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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Erzeugen von Dampf durch Entspannenyon unter Überdruck stehendem Heisswasser, mit einem Expansionsgefäss, das am Eintritt für das Heisswasser mit einer Drosselstelle versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle einen veränderbaren Drosselquerschnitt aufweist, in dem eine teilweise, vom jeweiligen Durchsatz an Heisswasser weitgehend unabhängige Druckabsenkung des durchströmenden Heisswassers stattfindet, und dass das Expansionsgefäss so dimensioniert ist, dass sich in ihm über dem Drosselorgan eine Wassersäule ausbilden kann, in der die restliche Druckabsenkung zufolge Änderung der statischen Höhe stattfindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle als federbelastetes Druckreduzierventil ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Dampf durch Entspannen von unter Überdruck stehendem Heisswasser, mit einem Expansionsgefäss, das am Eintritt für das Heisswasser mit einer Drosselstelle versehen ist.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art weist die Drosselstelle einen festen Drosselquerschnitt auf. Solche Vorrichtungen haben sich in der Praxis nicht bewährt, weil die Umwandlung von Heisswasser in Dampf in der Drosselstelle selbst stattfindet, denn der kritische Dampfdruck, bei dem die Umsetzung der Druckenergie in kinetische Energie erfolgt, tritt innerhalb der Drosselstelle auf. Da der Dampf schlagartig entsteht, ist die den Drosselquerschnitt begrenzende Wand der kombinierten Beanspruchung von Kavitation und Erosion ausgesetzt, die die genannte Wand relativ rasch zerstört, und zwar auch dann, wenn dafür besonders widerstandsfähige Werkstoffe verwendet werden. Lange Betriebszeiten lassen sich also mit der bekannten Vorrichtung nicht erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung so zu verbessern, dass sie die erwähnten Erscheinungen der bekannten Vorrichtung vermeidet und einen einwandfreien Dauerbetrieb ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Drosselstelle einen veränderlichen Drosselquerschnitt aufweist, in dem eine teilweise, vom jeweiligen Durchsatz an Heisswasser weitgehend unabhängige Druckabsenkung des durchströmenden Heisswassers stattfindet, und dass das Expansionsgefäss so dimensioniert ist, dass sich in ihm über dem Drosselquerschnitt eine Wassersäule ausbilden kann, in der die restliche Druckabsenkung zufolge Änderung der statischen Höhe stattfindet. Durch diese Gestaltung der Vorrichtung geschieht die Dampfbildung nicht mehr in der Drosselstelle selbst, sondern innerhalb des Expansionsgefässes, das für diesen Vorgang eine genügend grosse Oberfläche aufweist und in dem dabei keine wesentliche Geschwindigkeitskomponente mehr auftritt.
Damit sind also Kavitations- und Erosionsbeanspruchungen an der Drosselstelle vermieden, so dass es nicht mehr notwendig ist, für die Herstellung der Drosselstelle besonders widerstandsfähige Werkstoffe zu verwenden. Ausserdem ist mit der neuen Vorrichtung ein störungsfreier Dauerbetrieb möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemässe Vorrichtung und
Fig. 2 ein Enthalpie/Entropie-Diagramm.
Gemäss Fig. list eine Zufuhrleitung 1 für Heisswasser an einem als Drosselstelle wirkenden Druckreduzierventil 2 angeschlossen. Das Druckreduzierventil 2 weist in an sich bekannter Weise einen durch eine Feder 3 in Schliessrichtung belasteten Verschlussteil 4 auf, der zwischen sich und der umgebenden Ventilsitzfläche einen veränderbaren Drosselquerschnitt 5 begrenzt. An das Druckreduzierventil 2 schliesst sich nach oben ein hohes schlankes Expansionsgefäss 6 an, das bis zu einer bestimmten Höhe - vom Drosselquerschnitt 5 aus gemessen - mit Heisswasser 7 gefüllt ist, das eine ruhende Säule bildet. Am oberen Ende des Gefässes 6 ist eine Dampfabfuhrleitung 8 angeschlossen, die in einen Wasserabscheider 9 mündet.
Am Dampfraum des Wasserabscheiders 9 ist eine Leitung 10 angeschlossen, die den vom Wasser befreiten, trockenen Dampf zu einem nicht gezeichneten Verbraucher, z.B. einer Niederdruckdampfturbine führt. Am Wasserraum des Wasserabscheiders 9 ist eine Leitung 11 angeschlossen, die eine Druckerhöhungspumpe 12 aufweist und die das Wasser aus dem Wasserabscheider 9 zu einem nicht dargestellten Primärwärmeübertrager führt, an dem auch die Zufuhrleitung 1 angeschlossen ist. Zwischen dem Primärwärmeübertrager und dem Druckreduzierventil 2 ist an der Zufuhrleitung 1 ein Behälter 13 angeschlossen, in dem Wasser unter einem bestimmten Überdruck gespeichert ist, so dass in der beschriebenen Vorrichtung ein gleichbleibender Druck eingehalten werden kann.
Im Betrieb der Vorrichtung wird Heisswasser beispielsweise mit einer Temperatur von 130 und einem Druck von 8 bar aus dem Primärwärmeübertrager über die Zufuhrleitung 1 dem Eintritt des Druckreduzierventils 2 zugeführt. Unabhängig vom jeweiligen Wasserdurchsatz findet beim Durchströmen des Drosselquerschnittes 5 eine exakte Druckabsenkung des Heisswassers von 8 auf 2,7 bar statt. Dieser Zustand des Heisswassers entspricht dem Sattwasserpunkt Xo im Diagramm nach Fig. 2, d.h. dass an dieser Stelle der Dampfgehalt des Wassers gleich Null ist Die Druckabsenkung auf 2,7 bar entspricht einer teilweisen Druckabsenkung, denn mit der Vorrichtung soll Dampf von 2,0 bar und einer Temperatur von 1200 erzeugt werden.
Die restliche Druckabsenkung um 0,7 bar findet im Expansionsgefäss zufolge Absenkung des statischen Druckes statt, in dem eine Säulenhöhe hsmin von mindestens 7 m hergestellt wird. Erst auf dieser Höhe verwandeln sich 2% des zugeführten Heisswassers in Dampf von 2,0 bar und 120"C, was dem Punkt Xi in Fig. 2 entspricht. Der so gebildete Nassdampf gelangt über die Leitung 8 zum Wasserabscheider 9, wo das Wasser aus dem Nassdampf abgeschieden wird, so dass trockender Dampf über die Leitung 10 zum Verbraucher strömt. Das abgeschiedene Wasser von 120"C wird über die Leitung 11 mittels der Druckerhöhungspumpe 12 wieder von 2 auf 8 bar gebracht und zur Temperaturerhöhung auf 130"C in den Primärwärmeübertrager zurückgeführt.
Mit der Vorrichtung lässt sich auch Dampf herstellen, der einen anderen Sattdampfdruck und die zugehörige Sattdampftemperatur aufweist. In diesem Fall wird im Behälter 13 ein anderer Druck eingestellt, wobei sich im Druckreduzierventil 2 der Drosselquerschnitt 5 entsprechend ändert und im Expansionsgefäss 6 sich eine Wassersäule von entsprechender Höhe einstellt. Je nach Art des Dampfverbrauchers kann diesem eventuell auch Nassdampf zugeführt werden, so dass dann der Wasserabscheider 9 entfällt und die Druckerhöhungspumpe 12 am Verbraucher angeschlossen ist.
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PATENT CLAIMS
1. Apparatus for generating steam by relaxing hot water under excess pressure, with an expansion vessel which is provided with a throttle point at the inlet for the hot water, characterized in that the throttle point has a variable throttle cross-section, in which a part, depending on the throughput Hot water largely independent pressure reduction of the flowing hot water takes place, and that the expansion vessel is dimensioned so that a water column can form in it above the throttle element, in which the remaining pressure drop takes place due to a change in the static height.
2. Device according to claim 1, characterized in that the throttle point is designed as a spring-loaded pressure reducing valve.
The invention relates to a device for generating steam by relaxing hot water under excess pressure, with an expansion vessel which is provided with a throttle point at the inlet for the hot water.
In a known device of this type, the throttle point has a fixed throttle cross section. Such devices have not proven themselves in practice because the conversion of hot water to steam takes place in the throttle point itself, because the critical steam pressure at which the pressure energy is converted into kinetic energy occurs within the throttle point. Since the steam is produced suddenly, the wall limiting the throttle cross-section is exposed to the combined stress of cavitation and erosion, which destroys the wall relatively quickly, even if particularly resistant materials are used for this. Long operating times cannot be achieved with the known device.
The invention has for its object to improve the above-mentioned device so that it avoids the mentioned phenomena of the known device and enables perfect continuous operation.
This object is achieved according to the invention in that the throttle point has a variable throttle cross-section, in which a partial decrease in the pressure of the hot water flowing through, which is largely independent of the respective throughput of hot water, and in that the expansion vessel is dimensioned such that a water column is located in it over the throttle cross-section can train in which the remaining pressure drop takes place due to change in static height. As a result of this design of the device, the vapor formation no longer occurs in the throttle point itself, but within the expansion vessel, which has a sufficiently large surface area for this process and in which no significant speed component occurs.
Cavitation and erosion stresses at the throttle point are thus avoided, so that it is no longer necessary to use particularly resistant materials for the manufacture of the throttle point. In addition, trouble-free continuous operation is possible with the new device.
An embodiment of the invention is explained in more detail in the following description with reference to the drawing.
Show it:
Fig. 1 shows a schematic representation of an inventive device and
Fig. 2 is an enthalpy / entropy diagram.
According to FIG. 1 a supply line 1 for hot water is connected to a pressure reducing valve 2 which acts as a throttle. The pressure reducing valve 2 has, in a manner known per se, a closure part 4 which is loaded by a spring 3 in the closing direction and which delimits a variable throttle cross section 5 between itself and the surrounding valve seat surface. At the top of the pressure reducing valve 2 is a tall, slim expansion vessel 6, which is filled to a certain height - measured from the throttle cross section 5 - with hot water 7, which forms a stationary column. At the upper end of the vessel 6, a steam discharge line 8 is connected, which opens into a water separator 9.
A line 10 is connected to the steam chamber of the water separator 9, which conducts the dry steam freed from water to a consumer, not shown, e.g. a low pressure steam turbine leads. At the water space of the water separator 9, a line 11 is connected, which has a booster pump 12 and which leads the water from the water separator 9 to a primary heat exchanger, not shown, to which the supply line 1 is also connected. Between the primary heat exchanger and the pressure reducing valve 2, a container 13 is connected to the supply line 1, in which water is stored under a certain excess pressure, so that a constant pressure can be maintained in the device described.
During operation of the device, hot water is fed, for example, at a temperature of 130 and a pressure of 8 bar from the primary heat exchanger via the feed line 1 to the inlet of the pressure reducing valve 2. Regardless of the respective water flow rate, when the throttle cross-section 5 flows through, the hot water is reduced exactly from 8 to 2.7 bar. This state of hot water corresponds to the saturated water point Xo in the diagram according to Fig. 2, i.e. that the steam content of the water is zero at this point. The pressure drop to 2.7 bar corresponds to a partial pressure drop, because the device is intended to produce steam of 2.0 bar and a temperature of 1200.
The remaining pressure drop of 0.7 bar takes place in the expansion vessel due to the drop in static pressure, in which a column height hsmin of at least 7 m is produced. It is only at this level that 2% of the hot water supplied turns into steam of 2.0 bar and 120 ° C., which corresponds to point Xi in FIG. 2. The wet steam formed in this way reaches the water separator 9 via line 8, where the water comes out the wet steam is separated so that dry steam flows to the consumer via line 10. The separated water of 120 ° C. is brought back from 2 to 8 bar via line 11 by means of the pressure booster pump 12 and into the primary heat exchanger to increase the temperature to 130 ° C. returned.
The device can also be used to produce steam which has a different saturated steam pressure and the associated saturated steam temperature. In this case, a different pressure is set in the container 13, the throttle cross section 5 changing accordingly in the pressure reducing valve 2 and a water column of a corresponding height being set in the expansion vessel 6. Depending on the type of steam consumer, wet steam can also possibly be supplied to it, so that the water separator 9 is then omitted and the booster pump 12 is connected to the consumer.