DE1626220C2 - Thermostatischer Kondenstopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen thermostatischen Kondenstopf, insbesondere für hohen Betriebsdruck, mit einem Kondensatablaßventil, dessen Schließkörper an einer Stirnseite einer im Inneren des Kondenstopfes stromauf des Ablaßventils angeordneten, dem Medium im Inneren allseits unmittelbar ausgesetzten und mit einer Flüssigkeit gefüllten Faltenbalg-Druckdose angebracht ist, die an ihrer anderen Stirnseite durch einen in die Druckdose hineinragenden becherartigen Hohlkörper abgeschlossen wird.

Bei einem derartigen Kondenstopf, wie er aus der DT-PS 11 53 219 bekannt ist, ergibt sich die Druckbelastung der Druckdose als Differenz des im Inneren des Kondenstopfes herrschenden und von außen auf die Druckdose wirkenden Betriebsdruckes des kondensierenden Mediums, z. B. des Wasserdampfes, und des innerhalb der Druckdose herrschenden, von der Temperatur der Flüssigkeitsfüllung abhängigen Drukkes.

In der bekannten Anordnung wird der becherartige Hohlkörper oben durch die Gehäusewand des Kondenstopfs abgeschlossen, so daß sich innerhalb des Hohlkörpers kein Kondensat ansammeln kann.

Da bei geeigneter Dimensionierung der Druckdose und des Kondensatablaßventils die zum Öffnen und Schließen desselben notwendige Druckdifferenz klein ist, unterliegt die Druckdose im normalen Betrieb nur einer geringen Druckbelastung und entsprechend einer geringen mechanischen Beanspruchung. Wenn die Druckdose darüber hinaus mit der gleichen Flüssigkeit wie die im Kondenstopf kondensierte gefüllt ist, also z. B. mit Wasser, wie dies aus der USA.-Patentschrift 18 16 142 bekannt ist, bleibt die Druckdifferenz auch über einen großen Bereich von Betriebsdruck und -temperatur des Kondenstopfes klein. Dies liegt daran, daß die Dampfdruckkurven der Flüssigkeit in der Druckdose und des Mediums außerhalb der Druckdose gleich sind und die Temperatur der Druckdose und ihrer Füllung wegen der Anordnung im Inneren des Kondenstopfes während des normalen Betriebes genau der Temperatur des zu kondensierenden Mediums folgt. Theoretisch könnte also der bekannte Kondenstopf auch in Systemen mit sehr hohem Betriebsdruck und entsprechend hoher Kondensationstemperatur verwendet werden, ohne daß eine Beschädigung der Druckdose und des Kondenstopfes zu erwarten wäre. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß es bei über etwa 20 atü liegenden Betriebsdrücken häufig zu einem Ausfall der bekannten Kondenstöpfe kam. Es läßt sich nämlich nicht vermeiden, daß gelegentlich der Betriebsdruck, also der Druck z. B. des zugeführten Dampfes, sehr plötzlich absinkt, weil z. B. ein dem Kondenstopf vorgeschaltetes Regelventil plötzlich schließt. In einem solchen Fall wird die Druckdifferenz momentan außerordentlich hoch, d. h. es herrscht momentan ein starker Überdruck innerhalb der Druckdose, da deren Flüssigkeitsfüllung noch die hohe, zum ursprünglichen Betriebsdruck gehörende Temperatur besitzt. Bei hohen Betriebsdrücken ist entsprechend auch der sich einstellende Überdruck so groß, daß er zur Zerstörung mindestens der Druckdose führt, wodurch der Kondenstopf unbrauchbar wird.

Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Kondenstopf der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, daß auch in Systemen mit hohen Betriebsdrücken bei plötzlichem Betriebsdruckabfall die an der Druckdose auftretenden mechanischen Beanspruchungen besonders gering gehalten werden, so daß die Lebensdauer und Betriebssicherheit des Kondenstopfes verbessert wird.

Ein diese Aufgabe lösender Kondenstopf der eingangs genannten Gattung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper einen oben offenen Speicherbehälter zur Aufnahme einer Kondensatteilmenge bildet, welcher einen Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit in der Druckdose zuläßt.

In dem Speicherbehälter sammelt sich während des Betriebes eine gewisse Menge des Kondensats an. Kommt es nun zu einem der beschriebenen plötzlichen Druckabfälle, verdampft das Kondensat aus. dem Speicherbehälter nahezu augenblicklich, da seine Temperatur weit oberhalb der zu dem neuen Druck im Inneren des Kondenstopfes gehörenden Siedetemperatur liegt. Die notwendige Verdampfungswärme wird primär der nächsten Umgebung, d. h. da der Speicherbehälter einen Wärmeaustausch mit dem Druckdoseninhalt zuläßt, der Flüssigkeit in der Druckdose entzogen. Dadurch wird deren Temperatur ebenfalls nahezu augenblicklich so weit gesenkt, daß es nicht mehr zur Ausbildung eines zur Zerstörung der Druckdose führenden Überdruckes im Inneren der Druckdose kommen kann. Der Speicherbehälter sollte möglichst weit in die Druckdose hineinreichen, da dadurch nicht nur der Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit in der Druckdose verbessert, sondern auch deren Volumen verkleinert wird. Je kleiner aber das Volumen und damit die Wärmekapazität der Flüssigkeit ist, desto größer ist die Temperaturerniedrigung, die durch Entzug einer bestimmten Wärmemenge beim Verdampfen der Kondensatteilmenge im Speicherbehälter erzielt wird.

Aus der deutschen Patentschrift 3 18 381 ist ein Kondenswasserableiter in Form eines sogenannten Stauers zum Ableiten von Kondenswasser aus Rohrleitungen u.dgl. bekannt. Der Kondenswasserableiter umfaßt ein Kondensatablaßventil und eine Druckdose für dessen Betätigung, welche außerhalb des Raumes, aus welchem das Kondensat bzw. das Kondenswasser abgelassen werden soll, angeordnet ist. Die Druckdose

ist als Kammer mit einem in die Kammer hineinreichenden Wellrohr ausgebildet, welches von einer Ausdehnungsflüssigkeit in der Kammer umgeben ist. Das Wellrohr umschließt seinerseits mit Abstand einen Ventilschaft des Kondensatablaßventils. Zum Zwischenraum zwischen dem Ventilschaft und dem Wellrohr sowie zu einem Ringraum, welcher die die Druckdose bildende Kammer umgibt, hat das durch das Ablaßventil hindurchgetretene und auf Atmosphärendruck befindliche Kondensat Zutritt. Schließlich ist der Ventilschaft mit einem in Längsrichtung sich erstreckenden Blindloch versehen, in welches Dampf oder Kondenswasser aus dem Raum vor dem Ablaßventil eintreten kann. Das Blindloch dient zur Verbesserung des Ansprechens der Druckdose auf die Temperatur im Raum vor dem Ablaßventil, hat jedoch weder die Aufgabe noch die Wirkung, durch eine Verdampfung einer Teilmenge des Kondensats bei einem plötzlichen Betriebsdruckabfall einen schädlichen Überdruck von der Druckdose fernzuhalten, da diese an keiner Stelle dem Betriebsdruck ausgesetzt ist, sondern nur gegenüber dem Druck des abgelassenen Kondenswasser, also gegenüber dem Atmosphärendruck arbeitet. Im übrigen ist der bekannte Kondenswasserableiter im Gegensatz zu den Kondenstöpfen der eingangs genannten Gattung nur für Systeme mit relativ niedrigem Betriebsdruck von höchstens einigen atü und mit geringen Anforderungen an die Genauigkeit der Arbeitsweise geeignet, da er auf Grund der Anordnung der Druckdose außerhalb des Raumes vor dem Ablaßventil nur sehr träge auf die Temperaturänderungen des kondensierenden Dampfes anspricht. Dies gilt insbesondere für hohe Temperaturen und damit hohe Betriebsdrücke, da sich die Temperatur der Druckdose trotz des Blindloches im Ventilschaft im wesentlichen nach der niedrigen, dem Atmosphärendruck entsprechenden Temperatur des die Druckdose umgebenden, abgelassenen Kondensats bestimmt.

Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondenstopfes, bei welcher der Speicherbehälter becherartig geformt ist und vollständig in die Druckdose hineinreicht. Damit die Kondensatteilmenge im Speicherbehälter durch in den Kondenstopf einströmenden Dampf nicht heraufgeblasen werden kann, ist zweckmäßigerweise zwischen der Kondensateinlaßöffnung des Kondenstopfes und dem Kondensateinlaßquerschnitt des Speicherbehälters ein Schild angeordnet.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines temperaturgesteuerten Kondenstopfes, in der einige Teile der besseren Verdeutlichung wegen im Schnitt gezeigt sind,

F i g. 2 eine Ansicht der herausnehmbaren Druckdoseneinheit des Kondenstopfes gemäß Fig. 1 entlang der Linie 2-2,

F i g. 3 im Seitenschnitt eine andere Ausführungsform der Druckdose in horizontaler Anordnung.

Ein erfindungsgemäßer Kondenstopf umfaßt ein längliches Gehäuse 1 mit einer Auslaßbohrung 13, einem Haupteinlaß 2 mit der Einlaßbohrung 21 und einem weiteren Alternativeinlaß 11 mit der Einlaßbohrung 12. Beide Einlaßbohrungen führen zum Innenraum 10 des Gehäuses 1. In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß der Durchfluß durch den Kondenstopf in Pfeilrichtung durch die Einlaßbohrung 21 erfolgt.

Im Inneren 10 des Gehäuses 1 ist eine herausnehmbare Untereinheit angeordnet. Diese besteht aus einem Ventilsitzkörper 3 und einer Druckdoseneinheit zur Betätigung eines Schließkörpers 54 mit einem Ventilkegel 57, die beide funktionell durch einen Halterungsrahmen in dargestellter Weise verbunden sind. Der Halterungsrahmen besteht aus einer U-förmigen Klammer mit nach oben gerichteten Schenkeln 33 und 34, die auf geeignete Weise, beispielsweise durch Schweißen oder Löten, mit der Oberseite des Ventilsitzkörpers 3 verbunden ist ( F i g. 1). Der Ventilsitzkörper 3 besitzt an der oberen Kante der Ventilöffnung 30 den Ventilsitz 32, gegen den der Ventilkegel 57 wirkt.

Am Ende der Schenkel 33 und 34 ist ein runder Deckel oder Schild 35 waagerecht angeordnet, welcher mittels Schränklaschen 36 am Ende der Schenkel 33 und 34 durch entsprechende Öffnungen an einander gegenüberliegenden Stellen des Deckels 35 gemäß F i g. 1 und 2 befestigt ist. Der Deckel hat konzentrisch angeordnet einige Bohrungen 38. In ein hülsenartiges Mittelteil 37 des Deckels 35 ist senkrecht eine Stange 9 mit ihrem verdickten Ende 92 eingeschraubt. Am unteren Ende der Stange 91 ist ein becherförmiger Speicherbehälter 9 befestigt, welcher eine dehnbare Druckdose 5, die innerhalb der Schenkel 33 und 34 angeordnet ist, nach oben abschließt. Ein unteres Abschlußteil 51 der Druckdose 5 weist eine Bohrung 52 zum Innenraum des Kondenstopfes auf, welche durch einen Gewindestopfen 53 verschlossen ist. Der Speicherbehälter 9 als oberer Abschluß und das untere Abschlußteil 51 sind durch einen dehnbaren Balg miteinander verbunden. Der Schließkörper 54 mit dem Ventilkegel 57 ist am unteren Abschlußteil 51 mittels einer Überfallmutter 55 befestigt, welche einen Flansch 56 übergreift.

F i g. 1 entnimmt man, daß der Ventilsitzkörper 3 mit einem Gewindeansatz 31 genau durch die untere Auslaßbohrung 13 des Gehäuses 1 paßt. Der Gewindeansatz 31 reicht bis in ein Auslaßteil 4 mit einem Gegengewinde 40 hinein, mit welchem er zur Halterung der Druckdoseneinheit im Gehäuse 1 verschraubt ist. Zur Abdichtung dienen geeignete Dichtungsringe 7 und 8. Das Auslaßteil 4 steht mit einer Auslaßöffnung 43 mit der Ventilöffnung 30 im Ventilsitzkörper 3 in direkter Verbindung.

Es ist vorteilhaft, wenn die Auslaßöffnung 43 des Auslaßteils 4 eine Einschnürung 42, die von einem ringförmigen Steg 41 gebildet ist, aufweist. Die Einschnürung 42 als Drosselstelle im Auslaß dient zur Strömungsregulierung durch den Kondenstopf, um den Druckabfall am Ventilsitzkörper 3 bei geöffneter Stellung und damit die Erosion des Ventilsitzes 32 und des Ventilkegels 57 zu erniedrigen. Gleichzeitig bewirkt der verkleinerte Druckabfall kleinere Schließkräfte auf den Ventilsitz und dadurch eine längere Lebendauer des Ventils bei hohen Drücken und Temperaturen. Die Druckdose entspricht der normalen Ausführung temperaturgesteuerter Druckdosen. Die Druckdose ist ganz mit einer luftfreien inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt, so daß sich weder Luft noch Gas in den äußeren ringförmigen Hohlräumen des Faltenbalges ansammeln kann. Luft oder Gas, die an diesen Stellen eingeschlossen sind, bewirken, daß das Druckdosenmaterial an derartigen Stellen viel leichter durch extreme Arbeitsbedingungen und Verformungen über die elastische Grenze hinaus beschädigbar ist, wenn es starkem und plötzlichem Druckabfall ausgesetzt ist.

Eine vorteilhafte Kondenstopfkonstruktion ist im

einzelnen in der USA.-Patentschrift 31 46 947 beschrieben.

Die Wirkungsweise des Kondenstopfes ist die folgende: Strömt Dampf mit Betriebstemperatur in den Kondenstopf ein und umströmt die Druckdose, so wird die Flüssigkeit innerhalb der Druckdose auf die gleiche Temperatur wie der Dampf erwärmt, so daß der Druck im Inneren der Druckdose genau gleich dem Druck im Inneren des Kondenstopfes außerhalb der Druckdose ist. Da in dieser Stellung die druckwirksame untere Fläche des auslenkbaren unteren Abschlußteils der Druckdose, die dem Innendruck der Druckdose ausgesetzt ist, der die Ventilöffnung zu schließen versucht, größer ist als die druckwirksame Fläche, die dem öffnungsdruck des Ventils ausgesetzt ist, wird der Ventilkegel 57 in geschlossener Stellung gegen den Ventilsitz 32 gehalten. Auch die Kondensation von Dampf zu Flüssigkeit innerhalb des Kondenstopfes und in dem Speicherbehälter 9 bei Dampftemperatur ändert diese Bedingungen nicht. Ein Wärmetausch zu niederen Temperaturen zur Umgebung des Kondenstopfes durch dessen Gehäusewände bewirkt mit der Zeit eine Erniedrigung der Kondensattemperatur und des Inneren des Kondenstopfes unter die Betriebstemperatur des Dampfes. Obwohl der Außendruck außerhalb der Druckdose nicht sinken wird, da er vom konstant bleibenden Druck des zugeführten Dampfes abhängt, wird jedoch der Druck im Inneren der Druckdose sinken, da dieses ein getrenntes eingeschlossenes System ist. Sind die Temperatur und der Druck im Inneren der Druckdose unter einen gewissen Wert gesunken, so bewirkt der Außendruck auf die Wandungen der Druckdose die öffnung des Ventils in die in Fig. 1 gezeichnete Öffnungsstellung. Hierdurch wird Kondensat aus dem Kondenstopf abgelassen, bis der Dampf mit seiner Betriebstemperatur wieder in den Raum um die Druckdose herum eintritt und das Innere der Druckdose etwa auf die Betriebstemperatur des Dampfes erwärmt hat und das Ventil wieder schließt.

An bekannten Kondenstöpfen mit im Inneren angeordneter Druckdose wurde festgestellt, daß bei einem plötzlichen Druckabfall, der bei hohen Temperaturen im Innenraum des Kondenstopfes um die Druckdose herum dadurch auftritt, daß die Dampfzufuhr zum Kondenstopf abgeschaltet wird, während das Ventil gerade geöffnet ist, der Ventilkegel durch die Druckdose gewalttätig und mit großer Kraft und Stoßwirkung geschlossen wird. Dabei werden die Teile des Kondenstopfes mehrfach überbeansprucht und schließlich zerstört, so daß der Kondenstopf völlig unbrauchbar wird. Die Hauptzerstörung erfolgt an den Falten der Druckdose, indem diese deformiert und überbeansprucht werden. Durch solche Verformungen, durch welche die Druckdosen die Gestalt von »Schnecken« bekommen, wird nicht nur der Ventilkegel gegenüber dem Ventilsitz außer Fluchtung gebracht und damit der Kondenstopf unbrauchbar gemacht, sondern auch die Druckdose selber zerstört

Dieser betriebliche Nachteil der herkömmlichen Kondenstöpfe wird durch die Erfindung vermieden und die normalen Schließbewegungen des von der Druckdose betätigten Ventils dadurch verbessert, daß der Speicherbehälter eine Dampfkondensatteilmenge unter guten Wärmetauschbedingungen gegenüber dem Druckdoseninneren, solange das Kondensatventil geschlossen ist, auffängt, so daß dann, wenn der Druck außerhalb der Druckdose plötzlich absinkt, das Kondensat im Speicherbehälter ausdampft und dabei der Druckdose und der Flüssigkeit in ihrem Inneren durch Abkühlen Wärmeenergie entzieht, wodurch die Heftigkeit der Ventilschließbewegung stark herabgemindert wird. Dies erfolgt auch dann, wenn der Dampf unter sehr hohem Druck und sehr hoher Temperatur steht. Die erfindungsgemäße Konstruktion der Druckdose verlängert deshalb die Lebensdauer des Kondenstopfes und der Druckdose bei hohen Temperaturen und Drücken erheblich und läßt Betriebsdrücke bis etwa 40 atü sicher zu. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wie in den Abbildungen dargestellt, daß sich der Speicherbehälter für das Kondensat weit in das Innere der Druckdose erstreckt, und zwar nicht nur, um einen möglichst großen Wärmeübergang vom Innenraum der Druckdose zum Kondensat im Speicher zu bewirken, sondern auch um den Innenraum zu verkleinern und gleichzeitig die innen gespeicherte Energie und die thermische Expansion der darin befindlichen Stoffe herabzusetzen. Je größer der Kondensatspeicher im Verhältnis zum Innenraum der Druckdose ist, um so größer wird — bis zu einem gewissen Punkt — die Wärmeübergangsfläche zur Abkühlung der Flüssigkeit im Inneren der Druckdose und um so kleiner wird die im Inneren der Druckdose gespeicherte Energie sein, die durch Wärmetausch abgeführt werden muß, um innerhalb gewisser Grenzen die schädlichen Wirkungen so weit herabzusetzen, daß keine Zerstörung der Arbeitsteile des Kondenstopfes eintreten kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Thermostatischer Kondenstopf, insbesondere für hohen Betriebsdruck, mit einem Kondensatablaßventil, dessen Schließkörper an einer Stirnseite einer im Inneren des Kondenstopfes stromauf des Ablaßventils angeordneten, dem Medium im Inneren allseits unmittelbar ausgesetzten und mit einer Flüssigkeit gefüllten Faltenbalg-Druckdose angebracht ist, die an ihrer anderen Stirnseite durch einen in die Druckdose hineinragenden becherartigen Hohlkörper abgeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper einen oben offenen Speicherbehälter (9) zur Aufnahme einer Kondensatteilmenge bildet, welcher einen Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit in der Druckdose zuläßt.

2. Thermostatischer Kondenstopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kondensateinlaßöffnung (21) des Kondenstopfes und dem Kondensateinlaßquerschnitt des Speicherbehälters (9) ein Schild (35) angeordnet ist.