DE19830244C2 - Einspritzkühler zur Temperaturregelung von überhitztem Dampf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einspritzkühler zur Temperaturregelung von überhitztem Dampf mit einer an einem Dampfrohr festlegbaren Kühlwasser-Zuführarmatur und einem davon abgehenden und in das Dampfrohr hineinragenden Düsenrohr, wobei die Zuführarmatur ein den Wasserdruck im Düsenrohr einstellendes Regelventil aufweist und das Düsenrohr mit mindestens einer sich in Abhängigkeit vom Wasser- und Dampfdruck einstellenden Düse ausgestattet ist.

Derartig aufgebaute Einspritzkühler sind aus der WO 98/08025 A1 und der DE 43 05 116 A1 bekannt geworden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Alternative zum Stand der Technik, mit kompakter Einspritzkühlerbauweise und optimaler Kühlwasser- und Dampfdruckregelung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die sich daran anschließenden Unteransprüche beinhalten Gestaltungsmerkmale, die vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen der Aufgabenlösung darstellen.

Der Einspritzkühler gemäß der Erfindung besitzt eine Wasser- Zuführarmatur mit integriertem Kühlwasser-Regelventil und ein sich an die Zuführarmatur anschließendes, eine oder mehrere Düsen aufweisendes, in das Dampfrohr hineinragendes Düsenrohr.

Diese Düsen sind einfach aufgebaut und arbeiten störungsfrei mit einem federbelasteten Düsenstift mit Kegelspitze, welche mit einem Ausspritzloch zusammenwirkt. Die wirksame Kegelspitzen- Ausspritzlochfläche zur Beaufschlagung mit Kühlwasser wirkt der Feder entgegen und gleichzeitig den auf die andere, eine Kolbenfläche bildende und vom Dampfdruck beaufschlagte Düsenstift- Stirnseite.

Es ist bevorzugt, die Düsen mit unterschiedlichen Öffnungsdrücken auszustatten, so daß je nach Dampfdruck im Dampfrohr und entgegenwirkendem Kühlwasserdruck eine oder mehrere Düsen geöffnet werden. Aufgrund dieser Düsen und der Druckverhältnisse zwischen Kühlwasser, Düsen- und Dampfdruck ist ein optimales Aussprühen, d. h. ein tropfenfreies Aussprühen des Kühlwassers für die Temperaturregelung des überhitzten Dampfes erreicht worden. Das Regelventil kann einstufig ausgeführt sein, da immer ausreichend Gegendruck im System vorhanden ist.

Anhand der Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen in ein Dampfrohr eingesetzten Einspritzkühler mit integriertem Regelventil und mehreren am Düsenrohr vorgesehenen Düsen,

Fig. 2 einen Längsschnitt in vergrößerter Darstellung einer Düse.

Der Einspritzkühler zur Temperaturregelung von überhitztem Dampf weist eine an einem Dampfrohr (1) festlegbare, wie anflanschbare, Kühlwasser-Zuführarmtur (2) und ein davon abgehendes und in das Dampfrohr (1) hineinragendes Düsenrohr (3) auf.

Die Zuführarmatur (2) weist ein den Wasserdruck im Düsenrohr (3) einstellendes Regelventil (4) auf und das Düsenrohr (3) ist mit mindestens einer sich in Abhängigkeit vom Wasser- und Dampfdruck (P2, P1) einstellenden Düse (5) ausgestattet.

Das Regelventil (4) ist einstufig ausgebildet und hat eine in Längsrichtung des Düsenrohres (3) stufenlos verschiebbare Verstellstange (4a) mit einem Drosselkörper (4b), welcher mit einem in Wasser-Zuführrichtung (Z) hinter dem Wasser- Eintrittskanal (6) der Zuführarmatur (2) liegenden Durchflußkanal (7) zusammenwirkt.

Der Durchflußkanal (7) des Regelventiles (4) ist im Querschnitt kleiner als der Innenquerschnitt (3a) des Düsenrohres (3) ausgeführt.

Die Düse (5) liegt im Düsenrohr (3) quer zur Längsrichtung des Düsenrohres (3) und in Längsrichtung des Dampfrohres (1).

In bevorzugter Weise ist das Düsenrohr (3) mit mehreren, z. B. mit drei in gleichem Abstand übereinander angeordneten, parallelen Düsen (5) ausgestattet, wie Fig. 1 zeigt.

Das Düsenrohr (3) ist an seinem im Dampfrohr (1) liegenden (unteren) Ende geschlosssen und der Innenraum (3a) des Düsenrohres (3) setzt sich nach oben in der Zuführarmatur (2) bis zum Durchflußkanal (7) hin fort. Das Düsenrohr (3) ist einstückig mit der Zuführarmatur (2) ausgebildet. Die Zuführarmatur (2) läßt sich durch eine Flanschverbindung (8) außen am Dampfrohr (1) festlegen und das Düsenrohr (3) ragt mit seinen Düsen (5) durch eine entsprechend große Öffnung (9) des Dampfrohres (1) in dasselbe hinein.

Jede Düse (5) hat einen das Düsenrohr (3) quer durchsetzenden, im Düsenrohr (3) festgelegten rohrförmigen Düsentopf (10), mit mindestens einer im Topfmantel (10a) innerhalb des Düsenrohres (3) liegenden Wasser-Eintrittsöffnung (11), einem im Düsentopf (10) unter Federspannung (12) stehenden Düsenstift (13) und eine ein Ausspritzloch (14) zeigende, auf das offene, aus dem Düsenrohr (3) herausragende Topf-Stirnende aufgeschraubte Kappe (15), wobei der Düsenkopf (13) mit einer endseitigen Spitze (16) mit dem Ausspritzloch (14) zusammenwirkt und das andere aus dem Topfboden (10b) herausstehende Ende des Düsenstiftes (13) eine vom Dampfdruck (P1) beaufschlagte Kolbenfläche (A2) bildet.

Die Spitze (16) des Düsenstiftes (13) ist in bevorzugter Weise von einem Kegel gebildet.

Das Ausspritzloch (14) in der Kappe (15) bildet einen mit der Düsenstiftspitze (16) zusammenwirkenden Zylinderabschnitt, an den sich ein nach außen konisch erweiternder Ausspritzabschnitt (14a) anschließt.

Der Düsenstift (13) wird mit einem Führungsbund (17) im Düsentopf (10) verschiebegeführt und im Führungsbund (17) sind mehrere Durchflußlöcher (18) für das in den Düsentopf (10) einströmende Kühlwasser ausgenommen.

Der Düsenstift (13) lagert in dem Topfboden (10b) benachbarten, zwischen Druckscheiben (20) angeordneten Dichtungen (19) verschiebegeführt und zwischen einer Druckscheibe (20) und dem Führungsbund (17) ist eine den Düsenstift (13) in Richtung Kappe (15) beaufschlagende Druckfeder (12) um den Düsenstift (13) angeordnet.

Die Öffnungsgröße und somit der Ausspritzdruck der Düse (5) wird durch die Differenz zwischen der vom Kühlwasser beaufschlagten Kegel-Ringfläche (AR) des in das die Fläche (A1) ergebenden Ausspritzloch (14) eingreifenden Düsenstiftkegels (16) und der vom Dampfdruck (P1) beaufschlagten Düsenstift-Kolbenfläche (A2) in Abhängigkeit vom Kühlwasserdruck (P2) geregelt.

Bei der Anordnung mehrerer Düsen (5) werden diese zur Bildung 2 verschiedener Öffnungsdrücke unterschiedlich ausgelegt; dabei lassen sich zur Einstellung unterschiedlicher Öffnungsdrücke die Ausspritzlöcher (14) mit verschieden großen Durchmessern ausstatten oder die Düsenstifte (13) können verschiedene Kegelspitzen (spitze oder flachere Kegel) haben oder aber die Druckfedern (12) sind in der Druckkraft verschieden groß ausgelegt oder die Düsenstifte (13) besitzen verschieden große Durchmesser.

Das Kühlwasser wird durch das Regelventil (4) in der Durchflußmenge und somit im Druck (P2) geregelt und in das Düsenrohr (3) eingebracht und entsprechend der Auslegung der Düse(n) (5) baut sich im Düsenrohr (3) ein Druck auf.

Das Kühlwasser strömt durch das oder die Löcher (11) in den Düsentopf (10) ein und wirkt auf die Ringfläche (AR) zwischen Kegelspitze (16) und Ausspritzlochfläche (A1) ein und öffnet mit kleinerem oder größerem Hub (H) des Düsenstiftes (13) entgegen der Federkraft (12) die Düse (15) und das Kühlwasser spritzt zur Dampfreduzierung und Temperaturregelung aus.

Beispiel für den Einspritzkühler:

Beim Einsatz von drei Düsen (5) hat die untere einen Öffnungsdruck von 10 bar, die mittlere von 15 bar und die obere von 20 bar.

Der Dampfdruck (P1) im Dampfrohr, der auf die Düsenstift- Kolbenflächen (A2) einwirkt, entspricht 10 bar, somit herrscht Druckausgleich zwischen Dampf- und Kühlwasserdruck (P1, P2) und die Düsen (5) sind geschlossen.

Bei Erhöhung des Kühlwasserdruckes (P2) auf etwa 11 bar wird die untere Düse (5) entgegen dem Dampfdruck (D) geöffnet und Kühlwasser spritzt aus.

A2 < A1 und die wirksame Druckfläche des Kühlwassers ist AR. Zum Öffnen der Düse(n) (5) muß P2 << P1 sein.

Der zum Öffnen der Düse notwendige Überdruck ΔP = P2 - P1 errechnet sich unter Berücksichtigung der Federkraft (FD) der Druckfeder (12) nach der Formel ΔP = FD : AR.

Die Düsen (5) sind in Durchströmrichtung des Dampfes angeordnet und sprühen in dieser Durchströmrichtung Kühlwasser aus; das Kühlwasser kann aber auch entgegen der Dampf-Strömrichtung ausgespritzt werden.

Claims (16)

1. Einspritzkühler zur Temperaturregelung von überhitztem Dampf, mit einer an einem Dampfrohr (1) festlegbaren Kühlwasser- Zuführarmatur (2) und einem davon abgehenden und in das Dampfrohr (1) hineinragenden Düsenrohr (3), wobei die Zuführarmatur (2) ein den Wasserdruck (P2) im Düsenrohr (3) einstellendes Regelventil (4) aufweist und das Düsenrohr (3) mit mindestens einer sich in Abhängigkeit vom Wasser- und Dampfdruck (P2, P1) einstellenden Düse (5) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düse (5) einen das Düsenrohr (3) quer durchsetzenden, im Düsenrohr (3) festgelegten rohrförmigen Düsentopf (10) mit mindestens einer im Topfmantel (10a) innerhalb des Düsenrohres (3) liegenden Wasser-Eintrittsöffnung (11), einem im Düsentopf (10) unter Federspannung (12) stehenden Düsenstift (13) und eine ein Ausspritzloch (14) zeigende, auf das offene, aus dem Düsenrohr (3) herausragende Topf-Stirnende aufgeschraubte Kappe (15) aufweist, wobei der Düsenstift (13) mit einer endseitigen Spitze (16) mit dem Ausspritzloch (14) zusammenwirkt und das andere aus dem Topfboden (10b) herausstehende Stirnende des Düsenstiftes (13) eine vom Dampfdruck (P1) beaufschlagte Kolbenfläche (A2) bildet.

2. Einspritzkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (4) mindestens einstufig ausgebildet ist und eine in Längsrichtung des Düsenrohres (3) stufenlos verschiebbare Verstellstange (4a) mit einem Drosselkörper (4b) hat, welcher mit einem in Wasser-Zuführrichtung (Z) hinter dem Wasser- Eintrittskanal (6) der Zuführarmatur (2) liegenden Durchflußkanal (7) zusammenwirkt.

3. Einspritzkühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußkanal (7) des Regelventiles (4) im Querschnitt kleiner als der Innenquerschnitt des Düsenrohres (3) ist.

4. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (5) im Düsenrohr (3) quer zur Längsrichtung des Düsenrohres (3) und in Längsrichtung des Dampfrohres (1) angeordnet ist.

5. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenrohr mit mindestens zwei übereinander angeordneten Düsen (5) ausgestattet ist.

6. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenrohr (3) an seinem im Dampfrohr (1) liegenden Ende geschlosssen und der Innenraum (3a) des Düsenrohres (3) sich in der Zuführarmatur (2) bis zum Durchflußkanal (7) hin fortsetzt.

7. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (16) des Düsenstiftes (13) in bevorzugter Weise von einem Kegel gebildet ist.

8. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausspritzloch (14) in der Kappe (15) einen mit der Düsenstiftspitze (16) zusammenwirkenden Zylinderabschnitt bildet, an den sich ein nach außen konisch erweiternder Ausspritzabschnitt (14a) anschließt.

9. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstift (13) mit einem Führungsbund (17) im Düsentopf (10) verschiebegeführt ist und im Führungsbund (17) mehrere Durchflußlöcher (18) für das in den Düsentopf (10) einströmende Kühlwasser ausgenommen sind.

10. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenstift (13) in dem Topfboden (10b) benachbarten Dichtungen (19) und Druckscheiben (20) verschiebegeführt ist und zwischen einer Druckscheibe (20) und dem Führungsbund (17) eine den Düsenstift (13) in Richtung Kappe (15) beaufschlagende Druckfeder (12) um den Düsenstift (13) angeordnet ist.

11. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsgröße und somit der Ausspritzdruck der Düse (5) durch die Differenz zwischen der vom Kühlwasser beaufschlagten Kegel-Ringfläche (AR) des in das die Fläche (A1) ergebenden Ausspritzloch (14) eingreifenden Düsenstiftkegels (16) und der vom Dampfdruck (P1) beaufschlagten Düsenstift-Kolbenfläche (A2) in Abhängigkeit vom Kühlwasserdruck (P2) unter Berücksichtigung der Federkraft (12) geregelt wird.

12. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung mehrerer Düsen (5) diese zur Bildung verschiedener Öffnungsdrücke unterschiedlich ausgelegt sind.

13. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung unterschiedlicher Öffnungsdrücke die Ausspritzlöcher (14) verschieden große Durchmesser haben.

14. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung unterschiedlicher Öffnungsdrücke die Düsenstifte (13) verschiedene Kegelspitzen haben.

15. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung unterschiedlicher Öffnungsdrücke die Druckfedern (12) in der Druckkraft verschieden groß ausgelegt sind.

16. Einspritzkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung unterschiedlicher Öffnungsdrücke die Düsenstifte (13) verschieden große Durchmesser haben.