DE2221921A1

DE2221921A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung von Dampf

Info

Publication number: DE2221921A1
Application number: DE19722221921
Authority: DE
Inventors: Self Richard Ernst
Original assignee: SELF RICHARD ERNST
Current assignee: SELF RICHARD ERNST
Priority date: 1971-05-26
Filing date: 1972-05-04
Publication date: 1972-11-30
Also published as: IT955561B; AU4141772A; NL7206010A; GB1385975A; US3732851A; AU471730B2; FR2139079A1; JPS534565B1; FR2139079B1; DE2221921B2; ES402767A1

Description

Unser Zeichen:. S 2693

Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung von

Dampf

Die Erfindung bezieht sich auf die Beeinflussung der Temperatur und des Druckes eines fließfähigen Mediums und insbesondere auf das gleichzeitige Verringern der Temperatur und des Druckes von überhitztem Dampf.

Bisher war es üblich, überhitzten Dampf erst einem Druckabfall auszusetzen und dann Überhitzungswärme abführendes V/asser einzuspritzen. Das heißt, daß das die Temperatur verringernde Wasser in den Dampf in Strömungsrichtung unterhalb des üblichen druckvermindernden Dampfventils eingeleitet wird. Dies erfordert eine lange Leitung stromabwärts, in die das kalte Wasser durch ein temperaturgesteuertes Ventil und durch Sprühdüsen eingesprüht wird. Es wurde auch vorgeschlagen, das Wasser in den Halsbereich des den Druck vermindernden Ventils einzuspritzen und

We/Na

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das Vermischen stromabwärts in einem geraden Rohrabschnitt vorzunehmen. Zusätzlich zu dem Nachteil der Notwendigkeit eines relativ langen Rohrabschnittes stromabwärts des drucfcvermindernden Ventils zeigen die bekannten Anordnuagai weiterhin den Nachteil einer schwer erzielbaren gleichförmigen Mischung des Kühlwassers mit dem Dampf, einer unzulänglichen Wärmeübertragung, einer Neigung zu. Betriebsgeräaschen, einer Notwendigkeit für Zwischenanzapfungen an der Wasserversorgungspumpe, einer Schwierigkeit beim Steuern des Abschaltverhältnisses ,einer Notwendigkeit von Enthitzern, hochlegierter Stähle der stromabwärtigen Leitungen, von Beipassventilen usw. Alle diese Nachteile erfordern eine teure Einrichtung und sie lassen Wünsche hinsichtlich der Funktion und der Ergebnisse offen.

Ein besonderes Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten und anderen Nachteile, Mangel, Unzulänglichkeiten, Fehler und Schwierigkeiten der bekannten Verfahren und Vorrichtungen zu beseitigen und wesentliche Verbesserungen und Vorteile durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Beeinflussung von Dampf zum gleichzeitigen Verringern seiner Temperatur und seines Druckes zu erzielen, wie dies im einzelnen nachfolgend beschrieben ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein neues Verfahren und eine Vorrichtung zur Beeinflussung von Dampf zur Verringerung seiner Temperatur und seines Druckes zu schaffen, die zahlreiche Vorteile nicht nur in der Bemessung der Kühlwassermenge gegenüber der Dampfmenge, sondern auch zur Erreichung eines maximalen Wirkungsgrades für den Wärmeübergang an das Kühlwasser erzielen.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung der Dampftemperatur und des Dampfdruckes zu schaffen, die eine verbesserte Mischung des Kühlwassers mit dem Dampf erzielen.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung der Dampftemperatur und des Dampfdruckes auf wirtschaftliche Weise und ohne aie für diesen Zweck "bisher erforderliche Apparatur zu schaffen.

Noch ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beeinflussung von Dampf bei der Verringerung der Temperatur und des Druckes zu schaffen, die eine hohe Wirtschaftlichkeit bei geringen Kosten erzielen.

Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist. In dieser sind:

Fig. 1 ein senkrechter Schnitt durch ein typisches Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig.2 ein vergrößerter Ausschnitt längs der Linie 2-2 in der Fig.1.

Gemäß der Erfindung wird der Dampf zur Verringerung seiner Temperatur und seines Druckes durch das Einleiten von Kühlwasser in den Dampf und danach durch Verringerung des Dampfdruckes beeinflußt. Dies erfolgt mit einem hohen

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Wirkungsgrad und einer guten Wirtschaftlichkeit, in der in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung. Die Vorrichtung besteht aus einem Steuerventil 5 für einen hohen Energieverlust des Dampfes, wobei der Dampf ,' der durch einen Einlaß 8 in ein Gehäuse 7 eintritt, aufgeteilt und in zahlreichen einzelnen Strömungswegen gehalten wird, die sich über eine wesentliche Länge des Dampfweges durch einen ringförmigen Stapel 9 von Steuerscheiben erstrecken. Von da aus geht der Dampf in eine umlaufende Kammer 10 in dem Gehäuse und dann durch einen Auslaß 11 aus dem Gehäuse heraus. Natürlich sind entsprechende Leitungen an dem Einlaß 8 und dem Auslaß 11 angeschlossen. Beim Durchgang durch den Steuerscheibenstapel 9 wird der Dampf weitgehend in einer im allgemeinen labyrinthförmigen Anordnung von in Fig.2 gezeigten Strömungssteuerdurchgängen aufgeteilt. Jede der zahlreichen einzelnen Scheiben in dem Stapel hat wenigstens auf seiner einen Fläche eine Anzahl von Strömungsunterteilungen und sie begrenzen Steuerdurchgänge 13» wobei sie eine große Anzahl von ringförmigen Krümmungen zwischen dem Innenumfang des ringförmigen Stapels und seinem Außenumfang bilden, so daß sie, wenn die zahlreichen unterteilten Ströme längs der Durchgangswege wandern, dem strömenden Dampf hohe ReibungswiderstandsVerluste erteilen. Dadurch wird eine äußerst wirksame Steuerung der Dampfgeschwindigkeit und des Dampfdruckes in einer im wesentlichen erosionsfreien, ruhigen und schwingungsfreien Weise auf kleinstem Raum erzielt.

Die durch den druckverringernden Plattenstapel 9 strömende Dampfmenge kann mittels eines Ventilkörpers 14 ge-

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steuert werden. Der Ventilkörper 14 ist in einer Mittelbohrung hin- und herverschiebbar angebracht. Die Mittelbohrung wird durch eine rohrförmige Anordnung des Stapels gebildet, wodurch der Dampfeintritt von dem Einlaß 8 in die Eingangsöffnungen in die druckvermindernden Durchgänge 13 reguliert wird. Die Betätigung des Ventilkörpers 14 erfolgt durch einen Ventilschaft 15> der von einem Ende des Gehäuses vorsteht und der mit einem Betätigungskopf 17 versehen ist, der die Form eines Polgeteils^ oder eines Steuerscheibengoches haben kann, der bzw. das durch eine entsprechende Steuerscheibe in Abhängigkeit von dem Dampfdruck am oder nahe an dem Einlaß 8 betätigt wird, um auf diese Weise durch den Ventilkörper 14 eine von dem Dampfdruck abhängige gleichförmige Dampfmenge durch den druckvermindernden Scheibenstapel 9 aufrechtzuerhalten.

Durch die Erfindung wird eine äußerst wirtschaftliche . Dampftemperaturverringerung durch die Einleitung von Kühlwasser in dem Dampf erreicht, ehe der Dampf durch den druckvermindernden Scheibenstapel 9 geht. In vorteilhafter Weise erfolgt die Einleitung des Kühlwassers in den Dampf in dem Bereich der Ventilendfläche des Ventilkörpers 14. Hierzu wird das Kühlwasser vorzugsweise unter einem entsprechenden Einspritzdruck durch einen sich in axialer Richtung erstreckenden Durchgang 18 in dem Ventilkörper, der sich durch eine öffnung 19 in der Ventilendfläche des Ventilkörpers öffnet, in den Dampf eingeleitet. Zweckmäßigerweise ist der Durchgang 18 in dem Ventilkörper koaxial angeordnet und eine oder mehrere, im Pail des vorliegenden Ausführungsbeispieles eine Vielzahl von Zuführleitungen 20, führen von der Rückseite des Ventilkörpers zu dem inneren Ende des

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Durchganges 18 und stehen mit diesem in Verbindung. Der Durchgang 18 ist in der Form einer Sacklochbohrung ausgeführt, deren inneres Ende kurz vor der Bohrung endet, in der der Ventilschaft 15 befestigt ist. Wasser unter entsprechendem Druck wird von einer Wasservorratskammer 21 in dem Gehäuse auf der Rückseite des Ventilkörpers 14 zu den Leitungen 20 geliefert. Die Wasservorratskammer 21 wird durch eine öffnung 22 über eine Leitung 23 mit Wasser versorgt. Die Leitung 23 ist an eine entsprechende unter Druck stehende Wasserquelle angeschlossen, beispielsweise an einen unter Druck stehenden Tank, an eine Pumpe oder dgl. Durch diese Anordnung wird das Wasser wirksam in den Dampf auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Ventiles an einer Stelle maximaler Dampftemperatur und maximalen Wärmeinhaltes für einen besonders wirksamen Wärmeübergang eingespritzt. Weiterhin sind das Wasser und der Dampf einer turbulenten Mischung und einer Expansion für eine vollständige Verdampfung und wirksame Temperaturregelung während der Zeit ausgesetzt,. bis der Dampf den Scheibenstapel 9 verläßt und zu dem Auslaß 11 strömt.

Ein weiterer bedeutsamer Vorteil, der durch die Einleitung des Kühlwassers durch den Ventilkörper 14 erzielt wird, ist die Möglichkeit, die Wassermenge genau proportional zu der Dampfmenge durch ein direktes Verhältnis der Ventilkörperanhebung oder der Einstellung des Ventilkörpers bezogen auf den Dampfdruck zu steuern. In einer einfachen und wirksamen Ausführung erstreckt sich ein Bemessungsstift 24 für das Kühlwasser durch die öffnung 19 in den Durchgang 18. Dieser Stift ist so lang und so konisch sich verjüngend, daß bei einer Stellung

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des Ventilkörpers 14 für eine minimale öffnung oder für einen minimalen Durchgang von Dampf durch den druckvermindernden Scheibenstapel 9 die Wasserzufuhr entsprechend gedrosselt wird. Wenn sich der Ventilkörper 14 anhebt, um das Dampf volumen zu dem Scheibenstapel zu erhöhen, wird durch eine entsprechende Verringerung der Drosselwirkung des Stiftes in dem Durchgang 18 die Kühlwassermenge durch den Durchgang 18 und die öffnung 19 entsprechend erhöht. Zusätzlich bewirkt der Stift durch eine zentrische Stellung zu der Wand des Durchganges 18 und zu der öffnung 19 eine erwünschte Verteilung des Kühlwassers über 360° in den Dampf, der einen Zugang zu dem druckvermindernden Scheibenstapel 9 über 360° hat, um auf diese Weise die Wirksamkeit der JÜschung und die Kühlwirkung des Wassers au verstärken.

Die Anbringung des Drossel- oder Bemessungsstiftes 24 erfolgt wunschgemäß innerhalb des Steuerventiles 5· Hierzu ist der Stift mit einem Fußteil in der Form einer einstückigen Tragkreuzscheibe 25 mit einem größeren Durchmesser als der Einlaß8 ausgerüstet, um gleichmäßig auf dem Umfang des Einlasses angeordnet zu werden. Die Tragkreuzscheibe 25 ist mit zahlreichen Durchgangsöffnungen 27 versehen, um einen im wesentlichen ungehinderten Dampfstrom zu dem Scheibenstapel 9 zu ermöglichen. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Tragkreuzscheibe 25 im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Außenseite des Scheibenstapels 9 und sie ist gegen einen Fuß in dem Gehäuse 7 an dem Boden der Kammer 10 durch einen Eingteil 28 geklemmt, der auch einen Ventilsitz 29 bildet, der mit dem Ende des Ventilkörpers 14 in Eingriff kommen kann, wenn der Durchgang durch das Steuerventil geschlossen werden soll. Auf dem Ringteil 28 sitzt konzentrisch

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der Scheibenstapel 9? und er wird durch, einen Abstandsring 30 zu einer starren Einheit gedruckt. Der Abstandsring JO wird durch den Rand eines Druckringes 31 eines getrennten Gehäusekopfes oder Deckels 32 gepreßt. Der Gehäusekopf 32 erstreckt sich in eine nach, oben offene Bohrung 33 in dem Hauptteil des Gehäuses 7· Zusätzlich, dient der Rand 31 dazu, eine Stopfbuchse 34- um den Ventilkörper 14· zu halten. Die Aufrechterhaltung des Druckes des Randes 31 in der Bohrung 33 erfolgt durch einen Haltering 35? der durch Bolzen 37 befestigt ist, um gegen einen Druckring 38 in Richtung auf den Rand 31 zu drücken und um durch einen Dichtring 39 eine Druckdichtung zu bilden.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung die gleichzeitige Verringerung des Dampfdruckes und der Dampftemperatur auf gewünschte Grenzen ermöglicht. Die Vorrichtung vermindert und beseitigt praktisch Lärm, Schwingung und Erosion. Typische Anwendungen für das Verfahren und die Vorrichtung sind Anfahrsysteme mit Hilfsdampf, Turbinenbeipass, Gebäudeheizsysteme, Kompressorantriebe , Gebläseantriebe und dgl.

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Claims

Patentansprüche

f1./Verfahren zur Beeinflussung von Dampf zum Verringern seiner Temperatur und seines Druckes, gekennzeichnet durch ein Einleiten von Kühlwasser in den Dampf und ein darauf folgendes Verringern des Dampfdruckes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Bemessen des Wassers für den Dampf im wesentlichen proportional zu der strömenden Dampfmenge.
J. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Einspritzen des Wassers in den Dampf in Strömungsrichtung oberhalb von druckvermindernden Durchgängen mit einem Reibungswiderstand, in denen der Dampfdruck vermindert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch.ein Mischen des Wassers mit dem Dampf während des Verringerns des Dampfdruckes.
5· Vorrichtung zur Beeinflussung von Dampf zur Verringerung seiner Temperatur und seines Druckes, gekennzeichnet durch Mittel (18,20) zum Einleiten von Wasser in den Dampf und durch Mittel (9) zum anschließenden Verringern des Dampfdruckes.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5> gekennzeichnet durch Mittel (14·) zur Anpassung des Wasservolumens an das strömende Dampfvolumen.

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7· Vorrichtung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch Mittel (24) zur Bemessung des in den Dampf eingeleiteten Wassers.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch zahlreiche Durchgangswege (13)» in denen die potenzielle Energie des Dampfes aufgelöst und die Dampfgeschwindigkeit und der Dampfdruck gesteuert werden und daß die Mittel (18,20) zum Einleiten des Wassers in Strömungsrichtung oberhalb der Durchgangswege (13) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch ein Gehäuse (7) mit einem Einlaß (8) und einem Auslaß (11) und durch Mittel (9) zur Verringerung des Dampfdruckes, die aus einem Stapel von ringförmigen Scheiben.(12) mit zahlreichen stark verwinkelten Durchgängen (13) zwischen den Scheiben (12) bestehen, durch einen Ventilkörper (14) zur Steuerung des Dampfeintrittes in die Durchgänge (13) "und durch Mittel zum Einleiten des Kühlwassers, die aus einem Durchgang (18) durch den Ventilkörper (14) bestehen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang (18) in axialer Richtung in dem Ventilkörper (14) angeordnet ist, daß der Ventilkörper (14) in einer durch den Scheibenstapel (9) gebildeten Bohrung hin- und herbewegbar angebracht ist, daß der Ventilkörper (14) eine Ventilfläche hat und daß der Durchgang (18) sich durch eine öffnung (19) in der Ventilfläche öffnet.

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11. Vorriclitung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Bemessungsstift (24), der bezogen auf den Scheibenstapel (9) fest angebracht ist und der sich in den Durchgang (18) durch die öffnung (19) erstreckt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (7)» durch eine Tragkreuzscheibe (25) für den Bemessungsstift (24-), durch einen Ventilsitzring (28)5 der die Tragkreuzscheibe (25) gegen das Gehäuse (7) klemmt, durch den Scheibenstapel (9), der auf dem Ventilsitzring (28) aufliegt, durch einen Deckel (32), der auf dem Scheibenstapel (9) aufliegt und der'Mittel (51) zum Zusammenhalten der Teile hat, wobei der Deckel (32) an dem der Ventilendfläche entgegengesetzten Ende des Ventilkörpers (14) eine Kammer (21) bildet, durch Mittel (22,23) zur Zuführung eines Wasservorrates zu der Kammer (21), wobei der Wasserdurchgang (18) in dem Ventilkörper (1A) mit der Kammer (21) in Verbindung steht, durch einen Ventilschaft (15)> der sich von dem Deckel (32) erstreckt und durch Mittel (17), die von dem Ventilschaft (15) zur Steuerung der Stellung des Ventilkörpers (14) gegenüber dem Scheibenstapel (9) über den Ventilschaft (15) gehalten sind.

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