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Die
Erfindung betrifft ein Ventil für
eine Heißdampf-Umformstation
mit einem Ventilgehäuse,
das einen Einlaß-
und einen Auslaßstutzen
aufweist und mit einem Ventilsitz versehen ist, der mit einem Verschlußglied zusammenwirkt,
welches über
eine Betätigungsstange
relativ zu dem Ventilsitz aus einer abdichtenden Schließstellung
in eine Offenstellung und umgekehrt bewegbar ist, wobei Verschlußglied und Ventilgehäuse ausgangsseitig
so geformt sind, daß sie
eine Kammer bilden, die beim Öffnen
des Verschlußglieds
zum Auslaßstutzen
hin zunächst
nicht oder nicht vollständig
geöffnet
wird und von der ein Dampfabzweigkanal abgeht, welcher im Auslaßstutzen
im Austrittsbereich einer Wassereinspritzeinrichtung mündet.
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Ein
Ventil der vorgenannten Art ist in der
DE 42 33 592 A1 beschrieben,
und zwar in
4 dieses Dokuments. Das
Ventil hat ein Ventilgehäuse
mit eine Mittelteil, einem untenseitigen, vertikal ausgerichteten
Einlaßstutzen
und einem seitlichen, horizontal weggehenden Auslaßstutzen.
Das Ende des obere Einlaßstutzens
wird von einem Ventilsitz gebildet, dem ein Verschlußglied zugeordnet
ist. Das Verschlußglied
ist am unteren Ende einer vertikal beweglich geführten Betätigungsstange angebracht. Über die
Betätigungsstange
kann das Verschlußglied zum Öffnen von
dem Ventilsitz abgehoben oder zum Schließen auf diesen abgesenkt werden.
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An
der Auslaßseite
des Ventilsitzes bilden Verschlußglied und Ventilgehäuse eine
Ringkammer. Die Formgebung von Verschlußglied und Ventilgehäuse ist
so beschaffen, daß die
Kammer beim Anheben des Verschlußglieds vom Ventilsitz zunächst nicht
oder nicht vollständig
geöffnet
wird, so daß in der
Kammer ein höherer
Druck entsteht als im Auslaßstutzen.
Von der Ringkammer geht ein Dampfabzweigkanal aus, der durch das
Ventilgehäuse
nach außen
und sich dort in einer außen
um das Ventilgehäuse
herumgeführten
Rohrleitung fortgesetzt. Der Dampfabzweigkanal mündet in einer Ausströmöffnung im
Auftrittsstutzen, und zwar vor der Austrittsöffnung einer Wassereinspritzeinrichtung.
Mit Hilfe der Wassereinspritzeinrichtung kann Kühlwasser zwecks Dampfkühlung während der Öffnungsphase des
Ventils eingespritzt werden. Es wird dabei von dem aus dem Dampfabzweigkanal
kommenden Dampf zerstäubt.
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Nachteilig
bei dieser Lösung
ist, daß der Dampfabzweigkanal
teilweise außerhalb
des Ventilgehäuses
verläuft.
Es besteht die Gefahr der Beschädigung
und von Kondensateinschlüssen.
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Eine
dazu alternative Lösung
offenbaren die
7 und
8 der
DE 42 33 592 A1 .
Bei dieser Ausführungsform
weist die Betätigungsstange
des Verschlußgliedes
einen Regelkolben auf, der dazu dient, in Abhängigkeit vom Hub des Verschlußgliedes
Austrittsbohrungen zum Ausströmen
des Wasserdampfes in einen Ringraum freizugeben, der Verbindung zum
Auslaßstutzen
hat. Der Regelkolben ist von axial verlaufenden Bohrungen durchsetzt, über die
beim Öffnen
des Verschlußgliedes
Wasserdampf in eine über
dem Regelkolben liegende Ringkammer strömen kann, von der Radialbohrungen
in einen Ringkanal gehen, der zu einem auslaßseitigen Ringraum um den Regelkolben
hin düsenartig
offen ist. In die düsenartigen Öffnungen
kann über
entsprechende Kanäle
Wasser eingespritzt werden.
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Diese
Lösung
hat den Vorteil einer internen Führung
des zu der Wassereinspritzeinrichtung abgezweigten Dampfes. Nachteilig
ist jedoch, daß das Wasser/Dampfgemisch
an einer ungünstigen
Stelle ausströmt.
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In
der
DE 37 20 918 C1 ist
ein Ventil für
eine Heißdampf-Umformstation offenbart,
bei dem der Dampfabzweigkanal Eintrittsöffnungen im Verschlußglied hat.
Der Dampfabzweigkanal geht dann in einen zentralen rohrförmigen Einsatz über, der
auf den Auslaß des
Ventil gerichtet ist und dort zentral über ringförmig angeordnete Bohrungen
mündet.
Im Bereich dieser Bohrungen befindet sich auch eine Wassereinspritzeinrichtung,
die durch einen sich quer über
die Hälfte
des Auslasses erstreckenden Kanal gespeist wird. Diese Lösung ist
außerordentlich
kompliziert und hat strömungstechnische
Nachteile, weil der Auslaß stark
verbaut ist.
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Im
Stand der Technik ist des weiteren ein Ventil bekannt (
DE 32 27 317 A1 ), bei dem
die Strömungsrichtung
umgekehrt ist und demgemäß das Verschlußglied gegen
die Strömungsrichtung
geöffnet
wird. Hierdurch erhält
der einströmende
Dampf Zugang zu einem Dampfabzweigkanal, der über Radialbohrungen das Verschlußglied und über eine
Axialbohrung die Bestätigungsstange
durchsetzt. Die Axialbohrung mündet
in einem Auslaßstutzen,
an den eine zu einem Kühler
gehende Leitung angeschlossen werden kann.
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Dieses
Ventil hat nicht nur die in der
DE 42 33 592 A1 aufgeführten, sondern auch die schon oben
angegebenen Nachteile. Sie rühren
daher, daß auch
hier der Dampfabzweigkanal teilweise außerhalb des Ventilgehäuses verläuft und
damit eine Gefahrenquelle darstellt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten
Art so zu gestalten, daß der
Dampfabzweigkanal geschützt
ist und eine gleichmäßigere Zerstäubung des
Kühlwassers erreicht
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß der
Dampfabzweigkanal wenigstens eine Eintrittsöffnung im Verschlußglied hat
und von dort durch die Betätigungsstange
bis in einen abgedichteten Übergaberaum
zwischen Betätigungsstange
und Ventilgehäuse
verläuft,
von dem wenigstens eine Gehäusebohrung
bis zu dem Mündungsbereich
der Wassereinspritzeinrichtung geht.
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Grundgedanke
der Erfindung ist es, den in der Kammer abgezweigten Dampf über die
Betätigungsstange
und Gehäusebohrungen
bis in den Auslaßstutzen
zu leiten. Auf diese Weise können
außenliegende
Dampfabzweigleitungen vermieden werden.
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In
Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kammer als eine das Verschlußglied umgebende
Ringkammer ausgebildet ist, welche in Schließstellung auslaßseitig
von Ringstegen an Ventilgehäuse
und/oder Verschlußglied
begrenzt wird. Durch entsprechende Formgebung des Ringstegs bzw.
der Ringstege kann das Öffnungsverhalten
und hier insbesondere der Druckabfall zwischen Kammer und Auslaßstutzen
eingestellt werden.
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Der
Teil des Dampfabzweigkanals, der in der Betätigungsstange verläuft, ist
zweckmäßigerweise als
Axialbohrung ausgebildet, die über
wenigstens eine Radialbohrung, vorzugsweise mehrere solcher Bohrungen,
mit der Kammer verbunden ist. Dabei sollte(n) die Radialbohrung(en)
nach unten geneigt sein und von dem unteren Ende der Axialbohrung ausgehen,
damit die Axialbohrung bei geschlossenem Ventil sich selbst entwässert.
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Der Übergaberaum
ist zweckmäßigerweise als
ein die Betätigungsstange
umgebender Ringraum ausgebildet. Dabei kann die Axialbohrung über wenigstens
eine Radialbohrung mit dem Ringraum verbunden sein.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgeschlagen, daß der letzte
Abschnitt des Dampfabzweigkanals im Auslaßstut zen als Ringraum mit mehreren
Ausströmöffnungen
ausgebildet ist und die Wassereinspritzeinrichtung mehrere Austrittsöffnungen
aufweist, welche im Bereich der Ausströmöffnungen liegen. Auf diese
Weise wird eine sehr gleichmäßige und
damit Wärmespannungen weitgehend
vermeidende Abkühlung
des Dampfs im Auslaßstutzen
erreicht. Die Ausströmöffnungen
sollten parallel zur oder schräg
in Richtung auf die Achse des Auslaßstutzens und die Auslaßöffnungen
im Winkel dazu münden.
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Der
Ringraum kann von einem in den Auslaßstutzen eingesetzten Ringelement
und der Innenwand des Auslaßstutzens
gebildet sein. Die Austrittsöffnung(en)
der Wassereinspritzeinrichtung kann bzw. können in einer in den Auslaßstutzen
eingesetzten Ringblende sitzen, die zusammen mit dem Ringelement
einen Ausströmspalt
bilden, in dem einerseits der abgezweigte Dampf und andererseits
das Kühlwasser
aufeinandertreffen. Die Wassereinspritzeinrichtung bzw. deren Zuführrohre
sollten bis in die Ringblende hineinragen, um auf diese Weise eine formschlüssige Verbindung
herzustellen und damit die Ringblende und das Ringelement zu sichern.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ringraum
im unteren Bereich Entwässerungsbohrungen
aufweist. Ferner sollte von der Kammer eine Entwässerungsbohrung ausgehen, die
in Richtung auf den Auslaßstutzen mündet. Beide
Maßnahmen
dienen dazu, die selbsttätige
Entwässerung
in dem Auslaßstutzen
zu bewirken.
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In
der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
näher veranschaulicht.
Es zeigen:
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1 einen
Vertikalschnitt durch das erfindungsgemäße Ventil;
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2 einen
Querschnitt durch den Auslaßstutzen
des Ventils gemäß 1 in
der Ebene A-A;
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3 einen
vergrößerten Vertikalschnitt durch
einen Teil des Auslaßstutzens.
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Das
in den Figuren dargestellte Ventil 1 hat ein Ventilgehäuse 2,
zu dem ein bauchig ausgebildetes Mittelteil 3, ein sich
an dieses nach unten anschließender
Einlaßstutzen 4 und
ein das Mittelteil 3 nach rechts fortsetzender Auslaßstutzen 5 gehören. Der
Einlaßstutzen 4 ist
nur teilweise dargestellt. Die Fließrichtung des Dampfes ist durch
die Pfeile B und C verdeutlicht.
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Im
oberen Bereich des Einlaßstutzens 4 ist ein
Ringeinsatz 6 über
ein Gewinde 7 eingeschraubt. Am unteren Ende ist der Ringeinsatz 6 über eine Schweißnaht 8 mit
dem Einlaßstutzen 4 verschweißt. In den
oberen Bereich des Ringeinsatzes 6 ist ein Ventilsitzeinsatz 9 eingeschraubt.
Er ist über
eine Schweißnaht 10 an
dem Ringeinsatz 6 fixiert. Der Ventilsitzeinsatz 9 hat
innenseitig im oberen Bereich einen kegelstumpfförmigen Ventilsitz 11.
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Von
oben ragt in den Ringeinsatz 6 und den Ventilsitzeinsatz 9 ein
Verschlußglied 12 hinein.
Das Verschlußglied 12 ist
am unteren Ende einer Ventilstange 13 angeformt, die an
ihrem oberen Ende ein Anschlußstück 14 aufweist. Über dieses
Anschlußstück 14 kann
die Ventilstange 13 mit einem üblichen Antrieb verbunden werden,
der hier nicht dargestellt ist.
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Das
Verschlußglied 12 weist
einen radial vorspringenden Außenringsteg 15 auf.
Er korrespondiert mit einem Innenringsteg 16, welcher Teil
des Ringeinsatzes 6 ist. In der gezeigten geschlossenen
Stellung des Verschlußglieds 12 stehen
sich Außenringsteg 15 und
Innenringsteg 16 gegenüber
und lassen nur einen kleinen Ringspalt frei. Auf diese Weise wird unterhalb
von Außenringsteg 15 und
Innenringsteg 16 eine Ringkammer 17 gebildet.
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Das
Mittelteil 3 weist nach oben hin eine Öffnung auf, in die ein zum
Ventilgehäuse 2 gehörender Führungseinsatz 18 eingesetzt
ist. Von außen
ist über
den Führungseinsatz 18 ein
Führungsgehäuse 19 gestülpt, das
sich auf dem Führungseinsatz 18 abstützt und über Spannschrauben 20, 21 – hier nur durch
strichpunktierte Linien angedeutet – mit dem Mittelteil 3 derart
verspannt ist, daß der
Führungseinsatz 18 gegen
das Mittelteil 3 gepreßt
wird.
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Die
Ventilstange 13 durchsetzt sowohl den Führungseinsatz 18 als
auch das Führungsgehäuse 19.
Im unteren Bereich weist der Führungseinsatz 18 einen
Labyrinthdichtungseinsatz 22 auf. Darüber befindet sich ein ringförmiger Übergaberaum 23.
Er wird obenseitig durch eine Stopfbuchsendichtung 24 begrenzt,
welche durch eine Stopfbuchsenbrille 25 unter Vorspannung
gehalten wird. Nach oben hin durchläuft die Ventilstange 13 noch
eine Führungsbuchse 26 innerhalb
des Führungsgehäuses 19.
An die Unterseite des Führungseinsatzes 18 ist
zusätzlich
ein Schalldämpfzylinder 27 angeschweißt, der
im unteren Bereich durch den Außenumfang
des Ringeinsatzes 6 geführt
wird.
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In
der Ventilstange 13 verläuft eine Axialbohrung 28,
die bis in das Verschlußglied 12 hineinreicht. Dort
gehen von der Axialbohrung 28 strahlenförmig und – aus Gründen der Kondensatabfuhr – leicht
abwärts
geneigte Radialbohrungen – beispielhaft
mit 29 bezeichnet – aus,
die eine Verbindung zwischen der Ringkammer 17 und der
Axialbohrung 28 herstellen. Im oberen Bereich gehen von
der Axialbohrung 28 ebenfalls strahlenförmig Radialbohrungen – beispielhaft
mit 30 bezeichnet – aus,
welche in den Übergaberaum 23 münden. Von
dem Übergaberaum 23 setzen
sich ansteigende Schrägbohrungen 31, 32 fort, die
den Übergaberaum 23 mit
einem Ringraum 33 verbinden. Dieser Ringraum 33 ist
durch Einfräsungen
in die Außenseite
des Führungseinsatzes 18 und die
Innenseite des Mittelteils 3 gebildet.
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Im
Bereich des Auslaßstutzens 5 gehen mehrere
abwärts
gerichtete Schrägbohrungen 34 von
dem Ringraum 33 bis zur Innenwand des Auslaßstutzens 5,
und zwar in dessen oberen Bereich. Dort befindet sich ein Ringelement 35,
dessen genaue Formgebung sich besser aus 3 ersehen läßt. Es schließt einen
Ringraum 36 ein, in den die Schrägbohrungen 34 münden. Das
Ringelement 35 weist nach außen hin einen Fußabschnitt 37 auf,
mit dem es in eine Erweiterung des Auslaßstutzens 5 einfaßt. Innenseitig
setzt sich das Ringelement 35 in einem Ringvorsprung 38 fort.
Fußabschnitt 37 und Ringvorsprung 38 bilden
eine axial ausgerichtete Ringnut, in die eine Ringblende 39 einfaßt. Die
Ringblende 39 sitzt auf einem Zylinderring 40 und
ist mit diesem über
eine Schweißnaht 41 verbunden.
Der Zylinderring 40 ist an der Innenwand des Auslaßstutzens 5 ebenfalls über eine
Schweißnaht 42 befestigt. Dabei
wird von Zylinderring 40 und Ringblende 39 ein weiterer
Ringraum 43 eingeschlossen.
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In
diesen Ringraum 43 münden – wie insbesondere 2 zeigt – zwei Stutzen 44, 45,
die jeweils über
ein Dehnringelement 46, 47 mit der Außenseite des
Auslaßstutzens 5 verschweißt sind.
Die Stutzen 44, 45 ragen bis in den Zylinderring 40 hinein,
um auf diese Weise eine formschlüssige
Verbindung mit diesem herzustellen.
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Die
Ringblende 39 weist im Bereich der Stutzen 44, 45 über den
Umfang verteilt Austrittsbohrungen 48 auf. über diese
Austrittsbohrungen 48 kann Kühlwasser (Pfeil D) in den Auslaßstutzen 5 einströmen. In
der Verbindung zwischen Fußabschnitt 37 und
Ringvorsprung 38 des Ringelements 34 sind über den
Umfang verteilt Axialbohrungen 49 vorgesehen.
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Für die Entwässerung
der Ringkammer 17 ist eine Horizontalbohrung 50,
die in Richtung auf den Auslaßstutzen 5 geht,
vorgesehen. Ebenfalls zur Entwässerung
weist das Ringelement 35 eine Horizontalnut 51 auf.
Entsprechende Horizontalnuten 52, 53 befinden
sich an der Unterseite des Fußabschnitts 37 und
des Zylinderrings 40, die gleichfalls für eine Entwässerung sorgen.
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Beim
Anheben des Verschlußglieds 12 strömt Dampf
in Richtung des Pfeils B von dem Einlaßstutzen 4 in die
Ringkammer 17. Dabei öffnet
sich zunächst
der Ringspalt zwischen Außenringsteg 15 und
Innenringsteg 16 nur wenig, so daß der dortige Ringspalt als
Drossel wirkt und somit der Druck auslaßseitig geringer ist als in
der Ringkammer 17. Ein Teil des in die Ringkammer 17 einströmenden Dampfs
strömt
dann über
einen Abzweigkanal bis in den Auslaßstutzen 5. Dieser
Abzweigkanal wird gebildet von den unteren Radialbohrungen 29,
der Axialbohrung 28, den oberen Radialbohrungen 30,
dem Übergaberaum 23,
den Schrägbohrungen 31, 32, dem
Ringraum 33, den Schrägbohrungen 34,
dem Ringraum 36 und den Axialbohrungen 49. Der
abgezweigte Dampf durchströmt
diese Abschnitte und tritt dann über
die Axialbohrungen 49 in einen Ringspalt 54 zwischen
Ringvorsprung 38 und Ringblende 39 aus. Er zerstäubt dabei
das aus den Austrittsbohrungen 48 ausströmende Kühlwasser
und sorgt deshalb für
eine homogene Temperaturverteilung.