DE2505657B2

DE2505657B2 - Dampfumformventil

Info

Publication number: DE2505657B2
Application number: DE19752505657
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kawasaki Kanagawa; Kubota Shokichi Matsudo Chiba; Soya (Japan)
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-02-12
Filing date: 1975-02-11
Publication date: 1977-12-01
Also published as: US3981946A; DE2505657A1; DE2505657C3

Description

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Die Erfindung betrifft ein Dampfumformventil mit einer Druckreduzier-Ventileinrichtung und einer Wassereinspritzvorrichtung zur Reduzierung von Druck und Temperatur des Dampfes, welche in ein Ventilgehäuse eingebaut sind und mit einer im Abströmquerschnitt des Ventilgehäuses nach der Wassereinspritzvorrichtung vorgesehenen Vielloch-Drosselplatte, wobei die Drosselplatte einen Bund aufweist, der mit dem Ventilgehäuse verschweißt ist.

In einem Dampfumformventil zum Umformen von Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck auf einen Dampf mit niedriger Temperatur und geringem Druck wird im allgemeinen mit Wasser vermischter Dampf weiter in Bewegung gehalten und in einen Dampf überführt, der eine gleichförmige niedrige Temperatur und geringen Druck hat. Zu diesem Zweck wird eine Vielfach-Drosselplatte in dem Ventil vorgesehen.

Wenn Dampf mit hoher Temperatur und Wasser, die noch nicht gründlich miteinander vermischt sind, durch eine solche Drosselplatte hindurchtreten, treffen Dampf mit hoher Temperatur und Wasser mit niedriger Temperatur auf die Oberfläche der Drosselplatte auf und verursachen große Temperaturunterschiede, die an verschiedenen Teilen der Drosselplattenoberfläche auftreten. Die Folge davon ist, daß die Teile der Drosselplatte, welche an dem Gehäuse des Dampfumformventils befestigt sind, sich ausdehen und zusammenziehen, wodurch thermische Spannungen erzeugt werden. Dies bedeutet, daß die Drosselplatte ermüdet und wenn diese thermischen Spannungen zu stark werden, schließlich beschädigt werden kann.

Um eine Beschädigung der Drosselplatte aufgrund dieser thermischen Spannungen zu vermeiden, ist es bekannt (»Mitteilungen der VGB« 50. Heft 1, Febr. 1970, S. 6/7), die Halterung derselben so zu gestalten, daß zwischen dem Außenumfang der Drosselplatte und dem Ventilgehäuse ein Ringspalt freibleibt, so daß sich die Drosselplatte am Außenumfang thermisch frei dehnen kann. Dies erfordert jedoch eine Art Schiebesitz oder dergleichen für die Drosselplatte und erhöht somit den baulichen Aufwand.

Durch die Zeitschrift »Energie« Nr. 8, Aug. 1959, Seite 386, ist ferner ein Dampfumformventil bekanntgeworden, bei dem die Drosselplatte mit einem Bund versehen ist, der im Abströmquerschnitt des Ventilgehäuses eingeschweißt ist. Bei dieser Ausführung ist zwar der Außenumfang der Drosselplatte durch den Bund verstärkt, der auch das Einschweißen der Drosselpiaüe in das Ventilgehäuse erleichtert, im gelochten einteiligen Abschnitt der Drosselplatte können jedoch auch bei dieser Konstruktion thermische Spannungen mit all ihren nachteiligen Folgen auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Dampfumformventil mit einer Drosselplatte zu schaffen, die eine Aufhebung thermischer Spannungen in ihrem inneren (gelochten) Teil ermöglicht und gleichwohl starr in das Ventilgehäuse eingebaut werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Dampfumformventil der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß die Drosselplatte bis nahe zum Bund reichende, durchgehende Radialschlitze aufweist, die in der Mitte der Drosselplatte miteinander in Verbindung stehen. Durch diese Radialschlitze wird die Drosselplatte in mehrere Abschnitte aufgeteilt, die sich thermisch ungehindert dehnen und zusammenstehen können, während der Außenumfang der Drosselplatte über den Bund am Ventilgehäuse fixiert ist. Auf diese Weise ist die Drosselplatte vorteilhaft gegen thermische Überbelastungen gesichert und weist auch eine entsprechend höhere Standzeit im Vergleich zum Stand der Technik auf.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Dampfumformventils, in dem die Vielloch-Drosselplatte gemäß der Erfindung angewendet werden kann;

F i g. 2A und 2B eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht entlang der Linie B—B in Fig. 2A von einem ersten Ausführungsbeispiel der Drosselplatte gemäß der Erfindung;

F i g. 3 eine Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Drosselplatte gemäß der Erfindung;

F i g. 4 eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform der Drosselplatte gemäß der Erfindung.

Ein Ventilgehäuse 10 weist einen Dampfdurchlaßkanal 10a, der mit einem Dampfeinlaß 11 versehen ist, durch welchen überhitzter Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck aus einer seitlichen Richtung eingeführt werden kann, sowie Dampfdurchlaßkanäle iOZ) und iöcauf, welche sich in einer Richtung senkrecht zu dem Dampfdurchlaßkanal 10a erstrecken. Der Durchlaßkanal 10c ist koaxial zum Durchlaßkanal 106 angeordnet und mit diesem unmittelbar verbunden, und er enthält einen Dampfauslaß 12, der den Dampf nach außen leitet, welcher umgeformt worden ist, d. h., dessen

Temperatur und Druck verringert worden sind, wie anschließend beschrieben wird. Zwischen den Durchlaßkanälen IQa und 106 ist eine Kamme- 13 vorgesehen.

Ein hülsenähnlicher Käfig oder Einsatz 14, der sich durch die Kammer 13 erstreckt, isl in einem Hohlraum des Ventilgehäuses 10 dicht eingesetzt, und er enthält in seinem sich durch die Kammer 13 erstreckenden Teil durchgehende Löcher 15. Unterhalb des Einsatzes 14 ist in das Ventilgehäuse 10 ein Ring 16 eingefügt, der einen Ventilsitz bildet. Die axiale Mittellinie des Einsatzes 14 fällt mit der axialen Mittellinie der Dampfdurchlaßkanäle 10b und 10c zusammen.

Innerhalb des Einsatzes 14 ist ein Ventilkolben 17 flüssigkeitsdicht derart angeordnet, daß er sich in axialer Richtung verschieben kann. Am unteren Ende des Ventilkolbens 17 ist einstückig unr¹ koaxial ein Ventilkörper 18 ausgebildet, der sich auf den obenerwähnten Ring 16 aufsetzen und von diesem trennen kann. Eine Ventilstange IS ist in koaxialer Anordnung mil dem oberen Teil des Ventilkolbens 17 verbunden und erstreckt sich nach oben und aus dem Ventilgehäuse heraus zu einem oberen Stangenende 19a, das mit einer Betätigungsvorrichtung (nicht gezeigt), z. B. einer Membranbetätigungsvorrichtung, gekuppelt ist.

In einem ausgesparten Abschnitt des Ventilgehäuses 10, der an dem Dampfdurchlaßkanal 105 angrenzt, ist ein zylinderförmiges Teil 20 eingesetzt und fixirrt, das eine öffnung enthält. Das Teil 20 weist zwei die öffnung bildende Hälften 20a und 206 auf, die übereinander angeordnet den Dampfdurchlaßkanal 10c bilden. Zwisehen den die öffnung bildenden Hälften 20a und 206 ist ein ringförmiger Hohlraum 21 ausgebildet, der über einen Schlitz 22 mit dem Durchlaßkanal 10c in Verbindung steht. Der Schlitz 22 ist zwischen den die öffnungen bildenden Hälften 20a und 206 vorgesehen. Ein Wasserzuleitungsrohr 23 ist quer durch das Ventilgehäuse 10 hindurchgeführt und kommuniziert an seinem inneren Ende mit dem Hohlraum 21. Das äußere Ende dieses Wasserzuleitungsrohres 23 ist mit einem Anschluß 24 versehen, durch welchen Wasser zur Temperaturreduzierung so zugeführt wird, daß es in Pfeilrichlung Binden Hohlraum 21 strömt.

Am unteren Ende des Ventilgehäuses 10 ist ein Übergangsstück 25 mit einem Innenraum befestigt, der koaxial mit dem Dampfauslaß 12 in Verbindung steht und dessen Innendurchmesser mit dem Abstand vom Dampfaiislaß 12 zunehmend weiter wird. Eine Drosselplatte 2b. die mit einer großen Zahl von Löchern 27 versehen isl und anschließend noch ausführlich beschrieben wird, ist am strömungsabwärtigen Ende des Übergangsstücks 25 befestigt.

Primärseitiger übernitzter Dampf mit einer hohen Temperatur in der Größenanordnung von z. B. 400 bis 530"C und einem hohen Druck in der Größenordnung von z.B. 40 bis 130 kg/cm² wird von einer Quelle π überhitzten Dampfes (nicht gezeigt) zugeführt und tritt durch den Dampfeinlat! 11 in das Dampfumformventil ein, gelangt in den Durchlaßkanal 10;5 und strömt in Pfeilrichtung A zur Kammer 13.

Wenn anschließend die Ventilstange 19 gemäß der &n Zeichnung nach oben gezogen wird, wird auch der Ventilkolben 17 gemeinsam mit der Stange 19 angehoben, und der Vcntilkcrper 18 trennt sich vom Ring 16. Der primärseitige Dampf, der aus dem Durchlaßkanal 10a in die Kammer 13 eingetreten ist, « strömt folglich durch die durchgehenden Löcher 15 und weiter durch den Spalt zwischen dem Ventilkörper 18 und dem Ring 16 und wird an dieser Stelle gedrosselt.

bzw. auf einen Druck von z. B. 2 bis 40 kg/cnV reduzier; und er strömt dann mil einer sehr hohen Geschwindigkeit in den Durchlaßkanal 106 hinein. In der Druckreduzier-Ventileinriehuing, die aus dem Ventilkörper 18 und den den Ventilsitz bildenden Ring 16 besteht, erfolgt daher nur eine Druckreduzierung des primärseitigen Dampfes.

Der Dampf mit reduziertem Druck, der in den Durchlaßkanal 106 eingeströmt ist. sirömi dann weiter mit hoher Geschwindigkeit in den Durchlaßkanal 10c. Dort ist der Innendurchmesser der öffnung der Hälfte 20a kleiner als derjenige der öffnung der 1 lälfte 206, so daß in dem Teil 20 die Hälfte 20a eine Art Venturirohr oder -hals bildet. Die Folge hiervon ist, daß das Wasser innerhalb des Hohlraums 21 durch den Schiit/ 22 hindurch angesaugt wird, der zwischen den Hälften 20ü und 206 vorgesehen ist, und zwar durch den Unterdruck, der durch den Dampf erzeugt wird, welcher vom Durchlaßkanal 106 mit hoher Geschwindigkeit in den Durchlaßkanal 10c strömt. Das Wasser wird auf diese Weise durch die Zerstäubungswirkung als ein feiner Sprühnebel ejiziert.

Der oben erwähnte Dampf mit verringertem Druck wird mit dem feinen Wassersprühnebe! vermischt, der durch den Schlitz 22 ejiziert wird, und seine Temperatur wird dabei verringert, während der Dampf durch den Hohlraum des Übergangsstücks 25 in Pfeilrichtung C strömt. Dieser Dampf strömt ferner zwangsläufig weiter durch die Löcher 27 der Drosselplatle 26 hindurch, wobei er gleichmäßig eine Temperaturverringerung von z.B. 150° bis 300^cC erfährt. Auf diese Weise erreicht man an der strömungsabwärtigen Seite der Drosselplatte 26, nachdem der Dampf durch die Löcher 27 hindurchgetreten ist, einen sekundärseitigen Dampf mit niedrigem Druck und geringer Temperatur.

Anschließend wird ein erstes Ausführungsbeispiel einer Drosselplatte gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf F i g. 2A, B beschrieben, die entsprechend der oben erwähnten Drosselplaue 26 in das Ventilgehäuse eingebaut werden kann.

Diese Drosselplatte 30 weis: einen Bund 31 auf, der am unteren Enden des obenerwähnten Übergangsstücks 25 befestigt ist, sowie einen tellerförmigen Teil 32, der rund um seinen Umfang mit der inneren Wandfläche des Bundes 3 t einstückig verbunden ist. Der tellerförmige Teil 32 ist mit Radialschlitzen 33;i, 33/i und 33c versehen, die durchgehend ausgebildet sind und sich vom Mittelpunkt des tellerförmigen Teils 32 unter gleichen Winkelabständen nach außen erstrecken.

Die Radialschiitze 33;i bis 33c stehen in der Mitte des tellerförmigen Teils j2 gegenseitig in Verbindung und enden außen an Stellen, die einen sehr kleinen Abstand von der inneren Wandflache des Bundes 31 haben. Durchbrüche 33J. 33 c imd 33i^rmit einem Durchmesser, der etwas größer als das Breitenausmaß (z. B. 3 his 5 mm) der Radialschlitze 33a, 2136 und 33c ist. sind an den äußerer. Enden dieser Radialschlitze ausgebildet. Zahlreiche durchgehende Bohrungen 34 mit jeweils einem Durchmesser in der Größenordnung von /.. B. 6 bis 10 mm sind in jedem der Sektoren 32j, 326 und 32c des tellerförmigen Teils 32 ausgebildet, die durch die Radialschiitze 33a. 33b und 33c \oneinander getrennt sind. Die Bemessung beispielsweise des Durchmessers und die Zahl der Bohrungen 34 sowie die "reite der Radialschiitze 33a. 336 und 213c werden unter Berück sichtigung von Faktoren bestimmt, wie beispielsweise der Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes, der durch diese öffnungen hindurchtreten soll sowie der Art und

Weise, in der der Dampf und das Wasser zu vermischen

Da die Radialschlitze 33a, 336 und 33c in der oben beschriebenen Art und Weise in dem tellerförmigen Teil 32 ausgearbeitet sind, bilden die Randteile der Sektoren 32.1, 326 und 32c, die diese Radialschlitze 33a, 33b und 33c begrenzen, gewissermaßen freie Enden. Die Sektoren 32a. 32b und 32c können demzufolge als Äquivalente zu freitragenden Balken oder Trägern betrachtet werden, die an ihren äußeren Teilen unterstützt sind, indem die Sektoren in Verbindung mit dem Bund 31 stehen.

Wenn der Bund 31 der Drosselplatte 30 der oben beschriebenen Ausführung am unteren Ende des Übertragungsstückes 25 des Dampfumformventils befestigt wird, das in Fig. 1 gezeigt ist, und weiter das Dampfumformventil in seinen Arbeitszustand gebracht wird, kommen Dampf von hoher Temperatur und Wasser, die noch nicht gründlich miteinander vermischt worden sind, in Berührung mit den Sektoren 32a, 326 und 32c der Drosselplatte 30. Verschiedene Teile der Sektoren 32a. 32b und 32c expandieren oder kontraktieren unter dieser thermischen Belastung, wodurch thermische Verformungen hervorgerufen werden. Da jedoch die Sektoren 32a 326 und 32c freitragenden Balken ähnlich sind, sind ihre die Radialschlitze 33a. 33i> und 33c begrenzenden Ränder freie Enden, und die thermischen Verformungen werden an diesen freien Enden aufgehoben. Mit anderen Worten, das tatsächlich erzielte Resultat besteht darin, daß fast keine thermischen Spannungen verbleiben. Die Drosselplatle gemäß der Erfindung kann daher praktisch infolge thermischer Beanspruchungen nicht beschädigt werden oder reißen. Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Drosselplatte 40 gemäß der Erfindung ist in Fi g. 3 dargestellt. Diese weist einen Bund 41 und einen tellerförmigen Teil 42 auf, der rund um seinen Umfang mit der Innenwandfläche des Bundes 41 einstückig verbunden ist. Der tellerförmige Teil 42 ist mit Radialschlitzen 43a, 436, 43c und 43c/ versehen, die durchgehend ausgebildet sind und sich vom Mittelpunkt des tellerförmigen Teils 42 aus unter gleichen Winkelabständen nach außen erstrecken. Diese Radialschlitze 43a bis 43c/stehen an ihren inneren Enden am Mittelpunkt des tellerförmigen Teils 42 gegenseitig in Verbindung und teilen den tellerförmigen Teil in vier gleichen Sektoren 42a, 426, 42c und 42c/, von denen jeder mit zahlreichen durchgehenden Bohrungen 44 versehen ist.

Auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel bilden, ähnlich wie bei dem vorangegangenen ersten Ausführungsbeispiel, die Randteile der Sektoren 42a bis 42c/, _to welche die Radialschlitze 43a bis 43c/ begrenzen, freie Enden, so daß praktisch keine thermische Spannung auftreten kann und Schaden verhindert wird.

Ein drittes Ausführungsbeispiel einer Drosselplatte 50 gemäß der Erfindung weist, wie in Fig. 4 gezeigt ist, einen Bund 51 und einen tellerförmigen Teil 52 auf, der rund um seinen Umfang mit der Innenwandfläche des Bundes 51 einstückig verbunden ist. Der tellerförmige Teil 52 ist mit zahlreichen Radialschlitzen 53a bis 53n versehen, die durchgehend ausgebildet sind und sich in zahlreichen Richtungen uner gleichen Winkelabständen vom Mittelpunkt des tellerförmigen Teils 52 aus erstrecken. Diese Radialschlitze 53a bis 52n teilen den tellerförmigen Teil 52 in Sektoren 52a bis 52n, die wiederum mit Schlitzen 54a bis 54n versehen sind, welche auch durchgehend ausgebildet, jedoch kurzer als die Radialschlitze sind. Auch in diesem dritten Ausführungsbeispiel werden Dampf und Wasser gleichförmig vermischt, wenn diese Medien durch die Radialschlitze 53a bis 53n und die Schlitze 54a bis 54n hindurchtreten.

Ferner bilden auch in diesem Ausführungsbeispiel die Ränder der Sektoren 52a bis 52/?, die die Radialschlitze 53a bis 53n begrenzen, freie Enden, wodurch die Ausbildung von thermischen Spannungen ähnlich wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen wirksam verhindert wird.

Da bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sich praktisch keine thermischen Spannungen ausbilden können, kann die Festigkeit des Materials (z. B. Chrom-Molybdän) der Drosselplatte bis zu ihrer maximalen Grenze ausgenutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

ι*. Patentansprüche:

1. Dampfumforrnventil mit einer Dn. ueduzier-Ventileinrichtung und einer Wassereinspritzvorrichlung zur Reduzierung von Druck und Temperatur des Dampfes, welche in ein Ventilgehäuse eingebaut sind, und mit einer im Abströmquerschnitt des Ventilgehäuses nach der Wassereinspritzvorrichtung vorgesehenen Vielloch-Drosselplatte, wobei die Drosselplatte einen Bund aufweist, der mit dem Ventilgehäuse verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß di" Drosselplatte (30, 40, 50) bis nahe zum Bund (31, 41, 51) reichende, durchgehende Radialschlitze (33a bis 33c, 43a bis '5 43i/, 53a bis 53n) aufweist, die in der Mitte der Drosselplatte miteinander in Verbindung stehen.

2. Dampfumformventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei über den Umfang gleichmäßig verteilte Radialschlitze (33a bis 33c,l und zwischen den Radialschlitzen durchgehende Bohrungen (34) angeordnet sind.

3. Dampfumformventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier über den Umfang gleichmäßig verteilte Radialschlitze (43a bis 43d) und zwischen den Radialschlitzen durchgehende Bohrungen (44) vorgesehen sind.

4. Dampfumformventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl gleichmäßig über den Umfang verteilte Radialschlitze (53a bis 53n) und zwischen den Radialschlitzen weitere durchgehende Schlitze (54a bis 54n) vorgesehen sind, deren Lange jedoch geringer als die der Radialschlitze ist.