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Begrenzungsdüse für Dampfkessel, Dampfspeicher oder ähnliche unter Druck stehende
Behälter.
Bei Dampfkesseln und Dampfspeiehern oder ähnlichen Behältern, die eine unter Druck stehende Flüssigkeit enthalten, mit einer diesem Drucke entsprechenden Temperatur, entstehen grosse Gefahren für den Fall, dass eine von einem solchen Behälter fahrende Leitung zerstört wird. Infolge der grossen
Dampf-bzw. Wassermengen, die hiedurch frei werden, kann unter Umständen sogar eine Explosion eintreten. Da der Druck in solchen Behältern in der Regel so hoch ist, dass bei eintretendem Rohrbruch ein kritischer Druckabfall entsteht, so wird die ausströmende Dampfmenge dem kleinsten Durchstrom- querschnitt, der in den meisten Fällen dem Rohrquerschnitt entspricht, direkt proportional.
Wenn einem derartigen Behälter plötzlich sehr viel Dampf entnommen wird, tritt leicht der Fall ein, dass Flüssigkeit mit in die Leitung gerissen wird, d. h. es tritt ein Überkochen ein. Um diese Übelstände zu vermeiden, werden häufig Rohrbruchventile eingebaut, die in zahlreichen Konstruktionen auf den Markt gebracht sind. Diese Rohrbruehventile sind derart beschaffen, dass sie geschlossen werden, falls die Geschwindigkeit des durch die Rohrleitung strömenden Mediums (in der Regel Dampf) zu hoch steigen würde. Derartige Ventile haben aber den Übelstand, dass sie häufig unerwünscht in Tätigkeit treten und dabei die Leitung plötzlich absperren, so dass der Betrieb der Anlage aufs Spiel gesetzt wird.
Ferner entstehen durch diese Ventile erhebliche Druckverluste in der Leitung, in die sie eingebaut sind.
Vorliegende Erfindung bezweckt diese Übelstände zu vermeiden, indem der bei einem Rohrbruch entstehende Ausströmungsquerschnitt erheblich begrenzt wird, ohne dass die Vorrichtung im normalen Betriebe irgendwie störend wirkt. Diese Vorrichtung besteht aus einer in der von dem Behälter führenden Leitung oder an anderer Stelle eingesetzten Begrenzungsdüse, die als eine Lavaldüse ausgebildet ist.
Fig. 1 bis 3 der Zeichnung veranschaulichen die Vorrichtung. Fig. 1 zeigt die Begrenzungsdüse nebst einem Diagramm, das den in dieser Düse vorkommenden Druckabfall wiedergibt. Die Druckwerte sind durch an einer ausgeführten Düse angestellte Versuche ermittelt. Der kleinste Querschnitt der mit A bezeichneten Düse befindet sich bei a an der Eintrittsstelle. Die obere Kurve b zeigt den Druckverlauf in der Düse bei einer Dampfgeschwindigkeit von etwa 30 Meter pro Sekunde im weitesten Austrittsende der Düse. Wie ersichtlich, entsteht ein Druckabfall bis zum geringsten Querschnitt, während dieser Druckabfall in der Düse nach a fast gänzlich zurückgenommen wird.
Hieraus ergibt sich, dass bei gewöhnlichen Strömungsgeschwindigkeiten in der Leitung durch den Einbau der Düse in die Leitung kein nennenswerter Druckverlust entsteht.
Für grössere Dampfmenge verläuft der Druck wie durch die Kurve c angedeutet. Der Druckabfall bis zum kleinsten Querschnitt steigt bei vergrösserter Dampfmenge bis der kritische Druckabfall zwischen dem Einlaufquerschnitt und dem kleinsten Querschnitt der Düse entsteht. Die Geschwindigkeit im kleinsten Querschnitt ist dann die grösstmögliche und gleich der Schallgeschwindigkeit im Dampfe ; die durch die Düse strömende Dampfmenge kann nicht weiter steigen, wie gross auch der Dampfabfall durch die ganze Düse ist. Sollte also die Leitung hinter der Düse aus irgendwelchem Grunde platzen, so wird die durch sie strömende Dampfmenge auf diejenige Dampfmenge begrenzt, die beim kritischen Druckabfall durch den kleinsten Querschnitt bei a strömen kann.
Hieraus ergibt sich, dass, wenn man diesen Querschnitt bei a ganz klein machen kann, eine erhebliche Begrenzung der durch einen gegebenenfalls entstehenden Rohrbruch ausströmenden Dampfmenge erfolgen kann. Es hat sich gezeigt, dass
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man auf diese Weise den Querschnitt auf ein Sechstel bis ein Zehntel des ganzen Rohrquerschnittes vermindern kann, ohne dabei den regelmässigen Betrieb zu stören, wodurch den bei einem etwa eintretendem Rohrbruch oder bei einem Überkochen entstehenden Gefahren erheblich vorgebeugt wird.
Fig. 2 zeigt die Anwendung der Vorrichtung. Die Düse A ist in dem am Dampfkessel B angebrachten Dampfdom C derart eingebaut, dass die ganze aus dem Dampfkessel durch die Leitung D entnommene Dampfmenge zunächst durch diese Düse strömen muss.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsfonn, bei der die Düse A in die Rohrleitung D selbst eingebaut ist.