изменения пропускного сечения перестанавливаемыми снаружи дроссельными клапанами.
При устройстве по фиг. 11 и 12 применен поворотный цилиндрический распределительный сосуд 19. На поверхности последнего распределены тремя вертикальными группами, занимающими каждая одну шестую окружности, выпускные отверстия 20, которые, в зависимости от положения распределительного сосуда 19, направляют водяные струи 21 либо на электроды 22, либо через промежутки между этими электродами непосредственно на дно котла. Возможна, конечно, и такая установка сосуда 19, при которой струи направляются частично на электроды 22, частично же через промежутки между ними. Таким образом, имеется возможность изменять производительность котла по желанию от полной нагрузки до нуля. Вместо металлических решеток 24 здесь у электродов предусмотрены ребра 28. Для большей ясности чертежа в рассматриваемом случае и при других формах выполнения на вертикальной проекции аппарата показаны только. одна группа выпускных отверстий и один электрод.
На фиг. 13 неподвижный распределительный сосуд 19 снабжен также тремя группами выпускных отверстий 20, которые могут по желанию, прикрываться или освобождаться для выпуска воды при помощи переставляемого снаружи поршня 29.
На фиг. 14 -18 вытекание воды происходит через простой водослив, сечение которого, имеет преимущественно ступенчатую (фиг. 17) или другую подходящую форму, например, треугольную, книзу суженную, (фиг. 18), так что даже при опускании уровня воды в распределительном сосуде, т.-е. при малых производительностях, должна получиться всегда сплошная струя.
Распределительному сосуду 19 можно придать треугольную форму сечения (фиг. 18) с целью получения большей длины сливного ребра к уменьшения высоты струн, ведущего также, к уменьшению высоты котла.
Электроды в таком случае получат показанную на фиг. 14 форму, так чтобы при уменьшении циркуляции воды, влекущем за собой опускание струи, достигалось автоматически удлинение пути свободного падения воды и тем самым повышение электрического сопротивления струи, вследствие которого значительно уменьшается опасность искрообразования.
Для достижения хорошего электрического контакта между распределительным сосудом 19 и вытекающей водяной струей 21, к водосливу приостраивают, согласно фиг. 14 и 18, металлические стенки 30, которые, с одной стороны, соединены с металлическим сосудом, а с другой стороны дают вытекающей струи большую поверхность соприкосновения с металлом, обеспечивающую надежный переход тока.
Описанные системы могут располагаться известным уже образом друг над другом, так чтобы вода проходила одну за другой несколько электрически последовательно включенных ступеней, что дает возможность для одной и той же электрической мощности соответственно уменьшить количество циркулирующей воды и, следовательно, размеры циркуляционного насоса. Такого рода многоступенчатое устройство изображено на фиг. 17.
Циркуляция воды осуществляется известным уже образом, как это показано на чертеже, например, при помощи расположенного вне котла центробежного насоса 31 (фиг. 11) с электрическим или механическим приводом, или же при помощи водоструйного приспособления 32, питаемого внешним насосом 31 (фиг. 13), или центробежного, или лопастного насоса 27, находящегося в самом котле и приводимого в действие снаружи (фиг. 5).
Чтобы избежать необходимого в последнем случае пропуска вала сквозь стенку котла, можно, согласно фиг. 8, приводить в действие находящийся внутри котла циркуляционный насос 27 спаренной с ним водяной турбиной, которая получает воду под давлением от внешнего насоса 31.
Требующееся для регулирования производительности котла изменение количества циркулирующей воды производится, как обычно, при помощи задвижек, клапанов или других дроссельных приспособлений, или же посредством изменения числа оборотов насоса.
Представленные на чертежах формы выполнения соответствуют в основных чертах обычному устройству котлов с питанием трехфазным, током, при чем все фазы соединены в одном котельном корпусе. Можно, конечно, сочетать в одном котле любое число фаз или же, например, для трех фаз трехфазного тока разбить системы на три отдельных котельных корпуса, каковое устройство является предпочтительным в особенности для больших мощностей или высоких напряжений.
1. Электрический паровой котел или нагреватель жидкости с применением в качестве нагревательных сопротивлений свободно текущих струй нагреваемой жидкости, характеризующийся тем, что, с целью регулирования его производительности, выпускные отверстия, служащие для образования струй, расположены в распределительных сосудах ступенеобразно на различной высоте так, чтобы с повышением или понижением уровня жидкости в этих сосудах изменялось количество вытекающих струй.
2. Форма выполнения охарактеризованного в п.1 котла или нагревателя, отличающаяся тем, что в распределительных сосудах 5 и 2 установлены вертикальные сливные трубки 7 и 9, входные отверстия которых расположены ступенеобразно на различной высоте (фиг. 1).
3. При охарактеризованном в п. 2 котле или нагревателе применение приспособлений 15 или 16, предназначенных для успокоения уровня жидкости в распределительных сосудах (фиг. 1 и 4).
4. Форма выполнения охарактеризованного в п.1 котла или нагревателя, отличающаяся тем, что в центре его установлен открытый сверху и питаемый циркуляционным насосом распределительный сосуд 19, снабженный боковыми выходными отверстиями 20, расположенными ступенеобразно и служащими для направления горизонтальных струй жидкости на электроды 22 (фиг. 5).
5. При охарактеризованном в п.4 котле или нагревателе применение, на выпускных отверстиях 20, карманов 23, допускающих вытекание жидкости лишь после превышения уровнем ее верхнего края кармана, т.-е. по достижении определенной высоты давления для каждого отверстия (фиг. 6).
6. При охарактеризованном в п.4 котле или нагревателе применение выпускных отверстий 20, выполненных в виде вертикальных, преимущественно суживающихся книзу щелей (фиг. 8 и 9).
7. Видоизменение охарактеризованного в. п.4 котла или нагревателя, отличающееся тем, что распределительный сосуд 19 устроен поворотным, а выпускные отверстия 20 расположены тремя группами так, чтобы часть водяных струй 21 поворотом сосуда 19 могла быть направлена либо на электроды 22, либо в промежутки между ними (фиг. 11 и 12).
8. Видоизменение охарактеризованного в п.4 котла или нагревателя, отличающееся тем, что для регулирования количества струй, вытекающих из сосуда 19 через отверстие 20, применен поршень 29, управляемый снаружи (фиг. 13).
9. Видоизменение охарактеризованного в п.4 котла или нагревателя, отличающееся тем, что концентрически с распределительным сосудом 19 расположен добавочный распределительный сосуд, снабженный, также, как и распределительный сосуд 19, боковыми выходными отверстиями 20, в пространстве между каковыми распределительными сосудами помещены электроды 22 (фиг. 10).
10. При охарактеризованном в п.4 котле или нагревателе применение. выпускных отверстий 20, выполненных в виде водослива (фиг. 16).
11. Форма выполнения охарактеризованного в п. 10 парового котла или нагревателя, отличающаяся тем, что водослив имеет суживающееся книзу сечение для того, чтобы получилась сплошная струя и при низком уровне воды в распределительном сосуде (фиг. 15 и 16).
12. При охарактеризованном в п.п. 10 и 11 котле или нагревателе применение, с целью достижения хорошего контакта между вытекающей струей 21 и распределительным сосудом 19, пристроенных к последнему металлических перегородок 30 (фиг. 14 и 18).
13. При охарактеризованном в п.п. 4, 5, 7, 8 котле или нагревателе применение перед электродами 22 металлических решеток 24 или продольных ребер 28, с целью достижения независимости свободной длины струи 21 от толщины стекающих у электродов 22 слоев жидкости, а также с целью получения хорошего контакта между струей и электродами (фиг. 7, 11 и 13).
14. При охарактеризованном в п.п. 6, 7, 8 котле или нагревателе применение металлической решетки 25, электрически соединенной со стенкой котла или с распределительным сосудом и расположенной над уровнем воды в котле (фиг. 5, 11 и 13).
15. При охарактеризованном в п.п. 6 и 10 котле или нагревателе применение электродов, снабженных направляющими лопатками 26 или выполненных, так, чтобы стекающие струи жидкости направлялись на стенку котла или электрически соединенную с этой стенкой решетку, или т.п.(фиг. 8 и 14).
16. При охарактеризованном в п. 15 котле или нагревателе применение вспомогательных направляющих лопаток 22, расположенных на различной высоте и служащих для разделения вытекающих струй 21 на несколько ступеней (фиг. 17).
