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Thermisch gesteuerter Kondensatableiter Die Erfindung betrifft einen
Kondensatableiter mit einem durch einen federnd nachgiebigen Thermostaten gesteuerten,
vom Betriebsdruck in öffnungsrichtung beaufschlagten Absperrorgan, an dessen Niederdruckseite
ein Hochhubkörper angeordnet ist.
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Beim Öffnen des Absperrorgans derartiger Kondensatableiter mit Hochhubkörper
wird schon im unteren Druckbereich ein Abflußquerschnitt erzielt, der erheblich
größer ist als derjenige, welcher bei anderen druck- und temperaturgesteuerten Ableitern
unter gleichen Bedingungen dem Gegeneinanderwirken von Betriebsdruck und Schließkraft
des Thermostaten entspricht. Diese Wirkung entsteht dadurch, daß das mit dem Hochhubkörper
auf der Niederdruckseite versehene Absperrorgan in öffnungsstellung dem Medium eine
größere Fläche darbietet als in geschlossenem Zustand. Das Medium wird hierbei in
einer Erweiterung des Abflußkanals unterhalb der Dichtfläche des Absperrorgans,
einer sogenannten Hochhubkammer, auf einen Zwischendruck entspannt und beaufschlagt
hierbei zusätzlich den mit dem Absperrorgan verbundenen Hochhubkörper in öffnungsrichtung.
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Die bekannten Kondensatableiter dieser Art haben den Nachteil, daß
sie erst schließen, nachdem eine Temperatur erreicht ist, die erheblich über der
öffnungstemperatur liegt. Dies ergibt sich daraus, daß nach dem öffnen beim erneuten
Ansteigen der Temperatur die thermisch erzeugte Schließkraft der Steuervorrichtung,
die vorher ausreichte, um das Ab-
sperrorgan geschlossen zu halten, die nun
zusätzlich auf das geöffnete Absperrorgan einwirkenden Kräfte nicht völlig überwinden
kann. Die erwähnte Differenz zwischen öffnungs- und Schließkurve wird noch dadurch
vergrößert, daß die Reibungskräfte thermischer Steuervorrichtungen beim Schließvorgang
häufig größer sind als beim öffnen.
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Es wird jedoch von Kondensatableitern gefordert, daß sie bei geringer
Unterkühlung entlang einer Linie dicht unterhalb der Sattdampfkurve öffnen sowie
auch schließen. Schließen sie erst bei überschreiten der nur geringfügig höherliegenden
Sattdampftemperatur, so treten größere Frischdampfverluste ein.
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Derartige Frischdampfverluste entstehen auch noch dadurch, daß bei
den im allgemeinen im höheren Druckbereich anfallenden geringeren Kondensatmengen
ebenfalls die volle Hochhubwirkung ausgelöst wird, so daß nicht nur der unmittelbar
nachfolgende Frischdampf austreten kann, bevor der Abschluß erfolgt ist, sondern
die hierdurch bewirkte übersteuerung auch eine hohe Hubfrequenz und damit einen
erheblichen Verschleiß zur Folge hat. Die Erfindung hat sich- nun die Aufgabe gestellt,
bei derarti 'gen Ableitern die zuvor erwähnten Nachteile zu beseitigen. So soll
eine Herabsetzung der Frischdampfverluste, eine Minderung des durch die harten Schläge
bei den öffnungs- und Schließbewegungen entstehenden Verschleißes und der damit
verbundenen lästigen Geräusche sowie die Herabsetzung der Hubfrequenzen in den oberen
Druckbereichen erzielt werden.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gesehen,
daß der Hochhubkörper am Absperrorgan axial beweglich geführt und durch unter Vorspannung
stehende federnde Mittel gegen das Absperrorgan hin belastet ist. Der Hochhubkörper
wird beim öffnen des Absperrorgans durch den Druck des Mediums gegen die Feder gepreßt
und diese derart. gespannt, daß in dem Moment, wo das Absperrorgan infolge des Mediumwechsels
zwischen Kondensat und Dampf beginnt, sich in Schließrichtung zu bewegen, und auch
die Hochhubwirkung nachläßt, der Hochhubkörper gegen das Absperrorgan zurückfedert
und diesem einen starken Impuls in Schließrichtung gibt, womit das Absperrorgan
in die Lage versetzt wird, die in öffnungsrichtung wirkenden Kräfte beschleunigt
zu überwinden und die Schließlage einzunehmen. Durch die federnden Mittel wird außerdem
der beim öffnen des Absperrorgans auf die Bimetallelemente des Thermostaten einwirkende
Schlag gedämpft und somit ihre bleibende Verformung verhindert.
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Die federnde Belastung des in an sich bekannter Weise auf einem Zapfen
des Absperrorgans angeordneten Hochhubkörpers kann hierbei durch Schraubenfedern,
Tellerfedern oder auch durch Bimetallfedem aufgebracht werden.
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Die Vorspannung der federnden Belastung läßt sich auf die verschiedenen
Betriebsfälle abstimmen; sie wird jedoch so bemessen, daß sie erst im oberen
Druckbereich
ganz überwunden wird, so daß man im unteren Druckbereich die volle Hochhubwirkung
hat.
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In besonderen Fällen kann es zweckmäßig sein, daß die Kennlinie der
federnden Nfittel progressiv oder degressiv ansteigt. Es besteht auch die Möglichkeit,
das Federwiderlager zur Änderung der Federspannung verstellbar zu machen. In besonderen
Fällen kann es zweckmäßig sein, das Widerlager der auf den Hochhubkörper einwirkenden
Feder am Gehäuseboden vorzusehen und von außen verstellbar anzuordnen.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung besitzt der die federnden
Mittel und den Hochhubkörper tragende Zapfen des Absperrorgans eine axiale Bohrung,
die in Höhe des Hochhubkörpers endet und hier mit einer oder mehreren seitlich austretenden
Bohrungen in Verbindung steht, wobei die letzteren durch den Hochhubkörper abgesperrt
werden, wenn dieser federnd gegen das Absperrorgan anliegt. Diese Ausführung ermöglicht
es, unter Verwendung verhältnismäßig harter federnder Mittel noch besser als bei
der Ausführung ohne Bohrungen beim Ansteigen des Betriebsdruckes zunehmend die Hochhubwirkung
des Ventils dadurch abzuschwächen, daß der Hochhubkörper einen immer größeren Querschnitt
der seitlich austretenden Durchbohrung freilegt und so einen steigenden Anteil des
sich zwischen Ventilsitz und Hochhubplatte befindlichen Mediums abfließen läßt.
Das Absperrorgan führt somit bei zunehmendem Betriebsdruck einen immer
kleiner
werdenden Hub aus, so daß z. B. bei im oberen Betriebsbereich nachlassendem Kondensatanfall
eine übersteuerung und die sich daraus ergebenden Dampfverluste und starken Verschleißerscheinungen
durch die häufigen Mediumwechsel am Absperrorgan vermieden werden.
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Eine ähnliche Wirkung läßt sich dadurch erzielen, daß der Hochhubkörper
konisch ausgebildet wird und sich zur Niederdruckseite hin erweitert, so daß er
mit seiner konischen Mantelfläche mit der unteren Randkante der Hochhubkammer einen
veränderlichen Ringspalt bildet. Ebenso kann aber auch die Hochhubkarnmer eine sich
zur Niederdruckseite hin konisch erweiternde Wandung haben. In beiden Fällen wird
die Hochhubwirkung um so schwächer, je ungehinderter das Kondensat bei weiterem
Öffnen des Hochhubkörpers abfließen kann.
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Bei Verwendung einer Bimetallfeder als federnde Belastung empfiehlt
es sich, eine Säule von paarweise zusammengefaßten, sich bei Temperataranstieg gegenläufig
auswölbenden Bimetallplatten anzuordnen. Die Bilnetallplatten können so ausgelegt
sein, daß sie wegen der geringeren Temperatur auf der Abflußseite entweder flach
aufeinanderliegen oder nur schwach durchgebogen sind.
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Es besteht aber auch die Möglichkeit, als Hochhubkörper ein sich bei
Temperaturerhöhung gegenläufig auswölbendes Bimetallscheibenpaar oder ein Tellerfedernpaar
mit oder ohne zusätzliche federnde Mittel zu verwenden. Dadurch, daß zwei Bimetallscheiben
zusammenarbeiten, ist die für die Hochhubwirkung erforderliche Steifheit gegeben,
die sich dadurch noch erhöhen läßt, daß Anschläge das völlige Zusammendrücken des
Bimetallpaares verhindern. Die Bimetallplatten sind so ausgelegt, daß sie trotz
Temperaturerhöhung in öffnungsstellung des Ventils durch das Medium in flachgedrückter
Lage gehalten werden, so daß die verhinderte Ausbiegungskraft in den Bünetallplatten
bei Mediumwechsel zur Beschleunigung des Schließvorganges führt. Hinzu kommt noch
die hierbei auftretende Verringerung der Hochhubwirkung beim Zurückschnellen der
Birnetallplatten, die infolge ihrer Auswölbung eine Vergrößerung des Ringspaltes
zwischen sich und der Wandung der Hocbhubkammer bewirken.
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In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch einen Kondensatableiter
mit geschlossenem Absperrorgan und einem an diesem axial beweglichen Hochhubkörper,
F i g. 2 das Absperrorgan nach F i g. 1 in Offen-Stellung, F i
g. 3 und 4 die Schließ- und Offenstellung eines Absperrorgans mit Hochhubkörper
und durchbohrtem Führungszapfen, F i g. 5 und 6 die Schließ- und Offenstellung
eines Absperrorgans mit konisch ausgebildetem Hochhubkörper und F i g. 7
und 8 die Schließ- und Offenstellung eines Absperrorgans mit Hochhubkörper
und aus Bimetallscheiben bestehenden federnden Mitteln.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 arbeitet ein
Absperrorgan 1, das entgegen der Strömungsrichtung des Mediums schließt,
mit einem Sitz 2 in einem Ableitergehäuse 3 zusammen. Das Absperrorgan
1 steht über einen Schaft 4 mit einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten,
federnd nachgi ar ebigen Thermostaten 5 in Verbindung, der z. B. aus einer
Säule von paarweise angeordneten Bünetallscheiben bestehen kann, die sich bei Temperaturerhöhung
gegenläufig auswölben und dabei das Ab-
sperrorgan in Schließrichtung ziehen.
Auf der dem Ventilsitz abgekehrten Seite ist das Absperrorgan mit einem Hochhubkörper,
in vorliegendem Fall einer Platte 6, versehen, die sich in einem die Hochhubplatte
mit Abstand umgebenden erweiterten Abflußkanal 7 bewegt, wobei zwischen Hochhubplatte
und Wendung des Abflußkanals ein Ringspalt 8 verbleibt. Der Abflußkanal
7 bildet hierbei, zusammen mit der Hochhubplatte und der Ventilsitzwandung
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des Gehäuses, eine Kammer 10.
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Neuerungsgemäß ist nun die Hochhubplatte 6 auf einem Zapfen
11 des Absperrorgans 1 axial beweglich angeordnet und wird hier durch
eine Schraubenfeder 12 gegen das Absperrorgan gedrückt. Mit 13 ist das am
freien Ende des Zapfens 11 vorgesehene Widerlager für die Feder 12 bezeichnet.
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öffnet sich das Absperrorgan 1 ein wenig, so strömt zwischen
ihm und Sitz 2 heißes Kondensat in die Kammer 10, wo sich sofort Entspannungsdampf
bildet; hierdurch wird die Hochhubplatte 6 gegen die Feder gepreßt und diese
mehr oder weniger zusammengedrückt. Die Federkraft soll in dem gezeigten Beispiel
so bemessen sein, daß sie gerade ausreicht, um den Ilochhubkörper in der Schließlage
bis zum Absperrorgan anzuheben.
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Die Hochhubplatte 6 reißt sodann, wie in F i g. 2 gezeigt,
auf Grund der auf ihr lastenden Druckkräfte sowie durch die ihr mitgeteilte Beschleunigung
das Absperrorgan weiter auf, bis sich ein Gleichgewicht zwischen der wachsenden
Federkraft des Thennostaten 5 und der in öffnungsrichtung wirkenden Kräfte
einstellt.
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Bei be-innendem Mediumwechsel von Kondensat zu Frischdampf ist der
Thermostat 5 bestrebt, das Absperrorgan 1 in Richtung auf den Sitz
2 zu ziehen.
Hierbei ffillt der Druck in der Kammer 10 zusammen,
so daß die Feder 12 die Hochhubplatte gegen das Absperrörgan 1 zurückschnellt
und dieses dadurch sehla ' -artig zum Schließen bringt.
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In dem Ausführungsbeispiel der F i 3 und 4 besitzt der Zapfen
11 eine axiale Durchbohrung 14, die im Bereich der am Absperrorgan
1 anliegenden Hochhubplatte 6 mit einer oder mehreren in die Kammer
10 einmündenden Querbohrungen 15 Verbindung hat, deren Austrittsöffnungen
in der Schließlage des Absperrkörpers 1 von der Hochhubplatte 6
abgesperrt
sind. Die Hochhubplatte 6 ist in diesem Fall durch eine verhältnismäßig harte
Feder 12 belastet, so daß die Hochhubplatte 6 einen um so größeren
Querschnitt der Querbohrung 15 freigibt, je
höher der auf sie einwirkende
Druck ist, wodurch ein immer größerer Teil des in der Kammer 10 befindlichen
Mediums durch die Bohrungen 14, 15 abfließen kann, ohne zur Druckerhöhung
in der Kammer 10 beizutragen. Je höher somit der Betriebsdruck ist, bei dem
das Absperrorgan 1 öffnet, um so schwächer wird der Hochhubeffekt und damit
um so creringer der öffnungshub des Absperrorgans. Dieses Verhalten ist bei Kondensatableitern
erwünscht, da das Nachlassen des Kondensatanfalles bei steigender Betriebstemperatur
wegen des nun zu großen Abflußquerschnittes häufig zu erheblichen Dampfverlusten,
vor allem aber zu starken Verschleißerscheinungen geführt hatte.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der F i 5 und 6 ist an Stelle
einer Hochhubplatte ein konischer Hochhubkörper 16 vorgesehen, der beim Ausführen
seines Hubes den zwischen sich und der unteren Kante 17
der Kammerwandung
bestehenden Ringspalt 8 vergrößert, so daß auch hier der Hochhubeffekt um
so geringer wird, je mehr der Betriebsdruck steigt. Selbstverständlich kann
umgekehrt zu demselben Zweck die Kammer 10 konisch ausgebildet sein und eine
zur Niederdruckseite hin sich erweiternde Wandung aufweisen. An Stelle der Schraubenfeder
können auch andere Federn, z. B. Tellerfedern, Verwendung finden.
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Nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 7 und 8
besteht
die auf die Hochhubplatte 6 einwirkende Feder aus einer Bimetallsäule
18, die sich aus mehreren, paarweise gegenläufig auswölbenden Bünetallplatten
zusammensetzt. Die Bimetallplatten setzen dem Betriebsdruck nur einen äußerst geringen
Widerstand entgegen, so daß die Hochhubplatte 6 beim öffnen schlagartig einen
Leerhub ausführt und durch ihre Beschleunigung den öffnungsvorgang unterstützt.
Die vom ausströmenden heißen Kondensat umspülte Bimetallsäule 18 entwickelt
nun infolge der durch den Betriebsdruck verhinderten Ausbiegung eine größere Federkraft
in Schließrichtung, die beim Wechsel des ausströmenden Mediums die Hochhubplatte
schlagartig gegen das Absperrorgan 1 federt und so ein schnelles Schließen
bewirkt.
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Selbstverständlich kann die Bimetallsäule 18 auch so ausgelegt
sein, daß ihre Scheiben flach aufeinanderliegen, wenn das Absperrorgan geschlossen
ist, so daß die Hochhubplatte 6 in dieser Lage ihren größtmöglichen Abstand
vom Absperrorgan 1 besitzt und erst beim Durchströmen von heißem Kondensat
durch das Bimetall gegen das Absperrorgan bewegt wird.
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Letztlich ist es auch möglich, als Feder eine Bimetallsäule zu verwenden,
die in kaltem Zustand eine Vorspannung ausübt und bei Temperaturanstieg flacher
wird. Diese Maßnahme erlaubt bei Anwendung auf die Ausführungsbeispiele der F i
g. 3 bis 6
eine noch stärkere Verminderung der Hochhubwirkung im oberen
Betriebsbereich, da der Hochhubkörper unter dem Temperatureinfluß des abgeleiteten
heißen Kondensats auf die, sich abflachende Birnetallsäule das Kondensat noch schneller
abfließen läßt. Dagegen führt der Hochhubkörper auf Grund der im unteren Betriebsbereich
härteren Federcharakteristik der stark ausgewölbten Bünetallplatten keinen oder
nur einen sehr geringen Leerhub aus, so daß in diesem Bereich das Absperrorgan weit
von seinem Sitz abgehoben wird.
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Selbstverständlich läßt sich die neuerungsgemäße Maßnahme mit gleicher
oder ähnlicher Wirkung auch bei anders gesteuerten Kondensatableitern verwenden.