DE1215731B

DE1215731B - Steam expansion valve for low-pressure diversion devices in steam power plants

Info

Publication number: DE1215731B
Application number: DEE27857A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karsten Meiners
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1964-09-29
Filing date: 1964-09-29
Publication date: 1966-05-05
Also published as: CH423820A; BE668929A; NL6510436A

Description

Dampfentspanner für Niederdruck-Umleiteinrichtungen in Dampfkraftanlagen Die Erfindung betrifft einen Dampfentspanner für Niederdruck-Umleiteinrichtungen in Dampfkraftanlagen, bei der der Dampf unter Umgehung einer Kraftanlage entspannt und gekühlt und schließlich in einen Kondensatorg eitet wird.Steam expansion valve for low-pressure diversion devices in steam power plants The invention relates to a steam expansion device for low-pressure diversion devices in steam power plants, in which the steam expands while bypassing a power plant and cooled and finally fed into a condenser.

Dampfkraftanlagen werden heute in den meisten Fällen mit einer Einrichtung versehen, die es ermöglicht, den vom Dampferzeuger kommenden Dampf am Krafterzeugungsaggregat, z. B. einer Turbine oder Turbinengruppe, vorbei in das dahinter liegende System, etwa einen Kondensator oder ein Gegendrucknetz, zu leiten. Aufgabe derartiger Einrichtungen ist es, die sonst im Krafterzeugungsaggregat dem Dampf entzogene Energie so zu vernichten, daß der gleiche Endzustand des Dampfes erreicht wird, was im Hinblick auf die Dimensionierung der nachfolgenden Einrichtung erforderlich ist.Steam power plants are today in most cases with a facility provided, which makes it possible to use the steam coming from the steam generator on the power generation unit, z. B. a turbine or turbine group, past into the system behind it, for example a condenser or a counter pressure network. Task of such facilities it is to destroy the energy otherwise withdrawn from the steam in the power generation unit in such a way that that the same final state of the steam is achieved, which is in terms of the dimensioning the following setup is required.

Einrichtungen der genannten Art bestehen grundsätzlich aus einem Regelventil und einem Dampfumformer. Eine Niederdruck-Umleiteinrichtung mündet normalerweise in einen Kondensator. Die Entspannung auf den sehr niedrigen Druck und die meistens sehr weitgehende Kühlung machen Dampfentspanner erforderlich, die sich weitgehend von anderen Dampfumforinern unterscheiden und eine besondere Gruppe darstellen.Devices of the type mentioned basically consist of a control valve and a steam converter. A low pressure diverter usually opens into a capacitor. Relaxation on very low pressure and most of the time very extensive cooling make steam expansion necessary, which are largely differ from other steam converters and represent a special group.

Es sind verschiedene Bauarten für Dampfentspanner in Niederdruck-Umleiteinrichtungen bekannt. Sie lassen sich wiederum in zwei Gruppen mit folgenden typischen Merkmalen aufteilen: 1. Bei den Bauarten der ersten Gruppe sind Entspannung und Kühlung voneinander getrennt. In den Kühlem wird feinversprühtes Wasser mit relativ langsam strömenden Dampf vermischt.There are known different types of steam expansion devices in low-pressure diversion devices. They can in turn be divided into two groups with the following typical features: 1. In the types of the first group, relaxation and cooling are separated from one another. In the cooler, finely sprayed water is mixed with relatively slowly flowing steam.

2. Das Hauptmerkmal der zweiten Gruppe ist die kombinierte Kühlung und Entspannung. In einer der Entspannungsstufen wird in den mit überschallgeschwindigkeit strömenden Dampfstrahl grob verteiltes Wasser eingespritzt, das sich in der anschließenden Verwirbelungszone mit dem Dampf vermischt und diesen kühlt. Gleichzeitig mit der Abkühlung wird auch eine Entspannung durchgeführt.2. The main feature of the second group is combined cooling and relaxation. In one of the relaxation levels, the speed is supersonic flowing steam jet injected roughly distributed water, which is in the subsequent The swirl zone is mixed with the steam and cools it. Simultaneously with the Cooling down is also performed a relaxation.

Die Vorrichtungen der ersten Gruppe haben den Nachteil, daß die Kühler verhältnismäßig große Ab- messungen haben. Außerdem sind aufwendige und schlecht. regelbare Sprüheinrichtungen erforderlich.The devices of the first group have the disadvantage that the coolers have relatively large dimensions waste. They are also consuming and bad. adjustable spray equipment required.

Bei den bekannten Ausführungsformen der zweiten Gruppe konnte eine enge Verbindung von Heißdampf und Wasser führenden Teilen bisher nicht vermieden werden, was häufig zu Schäden geführt hat,-da infolge des hohen Temperaturgradienten in den einander berührenden Teilen starke mechanische Spannungen auftreten.In the known embodiments of the second group one could close connection of superheated steam and water-carrying parts has not been avoided so far which has often led to damage, as a result of the high temperature gradient Strong mechanical stresses occur in the parts in contact with one another.

Die Schwierigkeiten der zuletzt genannten Art treten aber in mehr oder weniger großem Maße bei allen bekannten Vorrichtungen auf, gleichgültig zu welcher der vorerwähnten Gruppen sie gehören.The difficulties of the last-mentioned kind arise in more than one or to a lesser extent in all known devices, indifferent to which of the aforementioned groups they belong to.

Aufaabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden. Hierzu wird ein Dampfentspanner für Niederdruck-Umleiteinrichtungen in Dampfkraftanlagen vorgeschlagen, der aus einer ersten Stufe zum Kühlen und Entspannen des Dampfes mit einer Entspannungsdüse und einer Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser in den Heißdampf besteht sowie einer dieser Stufe nachgeschalteten weiteren Stufe züm restlichen Entspannen des Dampfes. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Heißdampf führenden Teilen der ersten Stufe und den Wasser führenden Teilen der Einspritzvorrichtung ein wärmedämmendes und dehnungsausgleichendes Zwischenglied angeordnet ist. Dieses Zwischenglied besteht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes aus einem dünnwandigen Rohr, welches die Düse und das Endstück des Heißdampfrohres umfaßt.The object of the invention is to avoid these disadvantages. For this becomes a steam expansion valve for low-pressure diversion devices in steam power plants suggested that from a first stage to cool and relax the steam with a relaxation nozzle and a device for injecting water into the There is superheated steam as well as a further stage downstream of this stage to the remaining Relax the steam. The device is according to the invention. characterized, that between superheated steam leading parts of the first stage and leading to the water Share the injection device with a heat-insulating and expansion-compensating intermediate member is arranged. This intermediate member exists according to a preferred embodiment of the subject matter of the invention from a thin-walled tube, which the nozzle and the Includes the end of the superheated steam pipe.

Die Dampfentspannungsdüse wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhafterweise als dünnwandige Kegelstumpfdüse ausgeführt, wie dies auch in anderen Vorrichtungen bekannt ist.The steam expansion nozzle is used in the device according to the invention advantageously designed as a thin-walled truncated cone nozzle, as shown in other devices is known.

Um die Erfindung näher zu erläutern, wird auf die. Zeichnung verwiesen, in der der Erfindungsgegenstand schematisch wiedergegeben ist. Es stellt dar Ab b. 1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, A b b. 2 einen Ausschnitt aus A b b. 1 in vergrößertem Maßstab.To explain the invention in more detail, reference is made to the. Reference drawing, in which the subject invention is shown schematically. It represents Ab b. 1 shows a cross section through the device according to the invention, A b b. 2 shows an excerpt from A b b. 1 on an enlarged scale.

Der zu entspannende und zu kühlende Dampf strömt durch das Heißdampfrohr 1 in die Vorrichtung ein. Am Ende dieses Rohres befindet sich die Dampfentspannungsdüse 2, die vorzugsweise die Form einer dünnwandigen Kegelstumpfdüse hat. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der vordere Rand 3 der Düse 2 in radialer und/oder axialer Richtung gewellt ist. Hierdurch entsteht eine größere Strahloberfläche als bei glattem Rand, wodurch sich eine bessere Durchmischung von Dampf und eingespritztem Wasser ergibt.The steam to be relaxed and cooled flows through the superheated steam pipe 1 into the device. At the end of this tube is the steam expansion nozzle 2, which is preferably in the form of a thin-walled truncated cone nozzle. It has proven to be advantageous if the front edge 3 of the nozzle 2 is corrugated in the radial and / or axial direction. This creates a larger jet surface than with a smooth edge, which results in better mixing of steam and injected water.

Im Endbereich der Dampfentspannungsdüse 2 ist eine Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser in den Dampfstrahl angeordnet. Diese Vorrichtung besteht in bekannter Weise aus einem Ringkanal 5, durch den das Wasser zugeführt und gleichmäßig um den Umfang verteilt wird. Aus dem Ringkanal 5 tritt das Wasser in den Ringspalt 6 und von dort in eine in Richtung des Dampfaustrittes weisende Ringdüse 7. A device for injecting water into the steam jet is arranged in the end area of the steam expansion nozzle 2. This device consists in a known manner of an annular channel 5 through which the water is supplied and distributed evenly around the circumference. From the annular channel 5 , the water passes into the annular gap 6 and from there into an annular nozzle 7 pointing in the direction of the steam outlet.

Beim Zusammentreffen des aus der Ringdüse 7 austretenden Wassers mit dem mit überschallgeschwindigkeit strömenden Dampf tritt eine innige Durchmischung ein sowie eine starke Abkühlung des Dampfes, die jedoch infolge der Verdampfung des eingesptitzten Wassers mit starker Volumenexpansion verbunden ist. Der auf diese Weise gekühlte und vorentspannte Dampf tritt in die zweite Stufe der Vorrichtung ein, welche aus einem Rohr 8 besteht, das über seinen gesamten Umfang und seine gesamte Länge mit Dampfdurchtrittsöffnungen 9 ausgestattet ist. Um die bei der Erwärmung des Rohres 8 auf--tretende Längsdehnung aufzufangen, ist das Rohr an seinem Ende 10 so gelagert, daß es sich in axialer Richtung verschieben kann.When the water emerging from the annular nozzle 7 meets the steam flowing at supersonic speed, an intimate mixing occurs and a strong cooling of the steam, which, however, is associated with a strong volume expansion due to the evaporation of the injected water. The steam cooled and pre-expanded in this way enters the second stage of the device, which consists of a tube 8 which is equipped with steam passage openings 9 over its entire circumference and its entire length. In order to absorb the longitudinal expansion that occurs when the tube 8 is heated, the tube is supported at its end 10 in such a way that it can move in the axial direction.

Der durch die Dampfaustrittsöffnungen 9 austretende Dampf gelangt in den Sammel aum 11 und wird von dort über nicht dargestellte Öffnungen abgeführt.The steam exiting through the steam outlet openings 9 reaches the collecting aum 11 and is discharged from there via openings, not shown.

Erfindungsgemäß ist nun zwischen den Heißdampf führenden Teilen 1, 2 und den Kaltwasser führenden Teilen 5, 6, 7 ein wärmedämmendes und dehnungsausgleichendes Zwischenglied 12 angeordnet, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines dünnwandigen Rohres 13 aufweist, welches durch eine S - chweißstelle 14 mit dem Heißdampfrohr 1 verbunden ist und an dessen entgegengesetzten Ende die Einspritzvorrichtung 4 befestigt ist.According to the invention now leading between the superheated steam parts 1, 2 and the cold water leading parts 5, 6, 7 a heat insulating and strain-balancing intermediate member 12 is arranged, having in the illustrated embodiment, the shape of a thin-walled tube 13, by a S - chweißstelle 14 with the Superheated steam pipe 1 is connected and at the opposite end of which the injection device 4 is attached.

Das Heißdampfrohr 1 dehnt sich bei der Durchströmung mit Dampf stärker als der kalt bleibende Flansch 15 aus, ein Umstand, 'dem dadurch Rechnung getragen ist, daß das Zwischenglied 12 aus einem elastischen Werkstoff, etwa dünnwandigem Stahl besteht. Der hohe Wärmewiderstand des dünnwandigen Rohres 13 und die guten Wärmeabführungsmöglichkeiten an Außen- und Innenseite verhindern eine nennenswerte Wärmedurchleitung zur Einspritzvorrichtung 4.When steam flows through, the superheated steam pipe 1 expands more than the flange 15 , which remains cold, a circumstance which is taken into account in that the intermediate member 12 consists of an elastic material, such as thin-walled steel. The high thermal resistance of the thin-walled tube 13 and the good heat dissipation options on the outside and inside prevent any significant heat transfer to the injection device 4.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel läßt erkennen, daß die gesamte Einspritzvorrichtung sowie der über einen Steg 16 mit dieser verbundene Sammelraum 11 mitsamt dem Rohr 8 letztlich von dem Zwischenglied 12 getragen wird. Zwar wird in der Praxis durch entsprechende Ab- stützungen dafür gesorgt, daß die Gewichte bzw. die durch diese bedingten Kräfte abgefangen werden. Immerhin kann der Fall eintreten, daß durch besondere Belastungen oder auch durch Schwingungen eine dauernde oder auch vorübergehende Berührung zwischen der Dampfentspannungsdüse 2 und der Innenfläche der Einspritzvorrichtung 5 eintritt. Um in einem solchen Fall die Berührungsfläche zwischen den genannten Teilen und damit den Wärmeübergang möglichst gering zu halten, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Einspritzvorrichtung 4 an denjenigen Teilen, die die Dampfentspannungsdüse im geringsten radialen Ab- stand umgeben, Nuten oder Rillen angebracht sind. Dieser Maßnahme kann im Berührungsfalle erhebliche Bedeutung zukommen, da eine zu starke Erwärmung der Einspritzvorrichtung zu großen Wärmespannungen und unter Umständen zur Zerstörung derselben führen kann.The embodiment shown in the drawing shows that the entire injection device and the collecting space 11 connected to it via a web 16 , together with the pipe 8, is ultimately carried by the intermediate member 12. Although in practice subsidies by corresponding exhaust is ensured that the weights and which are intercepted by these induced forces. Nevertheless, the case can arise that permanent or temporary contact occurs between the vapor expansion nozzle 2 and the inner surface of the injection device 5 due to special loads or also due to vibrations. In order to keep the contact area between the named parts and thus the heat transfer as low as possible in such a case, it is proposed in a further embodiment of the invention that the injection device 4 be grooves or grooves on those parts that surround the steam expansion nozzle in the smallest radial distance are appropriate. This measure can be of considerable importance in the event of contact, since excessive heating of the injection device can lead to high thermal stresses and, under certain circumstances, to its destruction.

Infolge des neuen Aufbaus der Gesamtvorrichtung ergibt sich weiter noch der Vorteil, daß die gesamte Vorrichtung, also die Dampfentspannungsdüse 2, die Einspritzvorrichtung 5 und das Rohr 8 bzw. der Sammel aum 11 mit nur einem einzigen Flansch zusammengehalten wird. Dieser Flansch ist selbst ein Teil der Einspritzvorrichtung 5 und ist in der Zeichnung mit 15 dargestellt. Hierdurch ist die Vorrichtung leicht zu demontieren, was ün Störungsfall von besonderer Bedeutung ist.As a result of the new structure of the overall device there is still the advantage that the entire device, so the steam expansion nozzle 2, the injection device 5 and the tube 8 or the collecting aum 11 is held together with only a single flange. This flange is itself a part of the injection device 5 and is shown at 15 in the drawing. This makes it easy to dismantle the device, which is of particular importance in the event of a malfunction.

Claims

Claims: 1. Steam expansion valve for low-pressure diversion devices in steam power plants, consisting of a first stage for cooling and releasing the steam with an expansion nozzle and a device for injecting water into the superheated steam as well as a stage following this stage for the remaining expansion of the steam, characterized that between the superheated steam leading parts (1, 2) of the first stage and the water leading parts (5, 6, 7) of the injection device (4) a heat-insulating and expansion-compensating intermediate member (12) is arranged.

2. Steam pressure reducer according to claim 1, characterized in that the heat-insulating and strain-balancing intermediate member (12), the nozzle (2) and the tail of the hot steam pipe (1) comprehensive thin-walled tube (13). 3. Steam expansion device according to claim 1, characterized in that the steam expansion nozzle (2) is a thin-walled truncated cone nozzle. 4. Steam expansion agent according to claim 3, characterized in that the edge (3) of the steam expansion nozzle (2) is corrugated in the radial and / or axial direction. 5. Steam expansion valve according to claim 1, characterized in that the injection device (4) has grooves or grooves on those parts which surround the steam expansion nozzle in the smallest radial distance. 6. Steam expander according to claim 1, characterized in that the intermediate member (12), the injection device (4) and the part (8, 11 ) are releasably connected to one another for the rest of the expansion of the steam by a single flange (15). Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 024 527.