DE19719120A1 - Vorrichtung zur Kühlung von Heißdampf - Google Patents
Vorrichtung zur Kühlung von HeißdampfInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von durch eine
Rohrleitung strömendem Heißdampf, mit einem Heißdampf-Stellorgan und
einer axial in Strömungsrichtung nach vorn gerichteten Zweistoffdüse, die
koaxiale Wasser- und Treibdampfdüsen aufweist.
Derartige Kühlvorrichtungen dienen dazu, Heißdampf durch Einsprühen von
fein vernebeltem Wasser auf niedrigere Temperaturen zu bringen. Die hierzu
erforderliche gleichmäßige Zerstäubung des Wassers wird bei der
vorgenannten Ausführungsform durch eine Zweistoffdüse erreicht, die vor
einem Heißdampf-Stellorgan angeordnet ist, mit dem der Dampfstrom durch
die Rohrleitung einstellbar ist. Die Zweistoffdüse ist mit Wasser und
Treibdampf, der vom Heißdampf abgezweigt wird, beaufschlagbar, wobei die
koaxial ineinander angeordneten Düsenöffnungen für Wasser und Treibdampf
axial nach vorn in den Heißdampfstrom weisen und so zueinander
ausgerichtet sind, daß der Treibdampf das austretende Wasser vernebelt.
Um den Heißdampf definiert zu kühlen, d. h., ihn auf konstanter Temperatur
zu halten, ist es erforderlich, die zugeführte Kühlwassermenge auf den
jeweils vom Heißdampf-Stellorgan durchgelassenen Heißdampfstrom
abzustimmen. Bei den gattungsbildenden Vorrichtungen, die eine einzige,
meist zentral im Rohrquerschnitt angeordnete Zweistoffdüse aufweisen, wird
hierzu lediglich der Zufluß der Wasserdüse entsprechend reguliert.
Die Kühlvorrichtungen der vorbeschriebenen Art haben den Vorteil, daß sie
relativ unkompliziert und kompakt aufgebaut sind. Diese relativ
kostengünstige Konstruktion gewährleistet bei Vollast- bzw. im oberen
Teillastbetrieb eine gute Funktion, d. h. eine hinreichend gleichmäßige
Wasserzerstäubung. Wird allerdings eine solche, hinsichtlich der Bemessung
der Düsenquerschnitte auf Vollast ausgelegte Kühlstation im unteren
Teillastbereich auf Sattdampf gefahren, findet aufgrund der verringerten
Druckdifferenz an der Wasserdüse nur noch eine unzureichende Zerstäubung
bzw. Vernebelung des Kühlwassers auf. Neben der dadurch verschlechterten
Kühlwirkung kann dabei die Bildung von Wassertropfen auftreten, welche
z. B. eine Gefährdung von nachfolgenden Turbinenstufen mit sich bringt und
aus diesem Grunde unbedingt vermieden werden muß.
Um dieses Problem in den Griff zu bekommen und unter allen auftretenden
Betriebsbedingungen, also auch im unteren Teillastbereich, eine hinreichend
gleichmäßige Wasserzerstäubung zu erreichen, ist zwar in der
DE 43 13 115 C2 bereits eine Kühlvorrichtung vorgeschlagen worden, bei
der mehrere einzelne Wasserdüsen je nach dem benötigten Kühlwasserstrom
beaufschlagbar sind. Diese Konstruktion ist allerdings bereits durch die
Vielzahl der erforderlichen Wasserdüsen - in der Praxis sind etwa sechzehn
Düsen erforderlich - außerordentlich aufwendig und kompliziert in der
Herstellung und entsprechend teuer. Bedingt durch den radial zur Rohrleitung
verschiebbaren Steuerkolben ist diese Konstruktion relativ ausladend und
erfordert entsprechend viel Einbauraum. Trotz der dadurch erreichten,
prinzipbedingt außergewöhnlich hohen Funktions- und Betriebssicherheit
wird diese Bauform deswegen hauptsächlich für spezielle Anwendungen
eingesetzt, in denen die obengenannten Anordnungen mit nur einer
Zweistoffdüse wegen der geschilderten Nachteile von vornherein nicht in
Frage kommen. Dies führt dazu, daß bei Normalanwendungen, in denen
einfache Zweistoffdüsen nach wie vor zum Einsatz gelangen, bei
unvorhergesehenen Betriebsbedingungen ein unkalkulierbares Restrisiko
auftritt.
Ausgehend von dieser Problematik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabenstellung zugrunde, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, die bei
geringem Konstruktionsaufwand und kompaktem Aufbau - vergleichbar mit
den als Stand der Technik zugrunde gelegten Kühlvorrichtungen mit einer
Zweistoffdüse - eine möglichst hohe Funktions- und Betriebssicherheit - wie
die letztgenannten Mehrfach-Düsenanordnungen - gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß der
Austrittsquerschnitt der Wasserdüse durch einen axial verstellbaren
Steuerkolben veränderbar ist.
Gemäß der Erfindung ist bei einer Heißdampf-Kühlvorrichtung mit einer
Zweistoffdüse deren Wasserdüse mit einem als Steuerkolben ausgebildeten
Stell- bzw. Steuerorgan versehen. Eine Verstellung dieses Steuerkolbens
bewirkt eine Verkleinerung bzw. Vergrößerung des wirksamen
Düsenquerschnitts.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Austritts-, d. h.
Düsenquerschnitt problemlos an den in Abhängigkeit vom Heißdampfstrom
variablen Kühlwasserstrom anpaßbar ist. Unter Vollast wird dazu der
Steuerkolben in Öffnungsstellung zurückgefahren und der maximale
Düsenquerschnitt freigegeben. In dieser Einstellung arbeitet die
erfindungsgemäße Düse praktisch wie eine Wasserdüse gemäß dem
Oberbegriff mit unveränderbarem Querschnitt. Im unteren Teillastbereich, bei
dem im Stand der Technik die obengenannten Probleme auftreten, wird der
Düsenquerschnitt durch eine entsprechende Verstellung des Steuerkolbens
soweit verringert, daß trotz der reduzierten Wasserzufuhr an der
Düsenöffnung die für eine gleichmäßige und feine Vernebelung des Wassers
erforderliche Druckdifferenz herrscht. Auf diese Weise wird bei einer
Kühlvorrichtung mit einer einzigen Zweistoffdüse erstmalig eine
gleichbleibend hohe Funktions- und Betriebssicherheit über den gesamten
Lastbereich, der beispielsweise im Sattdampfbetrieb einen Kühlwasserstrom
von 0,5-10 t Wasser/h erfordern kann, gewährleistet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Konstruktion,
Herstellung und Installation einen relativ geringen Aufwand erfordern.
Verglichen mit den bereits genannten Mehrfach-Düsenanordnungen ist die
erfindungsgemäße Vorrichtung bei vergleichbaren günstigen Eigenschaften
jedenfalls erheblich einfacher aufgebaut, kompakter und kostengünstiger.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das
Heißdampf-Stellorgan eine axial bewegliche Stellspindel aufweist, die an den
Steuerkolben ankoppelbar ist. Das Heißdampf-Stellorgan wird dabei im
wesentlichen durch eine koaxial in den Rohrquerschnitt ragende Sitzbuchse
mit radialen Heißdampf-Einlaßöffnungen gebildet, in welcher die rohrförmige
Stellspindel axial verschieblich gelagert ist. Indem diese beispielsweise nach
hinten verschoben wird, werden nacheinander die
Heißdampf-Durchtrittsöffnungen freigegeben und auf diese Weise der
Heißdampfstrom hochgefahren.
In der vorgenannten Ausführungsform steht die Stellspindel mit dem
Steuerkolben der Wasserdüse praktisch in unmittelbarer Wirkverbindung.
Durch die nunmehr gekoppelte Bewegung wird die Wasserdüse in
Öffnungsstellung der Stellspindel ebenfalls vollständig geöffnet, während die
in Drosselstellung verschobene Stellspindel den Steuerkolben ebenfalls in
Drosselstellung bewegt. Auf diese Weise wird der Düsenquerschnitt der
Wasserdüse über den gesamten Lastbereich automatisch optimal auf den
Dampfstrom eingestellt. Bei alledem kann die technische Realisierung
ausgesprochen einfach erfolgen, da die Stellspindel und der Steuerkolben auf
der Rohrachse hintereinander liegend angeordnet werden können und sich
eine Montage des Düsenstocks direkt auf der Sitzbuchse der Stellspindel
anbietet.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der vorgenannten
Ausführungsform sieht vor, daß die Stellspindel erst kurz vor Erreichen des
drosselseitigen Endes des Verstellwegs am Steuerkolben angreift und diesen
in Drosselstellung bewegt. Ausgehend von der Erkenntnis, daß praktisch
ausschließlich im unteren Lastbereich ein kritischer Bereich auftritt, in dem
die Dampfströmung für eine ausreichende Vernebelung zu gering ist, schlägt
diese Weiterbildung der Erfindung eine diskontinuierliche Ansteuerung des
Steuerkolbens der Wasserdüse vor. Der Steuerkolben wird dabei im mittleren
und oberen Lastbereich bei einer Verstellung der Stellspindel nicht bewegt.
Erst im unteren Lastbereich, beispielsweise im Teillastbereich bis 20% der
Vollast, gelangt die Stellspindel in Wirkverbindung mit dem Steuerkolben und
schiebt diesen beim weiteren Schließen in Drosselstellung. Der besondere
Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß der Verstellbereich der
Wasserdüse relativ klein ausfallen kann und deswegen eine besonders
einfache und kostengünstige Konstruktion möglich ist. Die Funktions- und
Betriebssicherheit der Kühlvorrichtung wird hingegen nicht beeinträchtigt.
Bei einer vorteilhaften praktischen Realisierung der Erfindung weist der
Steuerkolben einen Schaft auf, der axial aus dem Düsenstock herausgeführt
ist und das Heißdampf-Stellorgan weist Mittel auf, die axial gegen den
Schaft bewegbar sind. Über den Schaft, der beispielsweise nach hinten
abgedichtet aus dem Düsengehäuse herausgeführt ist, kann der
Steuerkolben unmittelbar betätigt werden. Das Heißdampf-Stellorgan,
beispielsweise eine längs verschiebliche Stellspindel, ist an seinem vorderen
Ende mit einem Zapfen oder dergleichen versehen, der an den Schaft
ankoppelbar ist. Bei dieser Ausführungsform läßt sich eine diskontinuierliche
Wirkverbindung besonders einfach dadurch bewerkstelligen, daß der Zapfen
der Stellspindel erst im letzten Abschnitt des drosselseitigen Verstellwegs
gegen das Ende des Schafts fährt und diesen bei einer weiteren Drosselung
des Heißdampfs ebenfalls in Drosselstellung verschiebt.
Ein besonders kompakter Aufbau wird dadurch erreicht, daß der Düsenstock
axial auf dem vorderen Ende der Sitzbuchse der Stellspindel angebracht ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der
Steuerkolben in Öffnungsstellung axial federbelastet ist. Durch ein
Federpaket, beispielsweise ein Tellerfederpaket, wird der Steuerkolben in
unbetätigtem Zustand gegen einen Anschlag im Düsenstock gespannt. Auf
diese Weise wird eine Sicherheits-Schnellöffnung realisiert, für den Fall, daß
die Betätigungseinrichtungen des Steuerkolbens ausfallen sollten. Außerdem
ist diese Ausbildung zur Umsetzung einer diskontinuierlichen Wirkverbindung
besonders geeignet, da der Steuerkolben durch die Federn von selbst in
Öffnungsstellung gehalten wird, solange die Stellspindel - im mittleren und
oberen Lastbereich - nicht am Steuerkolben angreift.
Zweckmäßigerweise verjüngt sich der Querschnitt der Wasserdüse nach
vorn zur Düsenöffnung hin, wobei der zylindrische Steuerkolben koaxial im
Düsenstock axial verschiebbar gelagert ist. Die Abmessungen von
Wasserdüse und Steuerkolben sollten dabei so abgestimmt sein, daß
zwischen dem Steuerkolben und der Düsenwandungen als Düsenöffnung
lediglich ein schmaler Ringspalt verbleibt, dessen Querschnitt zu bemessen
ist, daß selbst bei der minimalen zugeführten Wassermenge eine für die
Vernebelung ausreichende Strömungsgeschwindigkeit auftritt.
Vorzugsweise ist die Dampfdüse als die Wasserdüse koaxial umgebende
Ringdüse ausgebildet. Die Vernebelung erfolgt dabei besonders effektiv,
wenn die Dampfdüse einen Drallkörper mit tangential zu einer Schraubenlinie
verlaufenden Drallkanälen aufweist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt hierzu einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Kühlvorrichtung, in der diese als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 versehen
ist. In der unteren Hälfte ist diese in Drosselstellung dargestellt, während die
obere Hälfte gestrichelt eingezeichnet die Öffnungsstellung zeigt.
Die Kühlvorrichtung 1 weist eine Zweistoffdüse 2 mit einem Düsenstock 3
auf, die koaxial nach vorn gerichtet, d. h. in die mit dem Pfeil angedeutete
Strömungsrichtung des Heißdampfs, zentral in einer im einzelnen nicht
dargestellten Heißdampf-Rohrleitung angeordnet ist. Im Düsenstock 3
befindet sich eine als Ringdüse ausgebildete Dampfdüse 4, die koaxial eine
zentrale Wasserdüse 5 umgibt. Über Zuleitungen 4a und 5a sind die
vorgenannten Düsen 4 und 5 mit Treibdampf bzw. Wasser beaufschlagbar.
Im Innern der nach vorn zum Düsenauslaß konisch zulaufenden
Wasserdüse 5 ist ein zylindrischer Steuerkolben 6 axial verschieblich
gelagert, an dem hinten ein Schaft 7 angeschlossen ist, der axial
verschieblich abgedichtet nach hinten aus dem Düsenstock 3 herausgeführt
ist. Mittels eines Tellerfederpakets 8, welches zwischen einem Absatz im
Düsenstock 3 und einem Vorsprung am Steuerkolben 6 eingesetzt ist, wird
der Steuerkolben 6 im unbetätigten Zustand in seiner in der oberen
Zeichnungshälfte angedeutete Ruhestellung gehalten, in welcher der
Durchtrittsquerschnitt der Wasserdüse 5 maximal geöffnet ist.
Die Zweistoffdüse 2, d. h. deren Düsenstock 3, ist auf dem vorderen Ende
einer Sitzbuchse 9 angebracht, die mit Heißdampf beaufschlagbar ist und
radiale Heißdampf-Durchtrittsöffnungen 9a aufweist. In dieser Sitzbuchse 9
ist eine rohrförmige Stellspindel 10 derart längsverschieblich gelagert, daß
bei einer Verschiebung nach hinten, d. h. in der Zeichnung nach rechts, die
Heißdampf-Durchtrittsöffnungen 9a nacheinander freigegeben werden und
auf diese Weise der Dampfstrom einstellbar ist.
An der Stellspindel 10 ist ein zentraler Betätigungszapfen 11 angebracht, der
mit dem Schaft 7 des Steuerkolbens 6 fluchtet. Dieser Zapfen 11 ist so
bemessen, daß, wenn die Stellspindel 10 in Drosselstellung, d. h. in der
Zeichnung nach links, bewegt wird, er im Bereich der letzten 20% des
Verstellwegs gegen den Schaft 7 anschlägt und bei einer weiteren
Drosselung diesen und damit dem Steuerkolben 6 entgegen der
Vorspannung des Federpakets 8 in Drosselstellung schiebt, wie dies in der
unteren Hälfte der Zeichnung dargestellt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert wie folgt:
Bei Vollast oder oberer Teillast, in der die Stellspindel 10 in der Sitzbuchse 9 nach hinten, d. h. in der Zeichnung nach rechts, zurückgezogen ist und die Mehrzahl der Heißdampf-Durchtrittsöffnungen 9a freigibt, wird der Steuerkolben 6 mittels des Tellerfederpakets 8 in seiner Öffnungsstellung gehalten, wie dies in der oberen Zeichnungshälfte dargestellt ist. In dieser Stellung ist der maximale Durchtrittsquerschnitt der Wasserdüse 5 freigegeben. Aufgrund des in diesem Betriebszustand herrschenden starken Dampfstroms ist eine hinreichend feine Vernebelung der gesamten Wassermenge gewährleistet.
Bei Vollast oder oberer Teillast, in der die Stellspindel 10 in der Sitzbuchse 9 nach hinten, d. h. in der Zeichnung nach rechts, zurückgezogen ist und die Mehrzahl der Heißdampf-Durchtrittsöffnungen 9a freigibt, wird der Steuerkolben 6 mittels des Tellerfederpakets 8 in seiner Öffnungsstellung gehalten, wie dies in der oberen Zeichnungshälfte dargestellt ist. In dieser Stellung ist der maximale Durchtrittsquerschnitt der Wasserdüse 5 freigegeben. Aufgrund des in diesem Betriebszustand herrschenden starken Dampfstroms ist eine hinreichend feine Vernebelung der gesamten Wassermenge gewährleistet.
Wird die Stellspindel 10 in Drosselstellung bewegt, d. h. nach vorn - also in
der Zeichnung nach links - setzt der Zapfen 11 im unteren Teillastbereich,
beispielsweise etwa bei 20% des Verstellwegs, auf den Schaft 7 des
Steuerkolbens 6 auf. Bei einer weiteren Drosselung, d. h. Betätigung der
Stellspindel 10, wird nunmehr der Steuerkolben 6 ebenfalls in
Drosselstellung bewegt, wie dies in der unteren Zeichnungshälfte dargestellt
ist. Im maximal gedrosseltem Zustand verbleibt zwischen dem
Steuerkolben 6 und der vorderen Düsenöffnung der Wasserdüse 5 lediglich
ein schmaler Ringspalt, so daß auch eine geringere zuströmende
Wassermenge eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit erhält und
zuverlässig vernebelt wird.
Die erfindungsgemäße Zweistoffdüse 2 ist relativ einfach und
ausgesprochen kompakt aufgebaut. Durch die Ankopplung des
Steuerkolbens 6 an die Stellspindel 10 über die diskontinuierliche
Wirkverbindung, bei welcher der Zapfen 11 nur im letzten Teil des
Drosselbereichs am Schaft 7 angreift, werden günstige
Betriebseigenschaften bei kleinen Abmessungen erreicht.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Kühlung von durch eine Rohrleitung
strömendem Heißdampf, mit einem Heißdampf-Stellorgan und einer axial in
Strömungsrichtung nach vorn gerichteten Zweistoffdüse, die koaxiale
Wasser- und Treibdampfdüsen aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Austrittsquerschnitt der Wasserdüse (5) durch einen axial
verstellbaren Steuerkolben (6) veränderbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Heißdampf-Stellorgan eine axial bewegliche Stellspindel (10)
aufweist, die an den Steuerkolben (6) ankoppelbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellspindel (10) erst kurz vor Erreichen des drosselseitigen Endes
des Verstellwegs am Steuerkolben (6) angreift und diesen in Drosselstellung
bewegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerkolben (6) einen Schaft (7) aufweist, der axial aus dem
Düsenstock (3) herausgeführt ist und das Heißdampf-Stellorgan (10)
Mittel (11) aufweist, die axial gegen den Schaft (7) bewegbar sind.
5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (6) in Öffnungsstellung federbelastet
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt der Wasserdüse (5) sich nach vorn zur Düsenöffnung
konisch verjüngt, wobei der zylindrische Steuerkolben (6) koaxial im
Düsenstock (3) axial verschiebbar gelagert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dampfdüse (4) als die Wasserdüse (5) koaxial umgebende Ringdüse
ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dampfdüse (4) einen Drallkörper mit tangential zu einer
Schraubenlinie verlaufenden Drallkanälen aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Düsenstock (3) auf der Sitzbuchse (9) der Stellspindel (10)
angebracht ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997119120 DE19719120C2 (de) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | Vorrichtung zur Kühlung von Heißdampf |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19719120A1 true DE19719120A1 (de) | 1998-11-12 |
DE19719120C2 DE19719120C2 (de) | 2000-10-12 |
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ID=7828781
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1997119120 Expired - Fee Related DE19719120C2 (de) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | Vorrichtung zur Kühlung von Heißdampf |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19719120C2 (de) |
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