DE2611179A1

DE2611179A1 - Verfahren zur kavitationsfreien mehrstufigen entspannung von fluessigkeiten in regelarmaturen

Info

Publication number: DE2611179A1
Application number: DE19762611179
Authority: DE
Inventors: Manfred Schmitt
Original assignee: GULDE REGELARMATUREN KG
Current assignee: GULDE REGELARMATUREN KG
Priority date: 1976-03-17
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1977-10-06
Also published as: DE2808999A1

Description

Verfahren zur kavitationsfreien mehrstufigen Entspannung
von Flüssigkeiten in Regelarmaturen Die Entspannung von Flüssigkeiten vom Eingangsdruck p1 auf den niedrigeren Ausgangsdruck p2 besteht grundsätzlich aus einer Beschleunigung auf hohe Strömungsgeschwindigkeit mit nachfolgender Verzögerung. Der statische Druck ist nach dem Gesetz von Bernoulli dort am niedrigsten, wo die Strömungsgeschwindigkeit am größten ist, das heißt, im engsten Strömungsquerschnitt. Von dort zum Ausgang der Armatur (in der Verzögerungsstrecke) fällt die Strömungsgeschwindigkeit, was mit einem von der Bauart der Armatur abhängigen Druckanstieg gekoppelt ist. Dieser Druckanstieg wird üblicherweise als Druckrückgewinn bezeichnet.
Wegen des Druckrückgewinnes in der Verzögerungsstrecke ist die Druckdifferenz zwischen Eingang und engstem Strömungsquerschnitt (in der Beschleunigungsstrecke) größer als p1 -Wenn man den niedrigsten statischen Druck mit pq bezeichnet, dann errechnet sich die

beschleunig; I

Druckdifferenz aus p1 - p3.
Wenn der Dampfdruck Pd der Flüssigkeit zwischen dem niedrigsten Druck p3 und dem Ausgangsdruck p2 liegt, so entstehen beim engsten Strömungsquerschnitt Dampfblasen, die wegen des Druckanstieges in der Verzögerungsstrecke wieder kondensieren.
Die Dampfblasen stürzen zusammen, wodurch heftige Druckschläge und laute, prasselnde Geräusche entstehen. Dieser Vorgang wird als Kavitation bezeichnet.
Die Intensität der Kavitation hängt von der Höhe des Druckrückgewinnes und von den Betriebsdaten Pl, P2 und Pd ab. Die Betriebsdaten werden zweckmäßig zu einer Betriebskenngröße K nach folgender Gleichung zusammengefaßt: P1 P2 P1 Pd Der Druckrückgewinn in der Armatur kann ebenfalls mit einer Kenngröße, der sogenannten Armaturen-Kenngröße D gekennzeichnet werden. Die Kenngröße D wird nach einer Methode ermittelt, die in einem Aufsatz in der Zeitschrift Archiv für technisches Messen (ATM), beschrieben ist Heft 2/76 V 53-9, L. 481, S. 51 - 54 "Schallpegelberechnungen für Regelstrecken Teil 1".
Je höher der Druckrückgewinn bezogen auf die Druckdifferenz Pl -Pd ist, desto kleiner wird der Zahlenwert von D. Zum Beispiel hat ein einstufiges Ventil meist eine Kenngröße D = o,4.
Die Intensität der Kavitation ergibt sich aus dem Vergleich von K mit D. Wenn K< D, so ist die Kavitation schwach ausgebildet, bei K> D hat man starke Kavitation.
Um die Intensität der Kavitation zu vermindern, ist es vorteilhaft, in zwei oder mehreren Entspannungsstufen zu drosseln. Ein Beispiel soll dies verdeutlichen: Der Eingangsdruck vor einem einstufigen Ventil sei Pl = 5 bar, der Ausgangsdruck p2 = 3 bar und der Dampfdruck der Flüssigkeit sei Pd = 1 bar. Die Betriebskenngröße errechnet sich zu K = (5 - 3) / (5 - 1) = 2/4 = o,5.
Wenn das Ventil aus zwei Stufen besteht, die in ihren Strömungsquerschnitten gleich sind, so stellt sich zwischen den Stufen ein mittlerer Druck von 4 bar ein. Die entsprechenden Betriebskenngrößen sind: Stufe I: KI = (5 - 4) / (5 - 1) = 1/4 = o,25 Stufe II: K11 = (4 - 3) / (4 - 1) = 1/3 = o,333 Diese Werte sind wesentlich niedriger als bei einstufiger Entspannung; das zweistufige Ventil ist bezüglich der Kavitations-Intensität besser als das einstufige Ventil. Mit entsprechend hoher Stufenzahl kann kavitationsfreies Arbeiten erreicht werden.
Mehrstufige Armaturen bekannter Bauart sind nach dem Prinzip konstanter Druckdifferenz ausgelegt.
Der Erfindung lag die Forderung zugrunde, ein Minimum an Kavitations-Intensität zu erzielen. Diese Forderung ist erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß die Strömungsquerschnitte der Stufen so bemessen sind, daß die Betriebskenngrößen aller Stufen gleich oder nahezu gleich groß sind. Ein Ventil nach dem obigen Beispiel, jedoch erfindungsgemäßer Auslegung auf den Druck von 3,83 bar zwischen den zwei Stufen hat folgende Betriebskenngrößen: Stufe I: KI = (5 - 3,83>/ (5 - 1) = 1,17/4 = o,293 Stufe II: K11. = (3,83 - 3) / (3,83 - 1) = o,83/2,83 = o,293

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Die i7M-jensitätavitationwird

durch die Stufe mit dem höchsten Zahlenwert der Kenngröße K bestimmt.
Dem Wert KII = o,333 des üblich ausgelegten Ventiles steht ein Wert K1, II = o,293 des erfindungsgemäßen Ventiles gegenüber.
Da sich bereits sehr kleine Änderungen des K-Wertes sehr stark auf die Kavitations-Intensität auswirken, stellt das erfindungsgemäß ausgelegte Ventil eine erhebliche Verbesserung dar.
Bei dem erfindungsgemäß ausgelegten Ventil ist die Druckdifferenz an der ersten Stufe größer als die der zweiten Stufe.
Ein Merkmal der erfindungsgemäßen Auslegung ist also, daß die engsten Querschnitte der einzelnen Stufen in Strömungsrichtung betrachtet zunehmen. Für eine mehrstufige Armatur mit N-Stufen, das heißt Stufenzahl n = 1,2 , N ..,..N lassen sich folgende Gleichungen ableiten: 1. Übliche Auslegung mit gleichmäßiger Druckaufteilung: (P1 - P2) / N K max. = KN = P2 + (P1 - P2) / N -2. Erfindunqsgemäße Auslegung mit K = konstant: K max. = Kn = 1 Für das folgende zweite Beispiel sollen die max. K-Werte errechnet werden: Der Eingangsdruck sei Pl = 100 bar der Ausgangsdruck sei p2 = 5 bar der Dampfdruck sei Pd = 1 bar und die Anzahl der Stufen sei N = 1o 1. Übliche Auslegung: K max = (100 - 5) / 1o = 9,5 = o,7o4 5+(100-5)/10-1 13,5 2. Erfindungsgemäße Auslegung K max = 1 Auch an diesem Beispiel zeigt sich die erhebliche Verbesserung durch die erfindungsgemäße Auslegung.

Claims

Anspruch¢: Verfahren zur kavitationsfreien mehrstufigen Entspannung von Flüssigkeiten in Regelarmaturen, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabbau in den einzelnen Stufen gemäß K n gleich konstant oder angenähert konstant erfolgt.