DE1425730A1

DE1425730A1 - Drain valve

Info

Publication number: DE1425730A1
Application number: DE19631425730
Authority: DE
Inventors: Zikesch Dipl-Ing Herbert
Original assignee: ZIKESCH DIPL ING HERBERT
Current assignee: ZIKESCH DIPL ING HERBERT
Priority date: 1963-06-20
Filing date: 1963-06-20
Publication date: 1968-12-12

Description

«Ablaufvent il't Bei vielen technischen Anlagen, zoB. bei Flüssigkeiten hoher Temperatur enthaltenden oder führenden Apparaten, wie Hoch. druckdam,pfkesseln und ähnlichen Anlagen, ist man vor die Aufgabe gestellt, eine unter hohem Druck stehende und auf hoher Temperatur in der Nähe des Siedepunktes befindliche Flüssigkeit, z.B. siedendes Wasser, unter Reduktion des Flüssigkeitsdrucks abzuführen. Für diesen Zweck wurden bisher Drosselventile üblicher Bauart verwendet, die ein Gehäuse mit ringförmigem Ventilsitz und einem kurzflächigen, in der Achsenrichtung der Ventilspindel bewegbaren Ventilkegel aufweisen, sowie gegebenenfalls mit einem nachgeschalteten Regelkegel ausgerüstet sind. Bei der Abführung von siedenden, insbesondere unter sehr hohem Druck stehenden Flüssigkeiten, z.B, beim Ablassen von Wasser hohen Druckes aus einer Hochdruckdampfkesselanlage entstehen erhebliche Schwierigkeiten dadurch, dass bei der bei der Abführung erfolgenden Reduzierung des Druokes ein großer Teil der von der Flüssigkeitsmassem aufgenommenen Wärme, insbesondere der Wasserwärme, frei wird, was Wiederum die Verdampfung eines Teils der nunmehr unter vermindertem Druck stehenden Flüssigkeit zur Folge hat, Bereits im Anschlußsitz eines Ventils üblicher Bauart erfolgt eine sehr starke Reduzierung des Drucks und infolgedessen eine sehr starke Dampfentwicklung, deren Bildung infolge der sofort einsetzenden starken Verwirbelung in ihrer Menge und in ihren Auswirkungen unkontrollierbar wird, Diese Dampfbildung ist ins -besondere für die feinst bearbeiteten Sitzflächen eines dicht schliessenden Ventils sehr nachteilig, da es an diesen Stellen infolge der Dampfeinwirkung zu Erosionen kommt, die sehr schnell eine Verschlechterung des Ventilabflusses smwie evtl. eine Zerstörung des Ventils hervorrufen und sogar das Ventilgehäuse beeinträchtigen.«Drain valve il't in many technical systems, zoB. with liquids Apparatus containing or conducting high temperatures, such as high. pressure dam, pegs and similar systems, one is faced with the task of one under high pressure standing liquid at a high temperature close to the boiling point, E.g. boiling water to be discharged by reducing the liquid pressure. For this Purpose so far throttle valves of the usual type have been used, which have a housing annular valve seat and a short surface, in the axial direction of the valve spindle Have movable valve cone, and optionally with a downstream Control cones are equipped. When discharging boiling, especially under Liquids under very high pressure, e.g. when draining water under high pressure From a high pressure steam boiler system, considerable difficulties arise as a result of that a large part of the reduction in druoke that takes place during discharge the heat absorbed by the liquid mass, especially the water heat, becomes free, which in turn is the evaporation of a part of the now under reduced Result in liquid under pressure, Already in the connecting seat a valve of the usual type there is a very strong reduction in pressure and consequently a very strong development of vapor, the formation of which as a result of the immediate the strong turbulence that sets in is uncontrollable in terms of quantity and effects This formation of steam is particularly important for the finely machined seat surfaces a tightly closing valve is very disadvantageous, as it is at these points as a result the action of steam leads to erosion, which very quickly deteriorates the Valve drain, such as possibly destroying the valve and even that Affect the valve body.

Die beim Öffnen des Ventils plötzlich auftretende unkontrollierbare Dampfbildung innerhalb des Ventils macht ferner eine rechnerische-Erfassung des Druckverlaufs innerhalb des Ventils und der Strömungsvorgänge auf dem Wege vom Ventilsitz über den Drosselkegel bis zum Austritt des Ventils äusserst schwierig, so dass auch eine exakte Bestimmung der Abmessung der Teile eines solchen Ventils sich nicht durchführen lässt, Das Volumen des Wasser-Dampf-Gemisches ändert sich ständig und unregelmässig, so dass man die tatsächliche Volumenzunahme in Abhängigkeit von dem Weg,- den das Gemisch innerhalb des Ventils zurücklegt, nicht genau ermitteln kann, Daher kommt es häufig vor, dass, solche Ventile üblicher Bauart , die dem vorliegenden Zweck dienen, falsch bemessen werden, so dass z.B, bei vollkommen geöffnetem Ventil der Drosselquerschnitt zu klein wird. Die Erfindung soll die Nachteile der üblichen Ventile beseitigen, indem sie eine neue Ausbildungsform für Ablaufventile vorschlägt, die zur Reduzierung des Druckes von hochtemperierten Flüssigkeiten, z.Bo von Siedewasser auf einen niederen Druck dienen, Die erfindungsgemässe Gestaltung eines solchen Ablaufventils ermöglicht insbesondere, den Ablauf der-Druckreduzierung des Siedewassers und dergl. in befriedigender Weise zu übersehene Die erfindungygemässe Gestaltung eines Ablaufventils geht von der Erkenntnis aus, dass auf der Strecke, auf welcher die Reduzierung des Drucks der ablaufenden Flüssigkeit sich vollzieht, Wirbelbildungen nach Möf;lichkeit zu vermeiden sind, dass also«der Übergang vom normalen Ventilquerschnitt auf den eigentlichen Drosselquerschnitt ohne in den Strömungsweg vorragende Teile oder Stufen unter kontinuierlicher, allmählicher Verringerung des Querschnitts auszubilden ist. Gerade die erwähnten Wirbelbildungen bedingen Druckverhältnisse, die sich rechnerisch nicht erfapsen lassen, so dass auch die sie begleitende Dampfbildung ebenfalls nicht genau bestimmt werden kann. Jede starke Wirbelbildung bedingt auch wiederum das Auftreten starker Unterdrücke innerhalb oder in der Nähe eines solchen Wirbels. Durch solche Unterdruckbereiche wird wiederum-die Dampfbildung an dieser Stelle wesentlich erhöht. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass pulsierende Schwingungen und Schläge. im Wasserdampfgemisch auftreten können, die starke Beschädigungen der Dichtungen und Ventilgehäuse hervorrufen, In praktischer Ausführung des Erfindungsgrundsatzes wird der Ventilverechlußkörper so ausgebildet, dass an den in bekannter Meise mit hochwertigem Hartmetall gepanzertem konischen Sitz des Ventilkörpers ein unmittelbar an diesen anschliessender. lang gestreckter und spitz zulaufender Drosselkegel sich anschliesst, wobei der Flankenwinkel des Kegelmantels, d.h. der von zwei Mantellinien eingeschlossene Winkel möglichst 5 bis 6 0 nicht überschreiten soll. Es ist ferner zweckmässig, die gepanzerte Ventilsitzfläche in die Mantelfläche dieses spitzwinkligen Drosselkegels ohne Richtungsänderung und ohne vorspringende Kanten übergehen zu lassen.The uncontrollable formation of steam inside the valve, which suddenly occurs when the valve is opened, also makes it extremely difficult to calculate the pressure profile within the valve and the flow processes on the way from the valve seat via the throttle cone to the valve outlet, so that an exact determination of the dimensions the parts of such a valve cannot be carried out, the volume of the water-steam mixture changes constantly and irregularly, so that one the actual increase in volume as a function of the path that the mixture travels within the valve cannot be precisely determined.Therefore, it often happens that such valves of conventional design , which serve the present purpose, are incorrectly dimensioned, so that, for example, when the valve is fully open, the throttle cross-section becomes too small. The invention is intended to eliminate the disadvantages of the usual valves by proposing a new design for drain valves which are used to reduce the pressure of high-temperature liquids, e.g. boiling water to a low pressure The pressure reduction of the boiling water and the like can be overlooked in a satisfactory manner. That means that “the transition from the normal valve cross-section to the actual throttle cross-section is to be formed without parts or steps protruding into the flow path, with a continuous, gradual reduction in the cross-section. The vortex formations mentioned, in particular, cause pressure conditions that cannot be calculated mathematically, so that the accompanying steam formation cannot be precisely determined either. Every strong vortex formation also in turn results in the occurrence of strong negative pressures within or in the vicinity of such a vortex. In turn, the formation of steam at this point is significantly increased by such negative pressure areas. It should also be taken into account that pulsating vibrations and impacts. can occur in the water vapor mixture, which cause severe damage to the seals and valve housing. In a practical implementation of the principle of the invention, the valve closure body is designed in such a way that a conical seat of the valve body armored in the known manner with high-quality hard metal is directly adjoining this. This is followed by an elongated and tapering throttle cone, the flank angle of the conical surface, ie the angle enclosed by two surface lines, should not exceed 5 to 6 0 if possible. It is also useful to allow the armored valve seat surface to merge into the outer surface of this acute-angled throttle cone without changing direction and without protruding edges.

Praktisch lässt sich dies so erreichen, dass man den gepanzerten. Ventilsitz zunächst um ein sehr geringes Mass, z.B.einige hunderstel Millimeter,- gegenüber dem kegelförmigen Drosselstück absetzt,, d.h.r dass man das kegelförmige Dichtungsstück mit seinem Grunddurchmesser etwas über den gepanzerten Derosselkegel vorstehen lässt, um beim Einschleifen des gesamten Ventilkonus keine Schwierigkeiten zu erhalten.In practice, this can be achieved by using the armored. Valve seat initially by a very small amount, e.g. a few hundredths of a millimeter, opposite the conical throttle piece, i.e. the conical Sealing piece with its basic diameter slightly above the armored derosel cone can protrude to avoid any difficulties when grinding the entire valve cone to obtain.

Weitere Merkmale für die Ausgestaltung des Ablaufventils sowie innbesondere des Ventilkörpers und des Ventilsitzes ergeben sich aus der beiliegenden Zeichnung, in der ein der Erfindung entsprechendes Ablaufventil beispielsweise in einem durch das Gehäuse geführten Axialschnitt dargestellt ist.Further features for the design of the drain valve as well as in particular the valve body and the valve seat result from the accompanying drawing, in which a drain valve corresponding to the invention, for example in a through the housing guided axial section is shown.

Es bezeichnet hier das Bezugszeichen 't das Ventilgehäuse, 2 die eigentliche Ventilspindel mit dem Abschlussitz 3 und: dgm.Drosselkegel 40 Der Flankenwinkel des Drosselkegels 4 stimmt genau mit dem von'den verlängerten Mantellinien des konischen Abschlus -sitzes 3 eingeschlossenen Winkel überein, so dass die Strömung des ablaufenden Wassers ohne Wirbelbildung vom Abschlusssitz 3 an der konischen Fläche des Drosselkegels 4 entlang bis zum Drosselquerschnitt 6 gehen kann.The reference symbol 't here designates the valve housing, 2 the actual one Valve spindle with the closing seat 3 and: dgm. Throttle cone 40 The flank angle of the throttle cone 4 agrees exactly with the von'den extended surface lines of the conical Completion seat 3 included angles match so that the flow of the draining water without vortex formation from the end seat 3 on the conical Surface of the throttle cone 4 can go along up to the throttle cross section 6.

Es ist ferner vorteilhaft, den mittleren Durchmesser des Abschlussitzes 3 wesentlich grösser als die engste Drosselstelle, die in der Zeichnung mit 6 bezeichnet ist, zu bemessen, um bereits an dieser Stelle Dampfbildung zu vermeiden. Hinter dem Derosselquerschnitt 6 wird ein relativ langer zylindrischer Teil angeordnet, in welchem die eigentliche Verdampfung des Wassers stattfindet. Diese mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnete Ausdampfstreake liegt also zwischen den Querschnitten 6 und 8 der Zeichnung. Die Länge der Ausdampfstrecke 7 kann entsprechend den Letriebaverhältnissen sowie unter Berücksichtigung von Menge, Druck und Tempera'tür des abzuführenden Wassers bemessen werden, also entsprechend länger oder kürzer ausgeführt sein.It is also advantageous to use the mean diameter of the end seat 3 is much larger than the narrowest throttle point, which is denoted by 6 in the drawing is to be measured in order to avoid the formation of steam at this point. Behind a relatively long cylindrical part is arranged on the derosel cross section 6, in which the actual evaporation of the water takes place. These with the reference number 7 designated Ausdampfstreake is between the cross sections 6 and 8 of the Drawing. The length of the evaporation path 7 can be according to the operating conditions as well as taking into account the quantity, pressure and temperature door of the material to be discharged Water are measured, so be made longer or shorter accordingly.

Durch die Zunahme des Dampfvolumens wird in dieser zylindrischen Stelle die Geschwindigkeit des entstehenden'Wasser-Dampf-Gemisches infolge. der Volumenzunahme bis am Ende der zyli sehen Stelle 8 sehr stark erhöht. In dieser Ausdampfstrecke findet also die eigentliche Drosselung und Verdampfung statt.As the volume of steam increases, this is a cylindrical place the speed of the resulting water-steam mixture as a result. the increase in volume until the end of the cyli see point 8 very much increased. In this evaporation line So the actual throttling and evaporation takes place.

An diese zylindlrisehe Stelle schliesst sich dann eine diffusorartig wirkende, z.B. in Form eines schlanken Trichters gestal-, tote Erweiterung des Sitzes an, ih welcher die erhöhte Gesehwin-, digkeit des Was's'er-Dampf-Gemisches wieder in Druck umgesetzt: wird, Besonders wichtig und fortschrittlich erscheint die,.#@rkung des erfindungsgemäss ausgebildeten Ventils im voll geöffneten Zustande. Gerade in diesem voll geöffneten Zustand zeigen.-die .üblichen Ventile mangelnde Übereinstimmung der Querschnitts--- Verhältnisse mit der Belastung durch das aus dem Ventil abzuführende Wasser-Dampf-Gemisch. Bei einem erfindungsee.mäss ausgebildeten Ventil wird das Siedewasser, dass bei (E) in das Ventilgehäuse eintritt, gleichmässig um die Ventilspindel 2 verteilt. An dieser Stelle ist der Ventilraum so ausgebildet, dass keine Drosselung stattfindet, so dass hier das Siedewasser mit verhältnismässig niedrigen Geschwindigkeiten hindurchströmt. Das Wasser tritt dann ebenfalls ohne wesentliche Drosselung durch den am Abschlussitz 3 freigegebenen Querschnitt hindurch. Von diese= Stelle an verengt sich bei der erfindungsgemässen Gestaltung des Ventils der Drosselquerschnitt bis zur Stelle 6 allmählich entsprechend der sehr spitz zulaufenden Kegelform des Drosselkegels dessen Flankenwinkel, wie schon oben erwähnt, 5 bis 6 Grad möglichst nicht überschreitet und mit dem Kegelmantel des Ventilsitzes parallel als Fortsetzung dieser Fläche verläuft. Dadurch wird auch beim Durchströmen des zwischen den Stellen 3 und 6 sieh erstreckenden Drosselraumes die Entstehung einer Turbulenz mit erhöhter Dampfentwicklung vermieden.A diffuser-like, for example in the form of a slender funnel shaped, dead extension of the seat is attached to this position close to the cylinder The strengthening of the valve designed according to the invention in the fully open state appears important and progressive. It is precisely in this fully open state that the usual valves show a lack of correspondence between the cross-sectional ratios and the load caused by the water-steam mixture to be discharged from the valve. In the case of a valve designed according to the invention, the boiling water that enters the valve housing at (E) is evenly distributed around the valve spindle 2. At this point, the valve chamber is designed in such a way that there is no throttling, so that the boiling water flows through here at relatively low speeds. The water then also passes through the cross section released at the end seat 3 without any significant throttling. From this point on, in the design of the valve according to the invention, the throttle cross-section gradually narrows up to point 6 in accordance with the very tapering cone shape of the throttle cone, the flank angle of which, as already mentioned above, does not exceed 5 to 6 degrees if possible and is parallel to the conical surface of the valve seat as a continuation of this area. As a result, the occurrence of turbulence with increased steam development is avoided even when the flow through the throttle space extending between points 3 and 6 is carried out.

Der Querschnitt 6 wird so bemessen, dass die geforderte maximale Siedewassermenge eintreten kann. Infolge der weiter auf der zylindrischen oder annähernd zylindrischen Ausdampfstrecke 7 stattfindenden Drosselung erfolgt hier die Ausdampfung des Siedewassers in wirbelfreiem Strom. Entsprechend der Zunahme des Volumens des-Wasser-Dampf-Gemisches infolge zunehmender Drosselung und Ausdampfung erhöht sich die Geschwindigkeit dieses Gemisches, so dass sich dadurch ein Gleichgewicht von Volumen und Geschwindigkeit automatisch einstellen lässt. Die auf ässe Weise geschaffenen Verhältnisse lassen sich durchaus mit den@9trömungs- und Druckverhältnissen in einem Venturi= roter vergleichen, aas man sich aus zwei mit ihrem engsten Querschnitt aneinandergesetzten Düsen gebildet denken kann.The cross section 6 is dimensioned so that the required maximum amount of boiling water can occur. As a result of further on the cylindrical or nearly cylindrical Evaporation path 7 taking place throttling takes place here the evaporation of the boiling water in eddy-free stream. Corresponding to the increase in the volume of the water-steam mixture as a result of increasing throttling and evaporation, the speed of this increases Mixture, so that there is a balance of volume and speed can be set automatically. The conditions created in this way can definitely be combined with the flow and pressure conditions in a Venturi = more red compare, aas one made up of two with their narrowest cross-section juxtaposed Nozzles formed can think.

An der engsten Stelle ist bekanntlich die Geschwindigkeit am größten und der statische Druck am niedrigsten. Aus der Druckdifferenz zwischen dem Anfangsquerschnitt und dieser engsten Stelleg die sich ähnlich wie auch bei einem Venturirohr bei der vorgeschlagenen Ventilausbildung exakt bestimmen lässtg kann man auf die sekundlich hindurchfliessende Menge des Siedewasaere schliessen. Auf der der Stelle engsten Querschnitts eines Venturirohres entsprechenden lusdampgstreeke 7 der erfindungsgemässen Ventilausbildung wird infolge den hier herrschenden geringen Druckes die Ausdampfung des Wassers beschleunigt, bis der geforderte Enddruck erreicht ist. In dem nachfolgenden diffusorartigen Teil 11 wird d.ie erhöhte Geschwindigkeit wieder in Druck =gesetzt. Das Wasser-Dampf-Gemisch nimmt hier wieder eine betriebezulässige Geschwindigkeit an und wird durch die anschliessende Rohrleitung= die den gleichen Querschnitt hat wie der Ventilaustritt (A)v abgeführt.It is well known that the speed is greatest at the narrowest point and the static pressure is lowest. From the pressure difference between the initial cross-section and this narrowest point which is similar to that of a Venturi tube in the The proposed valve design can be determined exactly on the second Close the amount of boiling water flowing through. Closest on the spot Cross section of a Venturi tube corresponding lusdampgstreeke 7 of the invention As a result of the low pressure prevailing here, the valve formation results in evaporation of the water is accelerated until the required final pressure is reached. In the following Diffuser-like part 11 is put back into pressure = the increased speed. The water-steam mixture here again takes an operationally permissible speed and is through the connecting pipe = which has the same cross-section like the valve outlet (A) v discharged.

Am Bingang 6 des Drosselkanals ist bei der beschriebenen Ventil.. auebilüung im wesentlichen also nur Siedewasser vorhanden. Diener Eintrittsquerschnitt 6 lässt eich entsprechend der geforderten Durohsatzaenge bestimmen. Der Querschnitt am Ventilaustritt 1 lässt sich ebenfalls z.B. rechnerisch aus dem neuen Volumen des Wasser-Dampf-Gemisches und der zulässigen Austrittsgeschwindigkeit ermitteln. Es ist also lediglich noch die hänge der Dampfstrecke 7 festzulegen, die - wie bereits erwähnt .- entsprechend den besonderen Betriebsverhältnissen, insbegondere in Abhängigkeit vom Druck, Temperatur und Durchsatzmenge des Siedewassers, bemessen werden kann.At the inlet 6 of the throttle channel in the described valve. Diener inlet cross-section 6 can be determined according to the required Durohsatzaenge. The cross-section at the valve outlet 1 can also be determined by calculation, for example, from the new volume of the water-steam mixture and the permissible outlet velocity. All that remains to be done is to define the slope of the steam path 7, which - as already mentioned - can be dimensioned according to the particular operating conditions, in particular as a function of the pressure, temperature and throughput of the boiling water.

Die vorstehend beschriebene Anordnung einäs Ablaufventils bietet auch den Vorteil leichter Anpassung an bestehende oder abgeänderte Verhältnisse. Ist z.B, ein-solches Ablaufventil in seinen Abmessungen zu klein ausgelegt worden, so ist es, ohne weiteres möglich, den Durchmesser des Dampfzylinders 7 zu erweitern, ohne dass an dem Sitz 3 oder der Spindel mit dem Drosselkegel etwas geändert zu werden braucht.The arrangement described above also provides a drain valve the advantage of easier adaptation to existing or changed conditions. is E.g. such a drain valve has been designed too small in its dimensions, so it is easily possible to expand the diameter of the steam cylinder 7, without changing anything to the seat 3 or the spindle with the throttle cone needs to be.

Der Sitz 3 ist bekanntlich zum dichten Abschließen mit hochwertigen Hartmetallen gepanzert, die eine Bearbeitung, z.B. an Ort und Stelle, kaum zulassen. Es ist deshalb vorteilhaft diesen Sitz 3 in seiner gesamten Länge leicht auswechselbar auszubilden, um Änderungen während des Betriebes oder während einer kurzen Stillstandszeit vornehmen zu können, wie auch, um bei Verschleiß dieses Drosselsitzes einen neuen Sitz in das Ventil einbauen zu können.As is known, the seat 3 is armored with high-quality hard metals for a tight seal, which hardly allow machining, for example on the spot. It is therefore advantageous to make this seat 3 easily replaceable over its entire length in order to be able to make changes during operation or during a short downtime, as well as to be able to install a new seat in the valve when this throttle seat is worn.

Die wesentlichste Wirkung der neuen Ventilanordnung besteht, wie bereits hervorgehoben, darin, dass eine unkontrollierte Yerwirbelung nebst Ausdampfung vermieden und der Drosselvorgang in bestimmte geregelte Bahnen-geleitet wird.The main effect of the new valve arrangement is, as before emphasized in the fact that uncontrolled turbulence and evaporation are avoided and the throttling process is directed into certain regulated paths.

Claims

Claims: - - # @ Drain valve for liquids, chains, especially boiling water, which are under high pressure and at high temperature in the vicinity of the boiling point, with a conical valve seat actuated by the axial movement of a valve spindle, characterized in that at least normal, the required. Flow rate corresponding: dimensioning of the valve cross-section in front of the valve end seat (3) to this without interruption a throttle cone (4) which forms the continuation of the valve seat surface and whose cone surface has a flank angle that does not exceed 5 to 6 degrees, and that to the narrow, conical throttle section (3 to 6) a cylindrical throttle section 7 of cross-section (6) adjoins 2. Device according to claim 1, characterized in that the cone surface of the throttle cone (4) runs approximately parallel to and evenly with the cone surface of the valve (3) in such a way that the cross-section (6) of the subsequent cylindrical throttle section is determined according to the required maximum amount of liquid entering this cross-section. 3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the cylindrical throttle section 6 @ ( 7) continues in a diffuser-like acting extension (9). 4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the valve seat (3, 5) is easily exchangeable over its entire length, and is designed to be selectable.