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Thermisch gesteuerter Kondensatableiter
Die Erfindung betrifft einen thermisch gesteuerten Kondensatableiter mit einem unter der Wirkung von federnden Bimetallelementen gegen die Seite höheren Druckes schliessenden Abschlussorgan, einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Ventilsitz sowie einer hinter dem Ventilsitz angeordneten, durch einen Spalt zwischen dem Gehäuse oder einem damit fest verbundenen Teil und dem beweglichen Abschlussorgan oder einem mit diesem verbundenen Teil gebildeten Engstelle, durch welche das öffnen und Schliessen des Ventils zusätzlich zur Wirkung der Bimetallelemente beeinflusst wird, wobei der Durchmesser des die Engstelle begrenzenden beweglichen Teiles grösser ist als der Durchmesser des feststehenden Ventilsitzes und dass am Abschlussorgan ein Teller angeordnet ist,
dessen Durchmesser wesentlich grösser ist als der des Ventilsitzes und dass dieser Teller einen die Engstelle bildenden Spalt begrenzt, wobei das austretende Kondensat durch Beaufschlagung des Tellers diesen Spalt zu vergrössern sucht und umgekehrt bei Temperaturerhöhung der Teller eine Querschnittsverminderung der Engstelle bewirkt.
Bei thermostatisch gesteuerten Kondensatableitern dieser Art strebt man an, dass bei Sattdampftemperatur die thermoelastische Kraft des Thermostaten ausreicht, um die aus der statischen Druckverteilung am Abschlussorgan resultierende Öffnungskraft sowie die erforderliche Dichtkraft aufzubringen. Anderseits sollen diese Kondensatableiter bei einer Temperatur des Mediums wenig unterhalb der Sattdampftemperatur in der Lage sein, grosse Mengen auszuschleusen. Beide Forderungen lassen sich mit Kondensatableitern herkömmlicher'Bauart nicht gleichzeitig verwirklichen.
Ist der Kondensatableiter so eingestellt, dass die Forderung nach ausreichender Dichtkraft erfüllt ist, muss das am Thermostaten anfallende Kondensat zunächst solange abkühlen, bis die Dichtkraft durch Nachlassen der Thermospannung des Thermostaten infolge der Temperaturabsenkung des Kondensates aufgehoben, d. h. zu null wird. Erst bei weiterer Temperaturabsenkung, d. h. erst bei weiterer Abkühlung des Kondensates und des Thermostaten, gibt das Ventil den Auslass frei, so dass die Ausschleusung von Kondensat erfolgen kann.
Da die am Ventil vom ausströmenden Kondensat erzeugten hydrodynamischen Kräfte sich bei den bekannten Kondensatableitern nur unwesentlich von den infolge der statischen Druckverteilung am geschlossenen Ventil hervorgerufenen Öffnungskräften unterscheiden, nimmt der Hub dieser Ventile mit fallender Kondensat-und Thermostat-Temperatur im wesentlichen linear zu. Dies bedeutet, dass zur Ableitung des Kondensats immer eine Kühlstrecke erforderlich ist, die um so grösser wird, je grösser die abzuleitenden Kondensatmengen sind. Eine Verringerung des Staues ist nur durch die Vergrösserung des eingestellten Spindelhubes, d. h. der Einstellung des Thermostaten möglich.
Dies hat jedoch zur Folge, dass bei schwankenden Mengen, insbesondere bei Last null, d. h. bei
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Anfall von Sattdampf, grosse Verluste in Kauf genommen werden müssen.
Stark verbessert wurde das Regelverhalten solcher Kondensatableiter durch die nachfolgend beschriebene Konstruktion des Stammpatentes. Das Abschlussorgan ist hinter der Absperrstelle stark erweitert und bildet mit dem Gehäuse einen engen Spalt, der vom ausfliessende Kondensat durchströmt wird. Zwischen Sitzspalt und dem vom erweiterten Abschlussorgan mit dem Gehäuse gebildeten engen Spalt entsteht ein auf die durch die Erweiterung des Abschlussorgans erzeugte
Stirnfläche wirkender Druck, der eine in öffnungsrichtung wirkende Zusatzkraft zur zusätzlichen
Steuerung der Ventilbewegung in der Weise hervorruft, dass kurz vor Erreichen der
Sattdampftemperatur und der damit verbundenen Verdampfungsvorgänge diese Zusatzkraft rasch abklingt, wodurch der Thermostat in die Lage kommt, das Ventil momentan zu schliessen.
Im
Gegensatz zu den weiter oben beschriebenen Bauarten öffnet der Ableiter bei geringen Unterkühlungen weit und ist so in der Lage, auch im Bereich der Sattdampftemperatur grosse Mengen Kondensat auszuschleusen, ohne dass eine Einstellung notwendig ist, die bei Teillast oder Nullast zu
Dampfverlusten führt. Sind die anfallenden Kondensatmengen geringer als die infolge der beschriebenen
Wirkungsweise vom Ableiter im Bereich der Sattdampftemperatur abfuhrbaren Kondensatmengen, so entwässert er die Anlage, ähnlich wie ein Auf-Zu-Regler, intermittierend. Der Ableiter leitet das angefallene Kondensat nahezu völlig ab, wobei sich die Anlage entleert. Hat das ausfliessende Kondensat schliesslich den Zustand erreicht, der den oben geschilderten Schliesseffekt auslöst, so schliesst der
Ableiter spontan.
Nach dem neuerlichen Abkühlen des am geschlossenen Thermostaten sich ansammelnden und von der Anlage auch in dieser Phase kontinuierlich erzeugten Kondensats beginnt der Arbeitszyklus erneut. Bei Anlagen, deren Leistungen in den Bereich fallen, in dem der Ableiter intermittierend entwässert, tritt nach den vorhergehenden Ausführungen periodisch ein Stau auf, der zwar kleiner ist als bei den eingangs geschilderten Bauarten, sich aber unter Umständen auf die Anlage trotzdem noch ungünstig auswirken kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, thermische Ableiter mit den zuletzt beschriebenen Merkmalen des erweiterten Abschlussorgans und des auf die Absperrstelle folgenden engen Spaltes dahingehend zu verbessern, dass unter Beibehaltung der beschriebenen Vorteile der Leistungsbereich, in dem ein periodisch auftretender Stau möglich ist, erheblich eingeschränkt bzw. ausgeschaltet wird, wobei gleichzeitig erreicht werden soll, dass der Ableiter sich im ersetzten Bereich Mengenschwankungen praktisch verzögerungsfrei anpasst.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in Strömungsrichtung hinter der Absperrstelle nacheinander zur Wirkung kommende Engstellen vorgesehen sind, von denen eine zwischen einem Gehäuseteil und der Aussenkante der Erweiterung des Abschlussorgans gebildet und beim öffnen des Ventils zuerst wirksam wird, und eine weitere zwischen dem Gehäuseteil und der Mantelfläche der Erweiterung des Abschlussorganes gebildete Engstelle beim öffnen des Ventils später zur Wirkung kommt. Besonders zweckmässig kann es sein, zwei Engstellen vorzusehen, von denen die obere axial und die untere radial begrenzt ist.
Die Erweiterung des Abschlussorgans, d. h. die Stirnfläche, sowie der Querschnittsverlauf der Engstelle in Abhängigkeit vom Ventilhub sind so auf die mechanischen Federeigenschaften des Thermostaten abgestimmt, dass die im Bereich geringer Unterkühlungen sich einstellenden hydrodynamischen Ventilkräfte bei kleinen Hüben zunächst viel stärker und dann über einen grösseren Hubbereich weniger zunehmen als die mechanischen Federkräfte des Thermostaten. Ausserdem sind die Stirnfläche und der Querschnittsverlauf so bemessen, dass die hydrodynamischen Ventilkräfte für den Ausfluss von siedendem Kondensat insgesamt kleiner sind als die bei Siedetemperatur und gleichem Ventilhub erreichbaren Federkräfte des Thermostaten oder aber höchstens bei sehr kleinen Hüben diese nur unwesentlich überschreiten.
Durch die beschriebenen Massnahmen wird erreicht, dass der Kondensatableiter bei minimalen Temperaturänderungen im Bereich der Sattdampftemperatur, beispielsweise bei einer Änderung der Unterkühlung des ausfliessenden Kondensats von 1 auf 5 C, in der Lage ist, die ausschleusbaren Mengen von sehr kleinen Werten auf sehr hohe zu steigern, wobei das Ausbleiben von Kondensat, d. h. bei Last null, der Kondensatableiter trotzdem in der Lage bleibt, im Schnellschluss zu schliessen. Der Ableiter arbeitet demnach praktisch in seinem gesamten Mengenbereich stationär, also nicht mehr intermittierend, und ist ausserdem geeignet, sich grossen Lastschwankungen ohne nennenswerten Stau, d. h. praktisch verzögerungsfrei, anzupassen.
Die Zeichnungen veranschaulichen eine vorteilhafte Ausgestaltung des Abschlussorgans des erfindungsgemässen Kondensatableiters. Die Fig. l bis 3 zeigen die Stellung des Abschlussorgans bei verschiedenen Öffnungsphasen.
Im Gehäuse--l--verbindet eine Bohrung --2- mit einem Ventilsitz--3--den
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darüberliegenden Kondensatsammelraum mit einem Abflusskanal --4--. Ein Abschlussorgan-5-- wird durch einen nicht gezeigten Bimetall-Thermostaten, der beispielsweise um den Ventilschaft - angeordnet ist, auf seinen Sitz gezogen.
Das Abschlussorgan-5-weist im Abflusskanal - -4-- eine Erweiterung --7-- auf. Beim Abheben des Abschlussorgans-5-von seinem Sitz --3-- wird vom ausströmenden Kondensat infolge der Engstelle-8-, die vom Gehäuse-l- und der Aussenkante der Erweiterung --7-- des Abschluss organs --5-- gebildet wird, im Abflusskanal --4-- ein Druck aufgebaut, der eine in öffnungsrichtung auf das Abschlussorgan wirkende zusätzliche Kraft hervorruft, so dass der nicht gezeigte Bimetall-Thermostat durchfedert.
Die Grösse der zusätzlichen Kraft und somit die Durchfederung des Thermostaten ist durch die Drosselwirkung des Spaltes an der Engstelle--8--bestimmt. Bei weiterem Öffnen des Kondensatableiters verschwindet der Einfluss der Engstelle--8-- ; stattdessen kommt die Engstelle --9-- (Fig. 2) zur Wirkung. Der vom ausströmenden Kondensat erzeugte zusätzliche, auf die Stirnfläche wirkende Druck und somit die zusätzliche Kraft und infolgedessen die weitere Einfederung des Thermostaten ist in dieser Phase durch die Wirkung der Engstelle--9--bestimmt.
Fig. 3 schliesslich zeigt die mögliche Endstellung (kalter Zustand des Thermostaten) des Kondensatableiters. Der Durchströmquerschnitt des Spaltes--10--wird wieder grösser.
Es kann sinnvoll sein, mehr als die in den Zeichnungen gezeigten zwei Engstellen vorzusehen, wodurch ein über dem Hub noch besser abgestimmter Verlauf der Ventilkräfte erreichbar ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Thermisch gesteuerter Kondensatableiter mit einem unter der Wirkung von federnden Bimetallelementen gegen die Seite höheren Druckes schliessenden Abschlussorgan, einem mit dem Gehäuse fest verbunden Ventilsitz sowie einer hinter dem Ventilsitz angeordneten, durch einen Spalt zwischen dem Gehäuse oder einem damit fest verbunden Teil und dem beweglichen Abschlussorgan oder einer mit diesem verbundenen Teil gebildeten Engstelle, durch welche das öffnen und Schliessen des Ventils zusätzlich zur Wirkung der Bimetallelemente beeinflusst wird, wobei der Durchmesser des die Engstelle begrenzenden beweglichen Teiles grösser ist als der Durchmesser des feststehenden Ventilsitzes und dass am Abschlussorgan ein Teller angeordnet ist,
dessen Durchmesser wesentlich grösser ist als der des Ventilsitzes und dass dieser Teller einen die Engstelle bildenden Spalt begrenzt, wobei das austretende Kondensat durch Beaufschlagung des Tellers diesen Spalt zu vergrössern sucht und umgekehrt bei Temperaturerhöhung der Teller eine Querschnittsverminderung der Engstelle bewirkt, nach Patent Nr.260285, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung hinter der Absperrstelle mehrere nacheinander zur Wirkung kommende Engstellen (8, 9) vorgesehen sind, von
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