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Kondenswasserabscheider
Die Erfindung betrifft einen Kondenswasserabscheider, dessen Innenraum durch einen scheibenförmigen Ventilteller in eine Druckkammer und eine Austrittskammer unterteilt ist, wobei sowohl die Austrittskammer als auch der in diese hineinragende Eintrittskanal einen ringförmigen Ventilsitz aufweisen.
Bei einer bekannten Ausführung eines derartigen Kondenswasserabscheiders weist der Ventilteller an der Unterseite eine Kerbe auf, durch welche eine dauernde Verbindung zwischen der Druckkammer und der Austrittskammer hergestellt wird. Dies bedingt einen raschen Druckabfall in der Druckkammer, wodurch der Teller sehr rasch öffnet und Dampf verloren geht. Weiters wird bei dieser Ausführungsart durch das Hochziehen des Absaugstutzens in der Austrittskammer das Kondensat unnötig angesammelt, anstatt es ungehindert abfliessen zu lassen.
Diese Nachteile werden dadurch vermieden, dass bei einem Kondenswasserabscheider mit einer Ventilkammer, an deren einer Wand zwei einem Ein- und einem Austrittskanal zugeordnete Ventilsitze vorgesehen sind und mit einer einzigen, lose angeordneten Scheibe als Ventilkörper, wobei die Wand eine nach dieser Scheibe hin ausgesparte, die Mündungsstelle des Eintrittskanals ringförmig und abstandsgleich umgebende Austrittskammer aufweist, dtie beim Abheben der Scheibe über den Ringspalt zwischen Scheibe und Kammerseitenwand mit der Druckkammer über der Scheibe verbunden ist, gemäss der Erfindung die Scheibe in ihrer Schliesslage auf beiden Ventilsitzen allseits dichtend, die Druckkammer von der Austrittskammer vollständig abschliessend anliegt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch den Kondenswasserabscheider, wobei sich der Ventilkörper in der Schlussstellung befindet, Fig. 2 denselben Schnitt wie Fig. 1, aber mit von seinen Sitzen abgehobenem Ventilkörper, Fig. 3 einen Grundriss des Kondenswasserabscheiders, ohne den oberen Gehäuseteil und den Ventilkörper,
Fig. 4 einen Schnitt durch eine Variante des
Ventilkörpers.
Der dargestellte Kondenswasserabscheider, der im folgenden auch "Kondenstopf oder kurz "Topf" genannt wird, besitzt ein Ge- häuse 1, dessen oberer Teil 2 als Kappe aus- gebildet ist und das einen Hohlraum 3 aufweist. In diesem Hohlraum befindet sich der Ventilkörper 4 in Form einer flachen, kreisförmigen Scheibe, welcher den Hohlraum in eine obere Kammer D und in eine untere Kammer A unterteilt, die aus später ersichtlichen Gründen als Druckkammer, resp. Austrittskammer bezeichnet werden. Die Scheibe 4 ist so gross, dass ein enger ringförmiger Spalt 5 zwischen ihrem Rand und der inneren Oberfläche 3a der kreiszylindrischen Seitenwand des Hohlraumes 3 vorhanden ist. Der Ein- und Austrittskanal des Topfes sind tnit 6, resp. 7 bezeichnet.
Der Eintrittskanal 6 ist an denjenigen Teil einer Dampfanlage anzuschliessen, aus dem Kondenswasser abzuscheiden ist. Zur Verbindung mit der Anlage kann der Topf mit Anschlussgewinden oder Flanschen versehen sein, was nicht dargestellt ist.
In der Mitte wird die kreisrunde, untere Kammer A begrenzt durch einen Ventilsitz 8. der die Ventilmündung 9 des Eintrittskanals 6 umgibt. Wenn der Ventilkörper auf dem erwähnten Sitz 8 ruht, schliesst er die Ventilmündung 9 vollständig. Der Austrittskanal 7 des Topfes ist zwischen den beiden Sitzen 8 und 10 an die Austrittskammer A angeschlossen.
Aussen wird die Austrittskammer begrenzt durch einen weiteren Ventilsitz 10. Dieser Sitz ist ganz getrennt vom Eintritts-Ventilsitz 8 und hat absolut nichts zu tun mit dem Abschliessen des Hohlraumes 3 vom Eintrittskanal 6. Er ist im Gegenteil zwischen die untere Kammer A und die obere Kammer D gesetzt, die letztere befindet sich auf der Rückseite (hinter) dem Ventilkörper 4. Indem der Ventilsitz 10 in Verbindung mit dem
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Ventilkörper 4 zusammenarbeitet, dient er nur dazu, um den Durchfluss des Fluidums vom Innern der untern Kammer A in die obere Kammer D zu regulieren bzw. um die obere Kammer von der untern vollständig ab- zuschliessen. Zwischen diesen Kammern ist keinerlei andere Verbindung vorhanden, z. B. kein Loch in der Scheibe 4 oder kein Kanal im Gehäuse.
Es wird dadurch vermieden, dass dauernde Dampfverluste entstehen, wie bei gewissen bekannten Kondenstöpfen, die ebenfalls zwei durch einen Ventilkörper getrennte Kammern aufweisen. Es wird ferner auch vermieden, dass sich durch Verstopfung, Verkalkung od. a. Änderungen dieser Verbindungen die Funktionscharakteristik des Topfes im Laufe der Zeit ändert.
Beide Sitze 8 und 10 sind zur Illustration rund und flach dargestellt. Sie sind so gezeigt, dass sie in der gleichen Ebene liegen, wobei letztere senkrecht zur Achse der Scheibe 4 steht. Die Sitze können aber auch anders als rund und flach sein und können auf verschiedenen Höhen angeordnet sein, vorausgesetzt, dass jene Teile des Ventilkörpers, welche mit diesen zusammenarbeiten, so geformt und entsprechend gelegen sind, dass sie gleichzeitig mit beiden Sitzen zusammentreffen und sich davon abheben.
Wenn der Topf an eine Dampfanlage angeschlossen ist, funktioniert er auf folgende Weise : Nehmen wir als Beispiel an, dass die Anlage kalt ist, und dass sie aufgeheizt wird bzw. Dampf in dieselbe eingelassen wird. Unter diesen Umständen wird normalerweise Luft und Kondensat in der Anlage sein. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ventilkörper 4 entweder auf seinen Sitzen 8, 10 ruhen oder nicht, je nach der Lage, welchen der Topf in bezug auf die Vertikale einnimmt. Der Topf kann nämlich in beliebiger Lage angeordnet werden, nicht nur in der Lage nach Fig. 1 und 2, in der das Gewicht der Scheibe 4 im Sinne eines Schliessens der Ventile wirkt. Dieses Gewicht spielt nur eine ganz vernachlässig- bare Rolle.
Wenn der Ventilkörper anfangs in geöffneter Stellung ist, wird der Druckanstieg in der Anlage die Luft und das Kondensat ungehindert durch den Topf nach aussen befördern.
Wenn der Ventilkörper anfangs in geschlossener Stellung ist, wird er sofort angehoben wegen des Druckes von Luft oder Kondensat, welcher auf seine Unterseite einwirkt bei der Ventilmündung 9 des Eintrittskanals 6, was wieder freien Durchfluss der Luft und des Kondensates durch den Topf erlaubt.
Der freie Durchfluss des Kondenswassers wird andauern, bis dessen Temperatur den Punkt erreicht, wo ein Teil davon infolge der Druckminderung sich in Dampf verwan- delt, wenn es durch den Eingangssitz 8 fliesst.
Der grösste Teil dieses Dampfes wird durch den Austrittskanal 7 ausströmen, aber ein
Teil davon wird durch das offene Ventil 10,
4 und den ringförmigen Spalt 5 strömen, und in die obere Kammer D eintreten, so dass in dieser Kammer ein Druck entsteht.
Wenn dieses Phänomen fortdauert und an Intensität zunimmt, wird der Druck in der Kammer D, welcher auf die Rückseite des Ventilkörpers einwirkt, genügend Kraft haben, um diesen auf den Eingangssitz 8 zu pressen, so jeg- lichen Durchfluss von der Anlage her kom- plett verhindernd, und gleichzeitig den Ven- tilkörper auf seinen Sitz 10 zu pressen, um die Kammer D von der Kammer A wirksam abzuschliessen.
Es sei in diesem Zusammenhang hervorge- hoben, dass, wenn das Stadium erreicht ist. wo das durch den Topf fliessende Fluidum, hauptsächlich aus Dampf besteht, der eine beträchtliche Geschwindigkeit erreicht, ein Teil des Dampfes bei dieser Geschwindigkeit längs der unteren Seite der Ventilscheibe 4 bis zur Wandoberfläche 3a strömen wird, wo der Dampf anprallt und durch den Spalt 5 in die Druckkammer D abgelenkt wird, was einen raschen Druckanstieg und damit ein rasches Schliessen der Ventile 8, 4 und 10, 4 zur Folge hat. Die kinetische Energie des Dampfes wird dabei in der oberen Kammer D in potentielle Energie (Druckenergie) verwandelt.
Wenn der Ventilkörper 4 sich in der beschriebenen Weise auf die Sitze 8, 10 gesetzt hat, werden die Ventile geschlossen bleiben so lange, als di : e durch den Druck in der Kammer D von hinten auf den Ventilkörper wirkende Kraft grösser ist als die Kraft, die von vorne auf ihn einwirkt, einerseits durch durch den Druck in der Anlage bei der Ventilmündung 9 und anderseits durch den noch in der Austrittskammer A herrschenden Austrittsdruck.
Der Druck in der Kammer D wird sich jedoch verringern, da der in letzterer befindliche Dampf sich durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung abkühlen wird, so dass nach einer gewissen Zeit die Kraft, die auf die Rückseite des Ventilkörpers einwirkt, kleiner wird als die Kraft, die auf dessen Vorderseite einwirkt. Wenn dieser Zustand erreicht ist, hebt sich der Ventilkörper von seinen beiden Sitzen ab, und die Flüssigkeit hat wieder freien, ungehinderten Durchgang durch den Topf, bis sich die vorstehenden Funktionen wiederholen, wobei das Schliessen umso schneller erfolgt, und umso länger dauert, je weniger Kondenswasser von der Anlage her in den Eintrittskanal 6 gelangt.
Bei richtiger Anpassung der Dimensionen des Kondenstopfes an den Dampfdruck, der beliebig hoch
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oder niedrig sein kann, wiederholt sich das
Spiel in einer solchen Zeitfolge, dass prak- tisch nur Kondenswasser durch den Topf strömt und in der Anlage der Dampf sehr trocken bleibt. Für die Anpassung der
Schnelligkeit, mit dem der Ventilkörper sich bewegt, an die Betriebsverhältnisse, ist die
Beschaffenheit seiner unteren Oberfläche sehr wichtig.
In den Fig. 1 und 2 ist die mit den Sitzen zusammenwirkende Seite des Ventilkörpers ge- zeigt in der Form einer flachen, glatten
Oberfläche, was eine rasche Strömung und somit einen raschen Druckanstieg in der Kammer D gewährleistet. Wenn jedoch die
Speisung dieser Kammer zu rasch vor sich geht, bei den vorliegenden Betriebsbedin- gungen, so kann man dieselbe verlangsamen, indem man die untere Oberfläche des Ventilkörpers mit Mitteln versieht, um eine Turbulenz in der Strömung zu erzeugen. Eine Form von solchen Mitteln ist in Fig. 4 gezeigt. Hier hat man auf der unteren Seite des in Variante gezeigten Ventilkörpers 4 eine Anzahl von konzentrischen Rillen 11 angebracht.
Diese Rillen können einen Querschnitt von irgend einer gewünschten Form haben, aber in der Darstellung dieser Figur ist der äussere Teil von jeder Rille normal zur unteren Oberfläche des Ventilkörpers, während der innere Teil geneigt ist in einem Winkel von zirka 500 zu der gleichen Oberfläche.
Diese Rillen, von denen eine beliebige Anzahl vorhanden sein kann, dienen dazu, eine Turbulenz zu erzeugen, welche die Strömung bremst, um den Schliessvorgang des Ventilkörpers zu verzögern. Eine solche Turbulenz kann auch erzeugt werden, indem man die untere Seite des Ventilkörpers mit irgendwelchen Einkerbungen versieht, die eine andere als die gezeigte Ringform haben, oder indem man auf der erwähnten Oberfläche nach unten hervorstehende Rippen anbringt. Ein anderer Weg, um die periodische Funktion des Ventilkörpers auf die Betriebsverhältnisse abzustimmen, ist die Dimension der Kammern, der Ventilscheibe und der Ventilsitze beim Entwurf des Kondenswasserabscheiders entsprechend zu wählen.
Man muss sich in diesem Zusammenhang natürlich bewusst sein, dass, weil die Häufigkeit der periodischen Bewegungen des Ventilkörpers stark vom Charakter der Anlage, an welche der Topf angeschlossen wird, abhängt und im besonderen von den darin vorhandenen Dampfdrücken, von der Kondensatmenge, welche in der Anlage anfällt und eventuell noch nach andern Faktoren es unmöglich ist, bestimmte Massverhältnisse festzusetzen, die für alle Fälle passen.
Es kann zweckmässig sein, das Verhältnis zwischen der wirksamen Oberfläche auf der
Druckkammerseite der Scheibe 4 (also deren obere Fläche abzüglich der vom Ventilsitz 10 vorspringenden Ringfläche) und dem Quer- schnitt der Ventilmündung 9 gleich zu machen dem Verhältnis zwischen der Differenz von
Eintrittsdruck und Austrittsdruck einerseits und der Differenz zwischen den Drücken in den Kammern D und A anderseits.
Bei richtiger Anpassung an die Betriebs- bedingungen, wird, wie bereits erwähnt, der
Kondenstopf die Anlage wirksam freihalten von unerwünschter Luft oder Kondensat, mit einem Minimum an Verlust von nützlichem
Dampf, und werden beträchtliche Einsparungen erzielt im Vergleich zu irgendeinem Topf, bei dem Ein- und Austrittsseite dauernd durch
Leck-Öffnungen verbunden sind.
Für die befriedigende Funktion des beschrie- benen Topfes ist es wichtig, dass bei jeder
Lage des Ventilkörpers Dampf hinter den- selben gelangen kann. Dies kann z. B. sicher- gestellt werden durch den nach innen ge- richteten Vorsprung 12 der Kappe 2. Statt- dessen könnte der Ventilkörper auf der Seite der Druckkammer D einen Vorsprung auf- weisen. In beiden Fällen wird verhindert, dass das Volumen der Druckkammer im Verlaufe der Bewegungen des Ventilkörpers unendlich klein werden könnte.
In den Zeichnungen sind das Gehäuse mit Kappe und die inneren Teile des Topfes kreisförmig dargestellt. In der Praxis jedoch können diese Teile auch irgendeine andere gewünschte Form haben. Es wurde kein Versuch gemacht, in diesen Zeichnungen rein bauliche Details der Konstruktion der verschiedenen Teile des Topfes zu zeigen. Es ist somit keineswegs nötig, dass der Ventilsitz 10 den Eintritts-Ventilsitz 8 koaxial umgibt und vollständig von ihm getrennt ist, es könnte z. B. auch ein erhöhter Steg beide Sitze verbinden.
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Condensation separator
The invention relates to a condensate separator, the interior of which is divided into a pressure chamber and an outlet chamber by a disc-shaped valve disk, both the outlet chamber and the inlet channel protruding into it having an annular valve seat.
In a known embodiment of such a condensate separator, the valve disk has a notch on the underside through which a permanent connection between the pressure chamber and the outlet chamber is established. This causes a rapid pressure drop in the pressure chamber, as a result of which the plate opens very quickly and steam is lost. Furthermore, in this embodiment, the condensate is unnecessarily collected by pulling up the suction nozzle in the outlet chamber instead of letting it flow away unhindered.
These disadvantages are avoided by the fact that in a condensate separator with a valve chamber, on one wall of which there are two valve seats assigned to an inlet and an outlet channel, and with a single, loosely arranged disc as the valve body, the wall having a recessed towards this disc, the opening point of the inlet channel has annular and equidistantly surrounding exit chamber, which is connected to the pressure chamber above the disc when the disc is lifted via the annular gap between disc and chamber side wall, according to the invention, the disc in its closed position on both valve seats sealing on all sides, the pressure chamber from the Exit chamber is completely closed.
An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 shows a section through the condensation separator with the valve body in the final position, FIG. 2 the same section as FIG. 1, but with the valve body lifted from its seats, FIG. 3 a plan view of the condensation separator without the upper housing part and the valve body,
4 shows a section through a variant of the
Valve body.
The condensation water separator shown, which is also called “condensate trap” or “pot” for short, has a housing 1, the upper part 2 of which is designed as a cap and which has a cavity 3. The valve body 4 is located in this cavity in the form of a flat, circular disc, which divides the cavity into an upper chamber D and a lower chamber A, which for reasons that will become apparent later are referred to as the pressure chamber or outlet chamber. The disc 4 is so large that a narrow annular gap is formed 5 is present between its edge and the inner surface 3a of the circular cylindrical side wall of the cavity 3. The inlet and outlet channels of the pot are denoted by 6 and 7, respectively.
The inlet channel 6 is to be connected to that part of a steam system from which condensation water is to be separated. For connection to the system, the pot can be provided with connecting threads or flanges, which is not shown.
In the middle, the circular, lower chamber A is delimited by a valve seat 8 which surrounds the valve mouth 9 of the inlet channel 6. When the valve body rests on the aforementioned seat 8, it closes the valve mouth 9 completely. The outlet channel 7 of the pot is connected to the outlet chamber A between the two seats 8 and 10.
On the outside, the exit chamber is bounded by another valve seat 10. This seat is completely separate from the inlet valve seat 8 and has absolutely nothing to do with closing the cavity 3 from the inlet channel 6. On the contrary, it is between the lower chamber A and the upper chamber D set, the latter is on the back (behind) the valve body 4. By placing the valve seat 10 in connection with the
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Valve body 4 cooperates, it only serves to regulate the flow of fluid from the interior of the lower chamber A into the upper chamber D or to completely close off the upper chamber from the lower one. There is no other connection between these chambers, e.g. B. no hole in the disc 4 or no channel in the housing.
This avoids permanent loss of steam, as is the case with certain known condensation pots, which also have two chambers separated by a valve body. It is also avoided that due to constipation, calcification or a. Changes to these compounds will change the functional characteristics of the pot over time.
Both seats 8 and 10 are shown round and flat for illustration. They are shown lying in the same plane, the latter being perpendicular to the axis of the disk 4. The seats can also be other than round and flat and can be arranged at different heights, provided that those parts of the valve body which cooperate with them are shaped and appropriately located so that they meet and stand out from both seats at the same time .
If the pot is connected to a steam system, it works as follows: Let us assume, as an example, that the system is cold and that it is being heated or that steam is being let into it. Under these circumstances there will normally be air and condensate in the system. At this point the valve body 4 will either rest on its seats 8, 10 or not, depending on the position which the pot occupies with respect to the vertical. The pot can namely be arranged in any position, not only in the position according to FIGS. 1 and 2, in which the weight of the disk 4 acts in the sense of closing the valves. This weight only plays a completely negligible role.
When the valve body is initially in the open position, the increase in pressure in the system will transport the air and condensate through the pot to the outside unhindered.
When the valve body is initially in the closed position, it is immediately lifted because of the pressure of air or condensate acting on its underside at the valve mouth 9 of the inlet channel 6, which again allows the air and condensate to flow freely through the pot.
The free flow of the condensed water will continue until its temperature reaches the point where a part of it turns into steam as a result of the pressure reduction when it flows through the inlet seat 8.
Most of this steam will flow out through the outlet channel 7, but in
Part of it is through the open valve 10,
4 and the annular gap 5 flow, and enter the upper chamber D, so that a pressure is created in this chamber.
If this phenomenon continues and increases in intensity, the pressure in the chamber D, which acts on the rear of the valve body, will have sufficient force to press it onto the inlet seat 8, thus complete any flow from the system preventing, and at the same time pressing the valve body onto its seat 10 in order to effectively close off the chamber D from the chamber A.
It should be emphasized in this connection that when the stage is reached. where the fluid flowing through the pot consists mainly of steam reaching a considerable velocity, some of the steam at this velocity will flow along the lower side of the valve disc 4 to the wall surface 3a where the steam impinges and passes through the gap 5 in the pressure chamber D is deflected, which results in a rapid increase in pressure and thus a rapid closure of the valves 8, 4 and 10, 4. The kinetic energy of the steam is converted into potential energy (pressure energy) in the upper chamber D.
When the valve body 4 is seated on the seats 8, 10 in the manner described, the valves will remain closed as long as the force acting on the valve body from behind due to the pressure in the chamber D is greater than the force which acts on him from the front, on the one hand by the pressure in the system at the valve mouth 9 and on the other hand by the outlet pressure still prevailing in the outlet chamber A.
The pressure in the chamber D will, however, decrease, since the steam located in the latter will cool down through heat conduction and heat radiation, so that after a certain time the force acting on the back of the valve body becomes smaller than the force acting on whose front acts. When this state is reached, the valve body lifts from its two seats and the liquid again has free, unimpeded passage through the pot until the above functions are repeated, with the closing being the faster and the longer the less it takes to close Condensation water from the system enters the inlet channel 6.
With correct adjustment of the dimensions of the condenser pot to the vapor pressure, which is arbitrarily high
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or low, it repeats itself
Play in such a time sequence that practically only condensation water flows through the pot and the steam remains very dry in the system. For customizing the
The speed with which the valve body moves to the operating conditions is that
The texture of its lower surface is very important.
In FIGS. 1 and 2, the side of the valve body cooperating with the seats is shown in the form of a flat, smooth one
Surface, which ensures a rapid flow and thus a rapid increase in pressure in chamber D. However, if the
If this chamber is fed too rapidly, under the operating conditions present, it can be slowed down by providing the lower surface of the valve body with means to create turbulence in the flow. One form of such means is shown in FIG. Here a number of concentric grooves 11 have been made on the lower side of the valve body 4 shown in the variant.
These grooves may have a cross-section of any desired shape, but in the illustration of this figure the outer part of each groove is normal to the lower surface of the valve body while the inner part is inclined at an angle of about 500 to the same surface.
These grooves, of which there can be any number, are used to generate turbulence which slows the flow in order to delay the closing process of the valve body. Such turbulence can also be generated by providing the lower side of the valve body with any notches which have a different ring shape than the one shown, or by providing downwardly protruding ribs on the surface mentioned. Another way of adapting the periodic function of the valve body to the operating conditions is to select the dimensions of the chambers, the valve disc and the valve seats accordingly when designing the condensate separator.
In this context, one must of course be aware that, because the frequency of the periodic movements of the valve body depends heavily on the character of the system to which the pot is connected and, in particular, on the steam pressures present in it, on the amount of condensate which is in the System arises and possibly also due to other factors it is impossible to establish certain proportions that fit all cases.
It can be useful, the ratio between the effective surface on the
The pressure chamber side of the disk 4 (that is, its upper surface minus the annular surface protruding from the valve seat 10) and the cross section of the valve mouth 9 are to be made equal to the ratio between the difference of
Inlet pressure and outlet pressure on the one hand and the difference between the pressures in chambers D and A on the other.
When properly adapted to the operating conditions, as already mentioned, the
Condensate trap effectively keeping the system free of unwanted air or condensate, with a minimum of loss of useful
Steam, and considerable savings are made compared to any pot with the entry and exit sides through
Leak openings are connected.
For the described pot to function satisfactorily, it is important that each
Position of the valve body steam can get behind the same. This can e.g. This can be ensured, for example, by the inwardly directed projection 12 of the cap 2. Instead, the valve body could have a projection on the side of the pressure chamber D. In both cases it is prevented that the volume of the pressure chamber could become infinitely small in the course of the movements of the valve body.
In the drawings, the housing with the cap and the inner parts of the pot are shown in a circle. In practice, however, these parts can have any other desired shape. No attempt was made to show purely structural details of the construction of the various parts of the pot in these drawings. It is therefore by no means necessary that the valve seat 10 coaxially surrounds the inlet valve seat 8 and is completely separated from it; B. also connect a raised bridge both seats.
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