AT400616B

AT400616B - Apparatus for the cooling of hot steam

Info

Publication number: AT400616B
Application number: AT212693A
Authority: AT
Inventors: Erwin Ing Klimpfinger; Arnold Dipl Ing Muschet
Original assignee: Schmidt Armaturen Ges M B H
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1996-02-26
Also published as: ATA212693A

Abstract

Apparatus for the cooling of hot steam in a steam pipe 1 by the injection of water, the apparatus having, in a hollow- cylindrical nozzle housing 8, a plurality of nozzles 30, 32 for injecting the water. The nozzles 30 can be opened and closed by the displacement of a piston 17. For reliably sealing off the closed nozzles 30, there is, on the piston 17, a slotted piston tube which is prestressed radially outwards and thereby bears firmly on the nozzle housing 8. The radial prestress is achieved in that the piston 17 has a conical taper 21, against which the piston tube 22 bears at one end; at the other end of the piston tube 22 there is a spreading ring 23 which bears with a conical surface on the piston tube 22 and which is prestressed against the latter by means of cup springs 24. The device for preventing rotation is a straight pin 33 which projects into the slot 34 of the slotted tube 22. <IMAGE>

Description

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AT 400 616 BAT 400 616 B

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von Heißdampf durch Einspritzung von Wasser, wobei die Vorrichtung einen Wassereinlaß und mehrere Wasserauslässe aufweist und wobei die Wasserauslässe in einem hohlzylindrischen Gehäuse angeordnet sind, in dem ein Kolben zur selektiven Freigabe bzw. zum selektiven Verschließen der Wasserauslässe verschiebbar geführt ist. 5 Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 37 13 726 bekannt. Sie wird dazu verwendet, Dampf durch Einspritzen von Wasser geregelt abzukühlen. Zu diesem Zweck wird die Vorrichtung so in eine Rohrleitung eingebaut, daß die Wasserauslässe innerhalb der Rohrleitung liegen, der Wassereinlaß jedoch außerhalb. Die Wasserauslässe sind zweckmäßigerweise in Form von Düsen ausgebildet, sodaß - wenn die Wasserauslässe vom Kolben freigegeben sind - das Wasser fein zerstäubt wird. io Problematisch war bisher die Abdichtung der Wasserauslässe durch den Kolben. Infolge der hohen thermischen Wechselbeanspruchung muß der Kolben im hohlzylindrischen Gehäuse zumindest einige hundertstel Millimeter Spiel haben; ein derartiger Abstand genügt aber bereits, daß geringe Mengen Wasser ständig von den Wasserauslässen (den Düsen) in die Rohrleitung eingespritzt werden. Dies ist natürlich unerwünscht. 15 Es wurde auch bereits versucht, Dichtringe zwischen dem Kolben und dem hohlzylindrischen Gehäuse vorzusehen. Es konnte aber kein Material gefunden werden, das den Einsatzbedingungen (sehr hoher Druck, hohe Temperatur) längere Zeit standhält. Auch Graphitringe bilden hier keine Ausnahme. In der DE-PS 125 908 ist ein Abschlußschieber beschrieben, der beispielsweise für Dampfmaschinen geeignet ist. Der Abschlußschieber weist einen Einlaß und auch nur einen Auslaß auf. Die Verbindung 20 zwischen Einlaß und Auslaß soll in der Schließstellung zuverlässig unterbrochen werden; deshalb ist ein elastisch nach außen vorgespanntes Element vorgesehen. Zum Öffnen dieses Abschlußschiebers wird dieses elastisch nach außen vorgespannte Element radial nach innen zusammengedrückt, sodaß es sich leicht verschieben läßt. Damit dies möglich ist, besteht das elastische Element aus zwei ineinanderliegenden, an einem Ende zusammenhängenden Ringen, dessen Vorspannung - außer in der völligen Schließstel-25 lung - von einem Hohlkegel aufgehoben ist. Im Gegensatz dazu sind bei der eingangs genannten Vorrichtung mehrere Wasserauslässe vorgesehen, die selektiv freigegeben oder abgesperrt werden sollen. Da bei den Wasserauslässen im allgemeinen eine Zerstäubung mittels Düsen vorgesehen ist, eine solche Zerstäubung aber erst bei einem gewissen Mindestdurchfluß funktioniert, ist es wichtig, daß die nichtfreigegebenen Wasserauslässe möglichst zuver-3o lässig abgedichtet sind. Die zuverlässige Andichtung aller Wasserauslässe ist im allgemeinen kein Problem, weil diese beispielsweise durch eine konische Verbreiterung des Kolbens für alle Wasserauslässe zusammen vorgenommen werden kann. Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß alle Wasserauslässe, die gerade nicht vom Kolben freigegeben sind, zuverlässig 35 abgedichtet sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben von einem längsgeschlitzten, ständig radial nach außen vorgespannten Kolbenrohr umgeben ist, das gegen das hohlzylindrische Gehäuse anliegt. Erfindungsgemäß wird also die Abdichtung nicht durch einen Dichtring oder durch eine geschlossene 40 Hülse bewirkt, sondern durch ein geschlitztes Kolbenrohr. Infolge des Schlitzes kann das Kolbenrohr den Durchmesseränderungen, die das hohlzylindrische Gehäuse bei Temperaturwechseln erfährt, folgen, sodaß immer eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet ist. Zu beachten ist dabei lediglich, daß im Bereich des Schlitzes keine Wasserauslässe im hohlzylindrischen Gehäuse vorgesehen sind, weil dort natürlich keine Abdichtung erfolgt. 45 Um das geschlitzte Kolbenrohr radial nach außen vorzuspannen, ist es zweckmäßig, daß das Kolbenrohr mit einem axialen Ende an einer konischen Verjüngung des Kolbens anliegt, daß am anderen axialen Ende des Kolbenrohres ein Aufspreizring vorgesehen ist, der mit einer Kegelfläche am Kolbenrohr aniiegt, und daß der Aufspreizring axial in Richtung zum Kolbenrohr vorgespannt ist. Auf diese Weise wird die axiale Vorspannung des Aufspreizringes durch die konische Verjüngung des Kolbens bzw. durch die Kegelfläche so des Aufspreizringes in eine radiale Vorspannung des Kolbenrohres umgesetzt. Zweckmäßigerweise sind die Enden des Kolbenrohres diesen Flächen angepaßt, also auch kegelförmig. Vorzugsweise ist zur Vorspannung des Aufspreizringes zumindest eine Tellerfeder vorgesehen. Durch Tellerfedern kann eine ausreichend große Kraft bei genügend großem Federweg auf den Auf spreizring übertragen werden, sodaß das Kolbenrohr zuverlässig unter allen Einsatzbedingungen die Wasserauslässe 55 abdichtet. Schließlich ist es zweckmäßig, wenn zur Verdrehsicherung im Kolben ein Zylinderstift fest angebracht ist, der in den Schlitz des Kolbenrohres ragt. Wie bereits erwähnt, findet im Bereich des Schlitzes des Kolbenrohres natürlich keine Abdichtung statt, und man muß daher darauf achten, daß der Schlitz nie vor :K: !ΐ Tip i·· ·.:·];· •VT, : .· * :½ -:¾ 1The present invention relates to a device for cooling superheated steam by injecting water, the device having a water inlet and several water outlets and the water outlets being arranged in a hollow cylindrical housing in which a piston for the selective release or for the selective closing of the water outlets can be displaced is led. 5 Such a device is known from DE-OS 37 13 726. It is used to cool steam in a controlled manner by injecting water. For this purpose, the device is installed in a pipeline so that the water outlets are inside the pipeline, but the water inlet is outside. The water outlets are expediently designed in the form of nozzles, so that - when the water outlets are cleared by the piston - the water is atomized finely. io Until now, the sealing of the water outlets by the piston was problematic. As a result of the high thermal alternating stress, the piston in the hollow cylindrical housing must have at least a few hundredths of a millimeter; such a distance is sufficient that small amounts of water are constantly injected into the pipeline from the water outlets (nozzles). This is of course undesirable. 15 Attempts have also already been made to provide sealing rings between the piston and the hollow cylindrical housing. However, no material could be found that could withstand the operating conditions (very high pressure, high temperature) for a long time. Graphite rings are no exception. DE-PS 125 908 describes a closing slide which is suitable, for example, for steam engines. The gate valve has an inlet and only one outlet. The connection 20 between the inlet and outlet is to be reliably interrupted in the closed position; therefore an element that is elastically biased outwards is provided. To open this closing slide, this elastically biased element is compressed radially inward so that it can be easily moved. To make this possible, the elastic element consists of two rings lying one inside the other, connected at one end, the pretensioning of which - except in the fully closed position - is lifted by a hollow cone. In contrast, several water outlets are provided in the device mentioned at the outset, which are to be selectively released or blocked. Since atomization by means of nozzles is generally provided for the water outlets, but such atomization only works at a certain minimum flow rate, it is important that the non-released water outlets are sealed as reliably as possible. The reliable sealing of all water outlets is generally not a problem, because this can be carried out together for all water outlets, for example by conically widening the piston. It is therefore an object of the present invention to develop a device of the type mentioned at the outset in such a way that all water outlets which are not currently released by the piston are reliably sealed. According to the invention, this object is achieved in that the piston is surrounded by a longitudinally slotted piston tube, which is constantly radially biased outwards and bears against the hollow cylindrical housing. According to the invention, the sealing is therefore not effected by a sealing ring or by a closed sleeve, but by a slotted piston tube. As a result of the slot, the piston tube can follow the changes in diameter that the hollow cylindrical housing undergoes when the temperature changes, so that a reliable seal is always guaranteed. It should only be noted that there are no water outlets in the hollow cylindrical housing in the area of the slot, because there is of course no sealing there. 45 In order to preload the slotted piston tube radially outwards, it is expedient that the piston tube rests with an axial end on a conical taper of the piston, that at the other axial end of the piston tube an expansion ring is provided which rests with a conical surface on the piston tube, and that the expansion ring is axially biased towards the piston tube. In this way, the axial preload of the expanding ring is converted into a radial preload of the piston tube by the conical taper of the piston or by the conical surface of the expanding ring. The ends of the piston tube are expediently adapted to these surfaces, that is to say also conical. At least one plate spring is preferably provided for pretensioning the expansion ring. By means of disc springs, a sufficiently large force can be transmitted to the expansion ring with sufficient travel, so that the piston tube reliably seals the water outlets 55 under all operating conditions. Finally, it is expedient if a cylinder pin is fixedly attached in the piston to prevent rotation and protrudes into the slot of the piston tube. As already mentioned, there is of course no sealing in the area of the slot of the piston tube, and one must therefore ensure that the slot never before: K:! Ϊ́ Tip i ·· ·.: ·]; · • VT,:. · *: ½ -: ¾ 1

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22nd

AT 400 616 B einem Wasserausiaß zu liegen kommt. Dies kann in einfachster Weise mit der eben beschriebenen Verdrehsicherung erzielt werden.AT 400 616 B comes to a water outlet. This can be achieved in the simplest way with the anti-rotation device just described.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt, und Fig. 2 zeigt den unteren Teil von Fig. 1 in vergrößertem 5 Maßstab.The present invention is explained in more detail with reference to the accompanying figures. Fig. 1 shows a device according to the invention in section, and Fig. 2 shows the lower part of Fig. 1 on an enlarged 5 scale.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Dampfrohr 1 strichliert dargestellt, das einen Flansch 2 aufweist, an dem mittels Schraubverbindungen 3, 4 (siehe Fig.1) eine erfindungsgemäße Armatur befestigt ist. Diese weist ein Armaturgehäuse 7 auf, an das unten ein Düsengehäuse 8 mittels einer Mutter 9 angeschraubt ist. Ke Mutter 9 weist in ihrem oberen Teil, der mit dem Armaturgehäuse 7 zusammenwirkt, ein Linksgewinde auf, io und in ihrem unteren Teil, der mit dem Düsengehäuse 8 zusammenwirkt, ein Rechtsgewinde auf. Auf diese Weise wird durch Verdrehen der Mutter 9 das Düsengehäuse gegen das Armaturgehäuse gezogen. Um eine zuverlässig Abdichtung zu gewährleisten, ist zwischen dem Armaturgehäuse 7 und dem Düsengehäuse 8 ein Profilring 10 aus Graphit vorgesehen (siehe Fig. 2).1 and 2, a steam pipe 1 is shown in broken lines, which has a flange 2 to which a fitting according to the invention is fastened by means of screw connections 3, 4 (see FIG. 1). This has a fitting housing 7, to which a nozzle housing 8 is screwed at the bottom by means of a nut 9. Ke nut 9 has a left-hand thread in its upper part, which cooperates with the valve housing 7, and in its lower part, which cooperates with the nozzle housing 8, has a right-hand thread. In this way, the nozzle housing is pulled against the valve housing by turning the nut 9. In order to ensure a reliable seal, a profile ring 10 made of graphite is provided between the valve housing 7 and the nozzle housing 8 (see FIG. 2).

Im Armaturgehäuse 7 ist mittels einer Führungsbüchse 12 (siehe Fig. 1) eine Spindel 11 axial 75 verschiebbar gelagert. Zur Abdichtung ist eine Stopfbüchspackung 13 vorgesehen, die von einer Stopfbüchse 14 gegen die Führungsbüchse 12 gepreßt wird. Zu diesen Zweck sind Schraubverbindungen 15, 16 zwischen der Stopfbüchse 14 und dem Armaturgehäuse 7 vorgesehen. An der Spindel 11 ist ein Kolben 17 mittels einer Schraubverbindung 18 befestigt. Dieser Kolben 17 weist eine axiale Bohrung 19 auf, die von dem der Schraubverbindung 18 gegenüberliegenden Ende des Kolbens 17 ausgeht. Etwa in der Mitte des 20 Kolbens 17 gehen von dieser axialen Bohrung 19 radiale Bohrungen 20 nach außen. Unterhalb dieser radialen Bohrungen 20, also in Richtung zum freien Ende der axialen Bohrung 19, weist der Kolben 17 eine konische Verjüngung 21 auf. In dem dadurch zwischen dem Düsengehäuse 8 und dem Kolben 17 entstehenden Spalt ist ein geschlitztes Kolbenrohr 22 untergebracht. An dem der konischen Verjüngung 21 gegenüberliegenden Ende des geschlitzten Kolbenrohres 22 ist ein Aufspreizring 23 vorgesehen, der mit 25 einer Kegelfläche am geschlitzten Kolbenrohr 22 anliegt. Gegen die dem geschlitzten Kolbenrohr 22 gegenüberliegende Stirnseite des Aufspreizringes 23 drücken mehrere Tellerfedem 24, für die eine auf den Kolben 17 aufgeschraubte Spannmutter 25 das Widerlager bildet. Da diese Spannmutter 25 nur von unten zugänglich ist, ist es zweckmäßig, für die Betätigung axial verlaufende Bohrungen 26 (siehe Fig. 2) vorzusehen. Das Düsengehäuse 8 ist durch einen Deckel 27 verschlossen, wobei zwischen dem Düsenge-30 häuse 8 und dem Deckel 27 zur Abdichtung ein Profilring 28 (siehe Fig. 2) aus Graphit eingelegt ist.A spindle 11 is axially displaceably mounted in the valve housing 7 by means of a guide bush 12 (see FIG. 1). For the sealing, a gland packing 13 is provided, which is pressed against the guide sleeve 12 by a gland 14. For this purpose, screw connections 15, 16 are provided between the stuffing box 14 and the valve housing 7. A piston 17 is fastened to the spindle 11 by means of a screw connection 18. This piston 17 has an axial bore 19 which extends from the end of the piston 17 opposite the screw connection 18. Approximately in the middle of the 20 piston 17, radial bores 20 go outward from this axial bore 19. Below these radial bores 20, ie in the direction of the free end of the axial bore 19, the piston 17 has a conical taper 21. A slotted piston tube 22 is accommodated in the gap thus created between the nozzle housing 8 and the piston 17. At the end of the slotted piston tube 22 opposite the conical taper 21, a spreading ring 23 is provided which bears against the slotted piston tube 22 with a conical surface 25. Several plate springs 24 press against the end face of the expansion ring 23 opposite the slotted piston tube 22, for which a clamping nut 25 screwed onto the piston 17 forms the abutment. Since this clamping nut 25 is only accessible from below, it is expedient to provide axially extending bores 26 (see FIG. 2) for the actuation. The nozzle housing 8 is closed by a cover 27, a profile ring 28 (see FIG. 2) made of graphite being inserted between the nozzle housing 30 and the cover 27 for sealing.

In der Höhe des geschlitzten Kolbenrohres 22 sind mehrere Ausnehmungen 29 im Düsengehäuse 8 vorgesehen. In Hg. 1 ist nur eine Ausnehmung 29 zu sehen; tatsächlich sind - axial und radial versetzt - im allgemeinen mehrere derartige Ausnehmungen (z.B. 9) vorgesehen. In diese Ausnehmungen 29 sind Düsen 30 (siehe Fig. 2) eingesetzt. Zusätzlich ist noch eine weitere Ausnehmung 31 (siehe Fig. 1) mit einer Düse 35 32 (siehe Fig. 2) vorgesehen, die vom geschlitzten Kolbenrohr 22 nicht abgedeckt wird. Damit die anderen Ausnehmungen 29 zuverlässig vom geschlitzten Kolbenrohr abgedeckt werden, ist im Kolben 17 ein Zylinderstift 33 befestigt, der in den Schlitz 34 des geschlitzten Kolbenrohres 22 ragt. Am oberen Ende des Armaturgehäuses 7, d.h. an dem dem Düsengehäuse 8 gegenüberliegenden Ende, ist eine Schlagmutter 35 (siehe Fig.1) vorgesehen, mit deren Hilfe eine übliche Betätigungsvorrichtung am Armaturgehäuse 7 40 befestigt werden kann.Several recesses 29 are provided in the nozzle housing 8 at the height of the slotted piston tube 22. 1, only one recess 29 can be seen; in fact, several such recesses (e.g. 9) are generally provided - axially and radially offset. Nozzles 30 (see FIG. 2) are inserted into these recesses 29. In addition, a further recess 31 (see FIG. 1) with a nozzle 35 32 (see FIG. 2) is provided, which is not covered by the slotted piston tube 22. So that the other recesses 29 are reliably covered by the slotted piston tube, a cylindrical pin 33 is fastened in the piston 17 and projects into the slot 34 of the slotted piston tube 22. At the upper end of the valve body 7, i.e. at the end opposite the nozzle housing 8, a striking nut 35 (see FIG. 1) is provided, with the aid of which a conventional actuating device can be attached to the valve housing 7 40.

Die Armatur funktioniert folgenderweise: Wenn die Spindel 11 - wie dies in den Rguren dargestellt ist -ganz in die Armatur eingeschoben ist, kann das Wasser vom Wassereinlaß 5 nur durch das hohle Armaturgehäuse 7 bis zum Düsengehäuse 8 gelangen. Da der Kolben 17 - bis auf die notwendige Toleranz - genau in das Düsengehäuse 8 paßt, kann das Wasser nicht in die radialen Bohrungen 20 eindringen. Zur 45 Verbesserung der Abdichtung ist es günstig, wenn sich der Kolben 17 - wie in den Figuren dargesteilt -konisch verbreitert, sodaß er zusätzlich mit einer Kegelfläche am Rand des Düsengehäuses 8 anliegt in dieser Stellung wird sich die Armatur befinden, wenn die Anlage hochgefahren wird, wenn sich also zunächst relativ kühler Dampf im Dampfrohr 1 befindet, der dann von immer heißerem Dampf gefolgt wird. Da die Düse 32 mit dem Inneren des Düsengehäuses 8 ständig in Verbindung steht, kann eventuell im 50 Düsengehäuse 8 vorhandenes Kondenswasser verdampfen und durch die Düse 32 in das Dampfrohr 1 strömen. Damit kann im Düsengehäuse 8 kein störender Überdruck entstehen. Erreicht nun der Dampf eine kritische Temperatur, sodaß er gekühlt werden muß, wird die Spindel 11 nach oben gezogen. Dadurch bewegt sich gleichzeitig der Kolben 17 nach oben, sodaß zunächst die oberste radiale Bohrung 20, in weiterer Folge auch die übrigen radialen Bohrungen 20, freigegeben werden. Dadurch kann das Wasser 55 über die radialen Bohrungen 20 und die axiale Bohrung 19 in das Innere des Düsengehäuses 8 gelangen. Wenn die Spindel 11 und der Kolben 17 nur geringfügig angehoben werden, sind alle Düsen 30 noch durch das geschlitzte Kolbenrohr 22 abgedeckt. Da das geschlitzte Kolbenrohr 22 mittels der Tellerfedern 24 und des Aufspreizringes 23 fest gegen das Düsengehäuse 8 gepreßt wird, kann das Wasser nicht zu den Düsen 3The valve works as follows: If the spindle 11 - as shown in the figures - is fully inserted into the valve, the water from the water inlet 5 can only pass through the hollow valve housing 7 to the nozzle housing 8. Since the piston 17 fits exactly into the nozzle housing 8, except for the necessary tolerance, the water cannot penetrate into the radial bores 20. To improve the seal, it is advantageous if the piston 17 widens conically, as shown in the figures, so that it also bears with a conical surface on the edge of the nozzle housing 8. In this position, the valve will be located when the system is started up , so if there is initially relatively cool steam in steam pipe 1, which is then followed by steam that is getting hotter and hotter. Since the nozzle 32 is in constant communication with the interior of the nozzle housing 8, any condensed water present in the 50 nozzle housing 8 can evaporate and flow through the nozzle 32 into the steam pipe 1. So that no disruptive excess pressure can arise in the nozzle housing 8. If the steam now reaches a critical temperature so that it has to be cooled, the spindle 11 is pulled upwards. As a result, the piston 17 moves upwards at the same time, so that first the uppermost radial bore 20, and subsequently the other radial bores 20, are released. As a result, the water 55 can reach the interior of the nozzle housing 8 via the radial bores 20 and the axial bore 19. If the spindle 11 and the piston 17 are raised only slightly, all the nozzles 30 are still covered by the slotted piston tube 22. Since the slotted piston tube 22 is pressed firmly against the nozzle housing 8 by means of the plate springs 24 and the expansion ring 23, the water cannot reach the nozzles 3

Claims

AT 400 616 B 30. Thus, only the lowest nozzle 32 is initially in operation. If the spindle 11 and thus the piston 17 are raised still further, the nozzles 30 are released from the slotted piston tube 22 one after the other, so that water can be injected into the steam tube 1 through a plurality of nozzles 30, 32. Since the remaining nozzles 30 are reliably sealed by the slotted piston tube 22, it is possible in this way to inject water precisely with the desired number of nozzles 32, 30; this enables a very sensitive control. If this reliable seal - as in the prior art - did not exist, all of the nozzles 30, 32 would spray water at least to a small extent even if the piston 17 was only slightly raised, which would make regulation considerably more difficult. 1. Device for cooling superheated steam by injection of water, the device having a water inlet and several water outlets and wherein the water outlets are arranged in a hollow cylindrical housing in which a piston for the selective release or for the selective closing of the water outlets is slidably guided , characterized in that the piston (17) is surrounded by a longitudinally slotted piston tube (22) which is constantly biased radially outwards and bears against the hollow cylindrical housing (8).

2. Device according to claim 1, characterized in that the piston tube (22) rests with an axial end on a conical taper (21) of the piston (17), that at the other axial end of the piston tube (22) an expansion ring (23) is provided is, which rests with a conical surface on the piston tube (22), and that the expansion ring (23) is biased axially in the direction of the piston tube (22).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that at least one plate spring (24) is provided for biasing the expanding ring (23).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the piston (17) a cylindrical pin (33) is fixedly mounted, which projects into the slot (34) of the piston tube (22). Including 2 sheets of drawings 4