DE2628704A1

DE2628704A1 - Abflussvorrichtung fuer die entleerung eines ein stroemungsmittel unter druck enthaltenden behaelters

Info

Publication number: DE2628704A1
Application number: DE19762628704
Authority: DE
Inventors: Louis Duthion; Claude Portier; Max Sagner
Original assignee: Stein Industrie SA; Bertin et Cie SA
Current assignee: Stein Industrie SA; Bertin Technologies SAS
Priority date: 1975-06-26
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1977-01-20
Also published as: FR2315623B1; JPS524901A; US4166477A; FR2315623A1

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Helmut Missling 63 Giessen 24,6.1976

Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstrasse 43

». . . . ... .. Telefon: (0641) 71019

Dipl.-Ing. Arne Missling

Mi/Ba 12.878

BERTIN & Cie. 78370 PLAISIR/Frankreich. Postfach 5

STEIN INDUSTRIE. 78-VELIZY-VIIIACOUBIAY/Frankreich. Avenue Morane-Saulnier 19 und 21

Abflußvorrichtung für die Entleerung eines ein Strömungemittel unter Druck enthaltenden Behälters

Die Erfindung betrifft eine Abstoßvorrichtung für die Entleerung eines ein Strömungsmittel unter Druck enthaltenden Behälters, insbesondere eines Dampfkessels unter hohem Druck, mit einem Entleerungsventil, das an einer Entleerungsleitung angeordnet ist, die in einen Abzug mündet, der mit einer Abzugsleitung verbunden ist und dem Ende der Entleerungsleitung gegenüberli egt.

Dampfkessel müssen mit einer gewissen Zahl von Sicherheitsventilen versehen sein, die sich automatisch im Falle eines Überdruckes öffnen und deren Ausflußmenge durch gesetzliche Vor-

609833/1138

Schriften festgelegt ist. Gesteuerte oder automatische Entleerungsventile werden gleichfalls benutzt, um bei gewissen Apparaten einen ausreichenden Dampf austritt zu gewährleisten und so ihre Zerstörung durch eine übermäßige überhitzung des Metalles unter gewissen Betriebsbedingungen zu vermeiden.

Das Abströmen des aus einem Ventil entweichenden Dampfes in die freie Luft erfolgt im allgemeinen in einem Kamin mit niedrigem Druck. Die Verbindung zwischen dem Ventil und dem Kamin wird durch eine Vorrichtung gewährleistet, die im allgemeinen als "Abzug" bezeichnet wird«

In FIg* 1 der anliegenden Zeichnung 1st eine bekannte Vorrichtung dargestellt. Sie zeigt einen Kessel 1, an dem fest ein Entleerungsventil 2 angeordnet ist an das sich eine Entleerungsleitung 3 anschließt. Sie mündet in einen Abzug 4, der an seinem Einlaß eine Flatter scheibe 5 hat, die als freies Klappenventil wirkt. Hieran schließt sich eine Leitung 6 mit einem größeren Durchmesser an, die eine freie Ausdehnung der unterschiedlichen Elemente gewährleistet. Die Rohrleitung 6 ist fest mit einem nicht gezeigten Kamin oder mit dem Bauwerk

609883/1138

verbunden, das die Einrichtung schützen soll.

Die Erfahrung zeigt, daß in dem Fall, in den eine sehr schnelle Entleerung erforderlich ist, d.h. bei einem bedeutenden und schnellen öffnen des Ventiles 2, die bekannte Anordnung zu einem Rückstau F von Dampf am Eintritt des Abzuges 4 führen kann· Ein derartiger Rückstau kann übrigens auch auftreten, wenn der Druckverlust in der Abzugsleitung 6 des Abzuges zu hoch wird, z.B. wenn mehrere Krümmungen vorliegen.

Damit das Ventil 2 in den bekannten Anordnungen, die den zuvor beschriebenen Fehler aufweisen, wirksam ist, ist das Ventil 2 in Richtung des Abzuges 4 Über eine Rohrleitung 3 mit einem überdimensionierten Querschnitt verglichen zu dem Querschnitt des maximalen Durchlasses des Ventiles versehen, unter der Voraussetzung, daß dieses wirksam den Entleerungsfluß regelt« z.B. kann der Querschnitt der genannten Rohrleitung das Zehnfache des Durchlasses des Ventiles sein.

Es verbleibt weiter, daß das Eindringen von Dampf in den Abzug 4 und die Rohrleitung 6 dort einen Pfropfen-Effekt er-

609883/1 138

zeugt, der einen Rückstau bewirkt und eine erhöhte Beanspruchung mit sich bringt, jedoch vor allem Dampfströme durch das Ventilspiel der Platterscheibe 5.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Dampfrückstau zu verhindern, ohne andererseits Änderungen der Anlagen zu erfordern, die einen Umbau bestehender Anlagen erforderlich machen. Im Gegenteil, einer der bemerkenswertsten Vorteile der vorliegenden Erfindung ist, daß sie als Zubehör den bestehenden Anlagen anpaßbar ist, die sozusagen vollständig beibehalten werden können·

Diese Ergebnisse werden durch eine bessere Ausnutzung der Entspannungsenergie erhalten, die im Dampf enthalten ist.

In der Tat beobachtet man, daß das Ventil in korrekter Weise eine Regelung des gewünschten Ausflusses bewirkt, wenn die Strömung im Schallbereich bleibt, d.h. daß die Entspannung des Dampfes beim Passieren des Ventiles sich in einem Druckverhältnis größer als zwei bewegt. Es ist in dieser Beziehung darauf hinzuweisen, daß bei dem bekannten Aufbau

609883/1 13a

das Entspannungsverhältnis gleich dem Druckwert in dem Dampfkessel ist, d.h. z.B. 120 für einen modernen Dampfkessel·

Es ist somit zu verstehen, daß der klassische Einsatz einen sehr großen Teil der Energie verschwendet, die in dem Dampf enthalten ist, und es ist diese Energie, die die Erfindung für den allgemeinen Betrieb ausnutzt, um insbesondere die Absaugung des Dampfes aus Gebäuden zu verbessern·

Um dies zu erreichen schlägt die Erfindung vor, am Ende der Rohrleitungen, die am Ventil anschließen, und genau am Eintritt in den Abzug eine Düse anzuordnen, deren konvergenter Teil in einen gewissen Abschnitt den Ausgangsquerschnitt der-

ist
art verringert/» daß dieser in etwa das Doppelte des maximalen Querschnittes des geraden Durchganges des Ventiles ist· Aus diesem Grund besitzt der Strahl, der den konvergenten Teil der DUse verläßt, eine beträchtliche Bewegungsenergie, die eine einwandfreie Funktion des Abzuges gewährleistet, selbst in dem Fall, wo diese durch eine Abzugsrohrleitung mit einer schlechten Charakteristik verlängert ist·

609883/1 13a

Die Düse kann noch dadurch verbessert werden» daß man dieser eine konvergent-divergente Form gibt, die als Punktion der mittleren Bedingungen des Austritts des Dampfes ausgelegt ist unter Anwendung der aerodynamischen Größen· Diese konvergent-divergente Düse gewährleistet eine exakte Entspannung des Dampfes im Überschallbereich, wodurch die Wiedergewinnung der Energie im Vergleich zu einer lediglichen konvergenten Düse vreiter verbessert wird·

Eine weitere Verbesserung der Erfindung, gegebenenfalls in Verbindung mit dem vorhergehenden, besteht darin, die Eintrittsöffnung des Abzuges in Hinblick auf die Düse enger zu machen, mittels einer Konvergenz, der ein zylindrischer Mischer folgt, dem eine Divergenz nachgeschaltet ist, die es gestattet, in optimaler Weise die aus der Düse austretende Strömung zurückzugewinnen·

Die Verbesserung der Wirkungsweise bedingt gemäß der Erfindung einen verengten Abschnitt in der Nähe der Lücke der Entleerungs- und der Absaugrohrleitung. Die genannte Flatterscheibe und selbst der Abzug 4 können weggelassen werden, die Lücke

609883/113a

zwischen den Leitungen 3 und 6 kann direkt in der freien Luft liegen· In der Regel wird man kein Interesse an der Weglassung der genannten Teile haben» denn der Betriebslärm kann beachtlich werden und zum anderen ist ein derartiger Abzug ein robuster und einfacher Gegenstand, um relative transversale Verschlungen zwischen den beiden Teilen entgegen und in Strömungsrichtung der genannten Entleerungsleitung zuzulassen.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigern

Fig. 1 eine zum Stand der Technik gehörende Anordnung, auf die in der Einleitung Bezug genommen ist und

Pig. 2 bis 4 je einen Längsschnitt durch eine

schematische Darstellung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel am vorteilhaftesten ist·

• 8 -

608883/1138

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist gemäß der Erfindung am Ende der Entleerungsleitung 3 eine Düse 7 ausgebildet, deren Gestaltung entweder einfach konvergent oder vorteilhaft konvergent-divergent sein kann, wie es in der Zeichnung gezeigt ist.

Wenn man eine rein konvergente Düse wählt, so wird ihr Austrittsquerschnitt in etwa das Doppelte des maximalen Öffnungsquerschnittes des Entlastungsventiles sein· Darum wird im Bereich des Ventiles ein großer Druckverlust auftreten, z.B. 60 bar, wenn der Druck im Dampikessel 120 bar beträgt, und aus diesem Grund erreicht der Dampfstrahl, der die Düse 7 verläßt Schallgeschwindigkeit; er besitzt so eine sehr große Energie, die in vielen Fällen ausreichend ist, um den Betrieb des Abzuges 4 zu verbessern und einen korrekten Betrieb der Abzugsleitung 6 zu gewährleisten.

Bei schwierigen Verhältnissen wählt man andererseits eine Düse 7 mit einer Divergenz 8, die im Entspannungsverhältnis des Dampfes zwischen der Entleerungsleitung 3 und der Atmosphäre angepaßt 1st, z.B. 60 bar. Unter diesen Bedingungen nimmt der aus der Düse 7 austretende Dampfstrahl eine Uber-

609883/1 138

Schallgeschwindigkeit in der Divergenz 8 ein. Seine gesamte Energie wird so in kinetische Energie umgewandelt und seine Förderenergie in der Absaugleitung 6 verbessert.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 zeigt eine teurere Lösung, die jedoch vorteilhafter in Hinblick auf die Wiedergewinnung der Energie ist. Sie besteht darin, daß man die Anfangsteile dar Abzugsleitung 6 mit einem zylindrischen Abschnitt mit einem wesentlich kleineren Durchmesser versieht, der es gestattet, eine Überschallgeschwindigkeit mit einer wesentlich geringeren Machzahl hervorzurufen, und der so mit einem erhöhten Gegendruck in Strömungsrichtung abgesaugt werden kann. Diesen verengtem Abschnitt 9 kann eine Konvergenz mit einem geringen Winkel 10 vorhergehen und eine entsprechende Divergenz 11 nachfolgen.

Diese letzte Ausbildungsform gestattet es in schwierigen Fällen eine Abzugsleitung 6 zu benutzen, die kleiner und wesentlich mehr gewunden sein kann, als die üblichen Rohrleitungen.

Die wirksamste Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt, sie enthält sowohl die Düse 7, die am Ende

- 10 -

609883/ 1 1 38

2528704 - ίο -

der Entleerungsleitung 3 montiert ist, als auch den zylindrischen verengten Mantel 9, dem eine Konvergenz 10 vor- und eine Divergenz 11 nachgeschaltet ist, die unmittelbar nach dem Abzug 4 am Anfang der Abzugsleitung 6 angeordnet ist.

Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf die Entleerung von Dampferzeugern beschränkt ist, sondern sich gleichermaßen auf die gesamte oder teilweise Entleerung von-Behältern erstreckt, die ein Gas unter erhöhtem Druck enthalten.

Für einen einwandfreien Betrieb einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es erforderlich, daß die Düse und der Abzug während der Entspannung in ausreichender Weise konzentrisch angeordnet sind, d.h. dann, wenn die Entleerungsleitung 3 warm ist. IM der Ausdehnung dieser Rohrleitung oder jeder anderen Verformung Rechnung zu tragen, z.B. durch den Druck des entspannten Dampfes, sind diese Teile im kalten Zustand in einem Betrag a exzentrisch angeordnet, der der Verformung beim Betrieb entspricht, wie es in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt ist.

- 11 -

609883/1 1 38

Claims

262870A

Patentansprüche t

(1J Abflußvorrichtung für die Entleerung eines ein Strömungsmittel unter Druck enthaltenden Behälters, insbesondere eines Dampfkessels unter hohem Druck, mit einem Entleerungsventil, das an einer Entleerungsleitung angeirrdnet ist, die in einen Abzug mündet, der mit einer Abzugsleitung verbunden ist und dem Ende der Entleerungsleitung gegenüberliegt, gekennzeichnet durch die Anordnung einer aerodynamischen Verengung oder Einschnürung am Ausgang der genannten Entleerungsleitung und/oder in der genannten Abzugsleitung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aerodynamische Verengung oder Einschnürung durch eine Düse (7) gebildet ist, die einen konvergenten Teil aufweist und am Ende der genannten Entleerungsleitung (3) des Entleerungsventiles (2) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den konvergenten Teil der Düse (7) ein divergenter Teil (8) anschließt, so daß die Düse konvergent-divergent ausgebildet ist.

- 12 -

b Ü ^lj H 8 3/1 13 8
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der geringste Querschnitt der genannten Düse im wesentlichen gleich dem doppelten des maximalen Durchlasses des Entleerungsventiles (2) ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsleitung (6) der Mindung der Entleerungsleitung (3) gegenüberliegend einen zylindrischen Abschnitt (9) aufweist, dessen Durchmesser geringer als derjenige der Entleerungsleitung (6) ist, und daß dieser Abschnitt die aerodynamische Verengung oder Einschnürung bildet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem zylindrischen Abschnitt (9) eine Konvergenz (10) mit einem geringen Winkel vor« und eine entsprechende Divergenz (11) nachgeschaltet ist.
7. Abflußvorrichtung für die Entleerung eines Druckmittelbehälters in die Atmosphäre, insbesondere eines Dampfkessels, mit einem Entleerungsventil, das fest mit dem Dampfkessel verbunden ist und einer Entleerungsleitung großer Länge, die eine

- 13 -

609883/1 138

ünterbrechungsstelle aufweist um relative Bewegungen zwischen den Teilen in und entgegen der Strömungsrichtung der genannten Entleerungsleitung zuzulassen, gekennzeichnet durch einen verengten Abschnitt für die Strömung in der Entleerungsleitung in der Nähe der genannten Lücke.

8» Vorrichtung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine Exzentrizität (a) des genannten Teiles relativ zu dem Teil der genannten Entleerungsleitung, der diesem gegenüberliegt, und durch die Bemessung der Exzentrizität gleich einem Wert, der der relativen transversalen Verschiebung der genannten Teile während des Betriebes entspricht.

603383/ 1 1 38

Leerseite