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| Die Neuerung bezieht sich auf ein Dampfumformventil zur |
| Reduzierung und Kühlung von hochgespanntem Dampf. Darüber |
hinaus löst die Neuerung noch die Aufgabe, gleichzeitig mit der Reduzierung und
Kühlung von hochgespanntem Dampf Dampf niederen Druckes einzubringen. Die Neuerung
macht dabei von einem Ejektor Gebrauch, sodaß ein Dampfumform-Ejektorventil gebildet
wird, welches gestattet, den zufließenden Dampf niederen Druckes auf das höher liegende
Niveau des reduzierten Dampfes zu bringen und gegebenenfalls noch zu kühlen. Ein
derartiges Dampfumform-Ejektorventilbildet dementsprechend eine Spezialarmatur,
bei der noch besondere Kanäle oder andere Zuführungsleitungen für das zur Kühlung
des Dampfes benötigte Einspritzwasser vorgesehen sind.
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Die Neuerung besteht darin, daß auf der Abströmseite des Ventils der
Entspannungsraum und der mit einer Einführung versehene anschließende Raum so ausgebildet
sind, daß sie zusammen einen Ejektor bilden und unter Ausnutzung des abströmenden
gedrosselten Heißdampfes als Treibmittel im Sinne eines Strahlsaugers das Einbringen
von Dampf niederen Druckes durch die Einführung und dessen Druckerhöhung gestatten.
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Im Rahmen der Neuerung kann das Ventil durch düsenmäßige Ausgestaltung
von Sitz und Kegel so ausgebildet sein, daß sich
die Drosselenergie
des zu reduzierenden Frischdampfes einerseits dazu verwenden läßt, das zuzuführende
Kühlwasser in möglichst wirkungsvoller Weise aufzuspalten, andererseits aber auch
die Druckerhöhung des mit niederem Druck zufließenden Dampfes mit günstigem Wirkungsgrad
zu bewerkstelligen.
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An Hand der Zeichnung soll die Neuerung näher erläutert werden. Die
Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Neuerung wesentlichen Teilen
in stark vereinfachter, zum Teil schematischer Darstellung. Dabei zeigt Figur 1
die Einschaltung einer Armatur nach der Neuerung in einer Wärmekraftanlage, während
die Figuren 2 bis 6 Ausführungsbeispiele der Neuerung in verschiedener Ausführungsform
veranschaulichen. Bei dem in Figur 1 dargestellten Schaltbild ist ein Dampfumform-Ejektorventil
nach der Neuerung in Verbindung mit ungesteuerten Turbinenentnahmen betrieben. An
Hand dieses Schaltbildes soll die der Neuerung zugrunde liegende Aufgabe näher verdeutlicht
werden.
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Ein Kessel 1 mit Überhitzer 2 liefert bei der dargestellten Anlage
Frischdampf von etwa 40 atü bei 47000 in die Dampfleitung 3. In einer Gegendruckturbine
4 wird der Dampf auf einen Druck von etwa 5 ata entspannt. Außerdem sind zwei Entnahmen
5 und 6 vorgesehen, von denen aus eine Dampflieferung in ein Dampfnetz 7 erfolgt,
welches einen Druck von 12 ata aufweisen soll. Die Verbraucherleitung dieses Dampfnetzes
7 wird normalerweise aus mehreren Entnahmen, also beim dargestellten Fall aus
den
beiden Entnahmen 5 und 6, d. h. aus Trommel und Radraum versorgt.
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Bei höherer Turbinenlast hält der Entnahmedruckregler 8 das Regelventil
9 so in Drosselstellung, daß der Druck in der Leitung 7 auf dem gewünschten Sollwert
gehalten wird. Sinkt die Turbinenlast und reicht die Trommelentnahme zur Deckung
des Dampfbedarfes in der Verbraucherleitung nicht mehr aus, so schaltet sich der
Druckregler 8 auf das Regelventil 10 über.
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Das Ventil 9 wird dabei geschlossen. Ist auch das Ventil 10 ausgesteuert
und sinkt die Turbinenlast immer noch weiter ab, so wird die Armatur 11 in Tätigkeit
gesetzt. Hier handelt es sich um einen Dampfumform-Ejektor, der vom Regler 8 aus
gesteuert wird. Das Dampfumform-Ejektorventil setzt nun über die Leitung 12 Frischdampf
zu. Die Strömungsenergie des Frischdampfes bringt dabei einen gewissen Anteil Entnahmedampf
auch bei weiter absinkendem Entnahmedruck auf den Druck in der Verbraucherleitung7.
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In Figur 2 ist eine Ausführungsform eines Dampfumform-Ejektorventils
im Schnitt veranschaulicht. Der Frischdampf mit hohem Druck und hoher Temperatur
wird bei geöffnetem Ventilkegel 20 in der Düse 21 entspannt. Noch vor dem engsten
Düsenquerschnitt erfolgt am Ringschlitz 22 die Zuführung des erforderlichen Kühlwassers.
Das Kühlwasser wird in Richtung des Pfeiles 23 durch die Zuführungsleitung 24 in
einen Ringkanal 25 geleitet, welcher mit einem schmalen Schlitz in das Ventil dort
mündet, wo der
Düsenquerschnitt noch nicht die engste Abmessung
aufweist. An den Austritt der Entspannungsdüse schließt sich das Venturirohr 26
mit Fang-und Druckerhöhungsdüse an. Der auf höheren Druck zu bringende Dampf strömt
in Richtung des Pfeiles 27 zu.
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Er wird dem aus der Düse mit hoher Geschwindigkeit austretenden Frischdampf
am Eintritt der Fangdüse zugeführt. In der Venturidüse wird dann bei Rückbildung
der Strömungsenergie des Frischdampfes der zugeführte Dampf niederen Druckes auf
den gewünschten Verbraucherdruck gebracht.
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Die bisher bekannten Ejektoren werden durchweg mit einer konstanten
Frischdampfmenge betrieben, wobei die Dampfmengenregelung durch ein vorgeschaltetes
Drosselorgan erfolgt. Bei dem Dampfumform-Ejektorventil nach der Neuerung kommt
es aber demgegenüber darauf an, daß von der kleinsten bis jeweils auslegungsmäßig
größten Dampfmenge stets ein möglichst guter Wirkungsgrad erreicht wird. Dementsprechend
sieht die Erfindung, wie bereits oben geschildert, eine Vereinigung der Absperrung
des Frischdampfes mit der Frischdampfmengenregelung, der Kühlung und Entspannung
des Frischdampfes in der Frischdampfdüse vor. Bei dieser Ausführung herrscht vor
dem engsten Düsenquerschnitt immer der volle Frischdampfdruck. Somit bleibt auch
bei Änderung der Dampfmenge das Druckgefälle in der Düse und die Umsetzung in Strömungenergie
konstant. In Figur 3 ist eine verbesserte Ausführungsform der Neuerung
veranschaulicht.
In dieser und den folgenden Figuren sind in Übereinstimmung mit Figur 2 für gleiche
Teile weitgehend die gleichen Bezugszeichen verwendet. Wird die Ventilspindel 28
axial angehoben, so löst sich der Dichtring 29 vom Sitz 30. Es kann nun von oben
her einströmender Dampf über den Kühlwasseraustrittsschlitz 31 bis zur engsten Stelle
der Düse 32 gelangen. Auf dem letztgenannten Wege wird das Kühlwasser in höchst
vollkommener Weise aufgespaltet. Der Drosselkegel 20 bildet mit der erweiterten
Innenfläche 33 eine Ringdüse. Die Regelung der Dampfmenge wird durch Änderung des
engsten Drosselquerschnittes 32 bei axialer Bewegung der Ventilspindel 28 erreicht.
Vor dem engsten Düsenquerschnitt herrscht immer der volle Frischdampfdruck. Somit
bleibt auch bei Änderung der Dampfmenge das Druckgefälle in der Düse und die Umsetzung
in Strömungsenergie konstant.
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In Figur 4 ist eine Doppeldüsenanordnung veranschaulicht. Durch diese
Ausführung gelingt es, bereits für kleine Frischdampfmengen eine besonders günstige
Düsenform zu erreichen. Bei Axialbewegung der Ventilspindel 28 wird zunächst der
engste Querschnitt der Innendüse 34 freigegeben. Anschließend erfolgt die Freigabe
der Außendüse 35 bei Anschlag des Spindelringes 36 an die Begrenzungsmutter 37.
Hinsichtlich der Kühlung des Dampfes sind gegenüber dem in Figur 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel keine wesentlichen Änderungen vorhanden.
Die
beschriebenen Ringdüsen ändern ihre wirksamen Längen mit dem erforderlichen Hub
der Ventilspindel. Ein strömungstechnisch weniger günstiger Fall könnte allenfalls
nur dann eintreten, wenn-wie in Figur 2 dargestellt ist-die Unterkante des Ventilkegels
gerade eben den engsten Querschnitt der Düse freigibt. Es gibt aber eine Möglichkeit,
auch für diesen Fall eine strömungstechnisch günstige Lösung zu finden. Hierfür
ist in Figur 5 eine Ausführungsform veranschaulicht. Es handelt sich hierbei um
eine Doppeldüse mit rechteckiger Form, deren Grundriß in Figur 6 veranschaulicht
ist. Hier bleibt die Düsenlänge über den gesamten Dampfdurchsatzbereich gleich,
sodaß die Düse für jede sie durchsetzende Dampfmenge strömungstechnisch eine günstige
Form bildet. Die beweglichen Innenwände der beiden Düsen bilden die jeweils erforderliche
Düsenform. Bewegt sich die Ventilspindel 28 in axialer Richtung nach oben, so wird
auch hier zunächst der Dichtring 29 von der Dichtfläche 30 abgehoben.
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Die mit der Spindel verbundenen Gelenkhebel 38 und 39 bewegen gleichzeitig
die inneren verstellbaren Düsenbegrenzungsflächen 40 und 41.
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Zusammenfassend sei noch einmal darauf hingewiesen, daß das Dampfumform-Ejektorventil
nach der Neuerung in verschiedener Weise verwendet werden kann. So kann das Ventil
einmal als reines Dampfumformventil benutzt werden. Dies ist der Fall, wenn kein
aufzustockender Dampf anfällt und nur Frischdampf zu reduzieren und zu kühlen ist.
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Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht darin, daß das Dampfumform-Ejektorventil
nur als Reduzierventil arbeitet. Bei dieser Arbeitsweise ist ebenfalls kein aufzustockender
Dampf vorhanden. Die Frischdampftemperatur liegt so niedrig, daß keine Kühlung erforderlich
ist.
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Eine dritte Möglichkeit der Verwendung besteht darin, daß die Armatur
lediglich zur Kühlung des aufzustockenden Dampfes herangezogen wird. Der Druck des
sonst aufzustockenden Dampfes muß in diesem Falle jedoch so hoch sein, daß keine
Druckerhöhung durch Frischdampf nötig ist. Die Kühlung kann in der Weise erfolgen,
daß das Kühlwasser in Richtung des Pfeiles 23 durch die Zuführungsleitung 24 in
den Ringkanal 25 geleitet wird und die Vermischung zwischen Kühlwasser und Dampf
im Venturirohr 26 erfolgt.
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Die vorstehend aufgeführten Verwendungsfälle stellen der in Figur
1 dargestellte Druckregler 8 sowie der Temperaturregler 1 nach den erforderlichen
Betriebsverhältnissen selbsttätig her. 6 Schutzansprüche 6 Figuren