DE3146921A1 - Regelarmatur zur variablen, moeglichst kavitationsfreien drosselung von fluessigkeitsstroemen - Google Patents

Description

• Regelarmatur zur variablen, möglichst kavitationsfreien
• Drosselung von Flussigkeitsströmen Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelarmatur zur variablen, möglichst kavitationsfreien Drosselung von in Rohrleitungen strömenden Flüssigkeitsströmen von einem ersten Druckniveau auf ein zweites niedrigeres Driickniveau nach Maßgabe einer vorgegebenen Regelgröße, insbesondere mit als Regeiklappen ausgebildeten Stellgliedern großer Nennweite und/oder für niedriges Druckniveau.
• Derartige Regelarmaturen haben die Aufgabe, Druck und Durchfluß des strömenden Mediums zu regeln, und zwar durch Drosselung des Mengenstromes mittels kontinuierlich bzw. stufenlos einstellbarer Querschnittsverengung. Dabei erhält das Stellglied der Regelarmatur seine Stellgröße vom Regler, dem wiederum außer dem Sollwert die Regelgröße (Druckwerte, Durchflußmenge) zugeleitet wird.
• Ein besonderes Problem bei solchen Regelarmaturen stellt die Kavitation dar: Bei der Drosselung erfolgt eine Druckabsenkung mit nachfolgendem Rückgewinn eines Teils des Druckabfalls. Wenn die Druckabsenkung in die Nähe des Dampfdruckes der gedrosselten Flüssigkeit kommt und sich dabei Dampfbläschen bilden, so können diese in der Phase des Druckrtickgewinnes kollabieren.
• Bekannt ist es, daß eine einstufige Drosselklappe nur bei begrenztem Druckverlust kavitationsfrei arbeitet. Es ist weiterhin bekannt, mehrstufige Regelventile und insbesondere Mehrstufen-Entspannungsventile zu verwenden; dieser Verwendung ist Jedoch bei großen Nennweiten eine wirtschaftliche Grenze gesetzt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde9 eine Regelarmatur zur variablen9 möglichst kavitationsfreien Drosselung von in Rohrleitungen strömenden Flüssigkeitsströmen der eingangs genannten Art zu schaffen9 welche bei großer, den Anwendungsbereich mehrstuflger Regelventile abersteigender Nennweite eine Charakteristik aufweist, die über den gesamten Massenstrom- und Differenzdruck-Bereich praktisch kavitationsfrei ist Insbesondere liegt die Aufgabe vor, die Betriebskennlinie (Differenzdruck in Abahängigkeit vom Massenstrom) an die betriebsspezifischen Daten so anpassen zu können, daß ein kavitationsfreier Arbeitsbereich erzielt werden kann0 Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale in der Hauptsache gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben0 Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß die Gesamt-Regelcharakteristik dieser Mehrstufen-Regelklappenkombination, denn um eine solche handelt es sich in bevorzugter Ausführung, sich aus der degressiven Charakteristik der Regelklappen (Verstelldrossel) und der progressiven Charakteristik der Festdrosseln zus mm ensetzt, die so aufeinander abstinmibar sind, daß im Differenzdruck-Massenstrom-Diagramm ein kavitationsfreier Flächenbereich sowohl oberhalb als auch unterhalb des Kurvenastes erzielt werden kann. Die Verstelldrosseln bzw, Regelklappen können gemäß Anspruch 5 so untereinander vertrimmt werden9 daß die theoretische Auslegung der Mehrstufenkombination in der Anlage noch korrigierbar ist, um damit veränderten Betriebsbedingungen und Auslegungsparametern Rechnung zu tragen. Es besteht die Möglichkeit, das zulässige Druckgefälle in den einzelnen Drossel stellen so zu bemessen, daß das Regelverhalten und die Standze;it optimiert werden, weil auf diese Weise entweder Die Kavitation vermieden oder die Kavitation in einen für den Betrieb unbedeutenden Betriebspunkt verlegt werden kann oder schließlich ganz bewußt in ein Bauelement verlagert wird, welches als Verschleißteil ohne große Kosten und großen Aufwand ausgetauscht werden kanna Im folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, die Erfindung noch näher erläutert.
• Darin zeigt in schematischer Darstellung: Fig. 1 die Regelarmatur, ausgeführt als vierstufige Regelklappenkombination innerhalb einer Rohrleitung; Fig. 2 und 3 die vereinfacht als Einzelklappe dargestellte Doppelklappe (Fig. 2) und die zugehörige Kennlinie (Fig. 3); Fig. 4 und 5 die vereinfacht als Einzel-Festdrossel dargestellte Doppel-Festdrossel (Fig. 4) und die zugehörige Kennlinie (Fig. 5) und Fig. 6 und 7 die vereinfachte Verstell- und Fest-Drosselanordnung, die aus Fig. 2 und Fig. 4 durch Kombination erhalten wird und der Ausführung nach Fig. 1 entspricht (Fig. 6) und die sich daraus ergebende überlagerte Kennlinie (Fig. 7).
• In den Kennlinien iSP = f(Q) ist auf der Abszissenachse jeweils der Massenstrom Q in Prozent des Nenn-Massenstromes und auf der Ordinatenachse der Differenzdruck beginnend bei P2 = O bis hin zu O<P2 <P1 aufgetragen.
• Die Regelarmatur nach Fig. 1 dient zur variablen, möglichst kavitationsfreien Drosselung von in der als Ganzes mit R bezeichneten Rohrleitung strömenden Flüssigkeitsströmen, deren Mengenstrom mit Q bezeichnet und deren Strömungsrichtung durch den Pfeil 1 verdeutlicht ist.
• Die Rohrleitung; R ist beispielsweise eine Kaltkondensatleitung im Niederdruckbereich eines Küblwasserkreislaufes für Kernkraftwerke. Es könnte sich aber ganz allgemein um Kaltwasser- oder Kaltflüssigkeitsleitungen in einem Kraftwerk oder einer sonstigen Großanlage handeln, wo es darauf ankommt, den Flüssigkeitsstrom möglichst kavitationsfrei und nach Maßgabe einer Regelgröße abzudrosseln.
• Wie ersichtlich, handelt es sich um eine vierstufige Regelklappenkombination als Regelarmatur mit den beiden mechanisch miteinander gekoppelten Stellgliedern in Form der beiden Regeiklappen KI 9 K2 und den beiden den Regelklappen in Strömungsrichtung nachgeschalteten Festdrosseln D1, D2. In Strömungsrichtung gesehen folgen also die erste und die zweite Regelklappe Kl, K2 der Regelklappen-Kombination sowie die erste und die zweite Festdrossel D1, D2 im gegenseitigen Abstand al bis a3 aufeinander.
• Als Stellglieder werden wegen der großen Nennweiten der Rohrleitung R bevorzugt Regelklappen verwendet; es müssen zur Erzielung des erfindungsgemäßen Effektes davon mindestens zwei in Strömungsrichtung hintereinander liegen und weiterhin bevorzugt über eine Koppel stange 2 mit Triminvorrichtung 3 miteinander gekoppelt sein, wie es Fig. 1 schematisch zeigte Die Trimmvorrichtung 3 dient zur Längenverstellung der Koppelstange 2, welche über Gelenke 4 an ihren Enden und die beiden Schwenkhebel 2.1, 2.2 über entsprechende Büchsen oder dergleichen verdrehungssicher mit den Drchzapfen 5 der beiden Klappen K1, K2 jeweils verbunden sind An den oberen Gelenkzapfen 5 der Klappe K1 ist ein Getriebe G angekoppelt, welches aufgrund der mechanischen Kopplung tDer die Koppel stange 2 als gemeinsames Getriebe zur gleichzeitigen Betätigung beider Klappen K1, K2 dient0 Der Antriebs- motor M ist ebenfalls wie das Getriebe G lediglich schematisch angedeutet. Die Trimmvorrichtung 3 kann z.B. eine Gewindehülse sein, in welche die anliegenden Enden der beiden Stangenteile 2a, 2b mit einem Rechts-und einem Links-Gewinde eingeschraubt sind, so daß bei Drehung der Gewindehülse in der einen Drehrichtung eine Verkürzung und bei der Drehung der Gewindehülse 3 in der anderen Richtung eine Verlängerung der Stange 2 zwischen den beiden Gelenkpunkten 4,4 erfolgt. Auf diese Weise kann man eine-völlig synchrone Klappen-Schließ- und -Öffnungsbewegung erreichen oder eine Phasenverschiebung der einen Klappe gegen die andere. Die Klappen K1, K2 selbst sind von der Ausführung, die auch als "Butterfly-Valven bezeichnet wird. Im übrigen können-die Klappen K1, K2 als dicht schließender oder als nicht dicht schließende Regelklappen ausgeführt sein. Sie werden auch als Verstelldrosseln bezeichnet, im Gegensatz zu den nachgeschalteten Festdrosseln Dl, D2, deren Drosselquerschnitt nur durch Einsetzen einer anderen Drosselscheibe veränderbar ist. Dargestellt sind Mehrlochscheiben als Festdrosseln Dl, D2; grundsätzlich ließen sich jedoch auch Einlochscheiben verwenden.
• Die Rohrleitung R ist, wie ersichtlich, als einzelnen Rohrschüssen und Armaturenteilen ki, k2 sowie den Drosselscheiben Dl, D2 zusammengeflanscht, die in der Reihenfolge von links nach rechts mit rl, kl, r2, k2, r3, D1, r4, D2, r5 bezeichnet sind. Die Rohrflansche zwischen den einzelnen Rohrschüssen und Armaturenteilen sind mit f1 bis f6 bezeichnet. Die erste Klappe Ri ist innerhalb des Armaturenteiles kl angeordnet, die zweite Klappe K2 innerhalb des Armaturenteiles k2, die erste Festdrossel Dl ist im Bereich des Flansches f5 zwischen den-Rohrschüssen r3, r4 und die zweite Festdrossel D2 im Bereich des Flansches f6 zwischen den Rohrschüssen r4, r5 dichtend eingesetzt. Druckmeßgeräte sind allgemein mit PM bezeichnet. Das zur Messung des Vordruckes P1 vorgesehene Druckmeßgerät (Rohrschuß r1) ist mit PM1 bezeichnet, das Druckmeßgerät zur Messung des Druckes P2 hinter der zweiten Festdrossel D2 mit PM2 (Rohrschuß r5). Im übrigen sind jeweils noch Druckmeßgeräte PM an die Rohrschüsse bzw. Rohrleitungsstrecken r2, r3 und r4 angeschlossen Die Regelarmatur drosselt also von dem ersten Druckniveau P1 vor der ersten Klappe Kl auf das zweite, niedrigere Druckniveau P2 nach Maßgabe einer vorgegebenen Regelgröße abO Betrachtet man dabei nur die beiden Regelklappen Kl, K2, dann erhält man-gemEß Figuren 2, 3 die Kennlinie ZsP = f(Q) mit dem oberhalb des Kurvenastes schraffiert dargestellten kavitationsfreien Drosselbereich Al, wogegen der unterhalb des Kurvenastes eingezeichnete Flächenbereich AK nicht kavitationsfrei ist.
• Betrachtet man dagegen nur die beiden Festdrosseln D1, D2, die vereinfacht in Fig. 4 als einzige Festdrossel schematisch dargestellt sind , so ergibt sich ein gleichartiger Verlauf der Kennlinie diP = f(Q), nur mit dem Unterschied, daß unterhalb des Kurvenastes der (schraffierte) kavitationsfreie Bereich liegt und oberhalb des Kurvenastes der kavitationsbehaftete Drosselbereich AK".
• Durch Hintereinanderschaltung der beiden Regelklappen Kl, K2 und der beiden Festdrosseln D1, D2 so wie in Fig. 1 gezeigt und in Fig0 6 vereinfacht dargestellt, erhält man nun eine Überlagerung der beiden kavitationsfreien Drosselbereiche A1 oberhalb des Kurvenastes und A2 unterhalb des Kurvenastes, wie es Fig. 7 verdeutlicht.
• Zur Erzielung dieses Effektes sind mindestens zwei hintereinander geschaltete Stellglieder, insbesondere Regelklappen, und mindestens eine nachgeschaltete Festdrossel erforderlich. Noch günstiger ist es jedoch, zwei hintereinanderliegende Festdrosseln D1, D2 vorzusehen, wobei zwei Festdrosseln nicht die obere Grenze bilden, sondern auch mehr als zwei Festdrosseln, die in entsprechenden Abständen hintereinander geschaltet sind, verwendet werden können. So wurdenauch mit drei Festdrosseln gute Ergebnisse erzielt.
• 7 Figuren 5 PatentansprUche

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Regelarmatur zur variablen, möglichst kavitationsfreien Drosselung von in Rohrleitungen strömenden Flüssigkeitsströmen von einem ersten Druckniveau auf ein zweites niedrigeres Druckniveau nach Maßgabe einer vorgegebenen Regelgröße, insbesondere mit als Regelklappen ausgebildeten Stellgliedern großer Nennweite und/oder fUr niedriges Durckniveau, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß mindestens zwei mechanisch miteinander gekoppelten Stellgliedern (K1, ) wenigstens eine in die Rohrleitung integrierte Festdrossel (D1) nachgeschaltet ist.
2. 2. Regelarmatur nach Anspruch la d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n n e e t , daß in Strömungsrichtung gesehen die erste und zweite Regelklappe (K1, K2) einer Regelklappen-Kombination sowie eine erste und eine zweite Festdrossel (D19 D2) im gegenseitigen Abstand (a1, a2, a3) aufeinanderfolgen.
3. 3. Regelarmatur nach anspruch 1 oder 29 g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h zwischen Rohrflanschen (f5, f6) singefügte Drosselscheiben (D1, D2) als Festdrossel.
4. 4. Regelarmatur nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die erste und die zweite Regelklappe (K1, K2) über ein gemeinsames Getriebe (G) betätigbar sind,
5. 5. Regelarmatur nach Anspruch 1 oder 29 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t9 daß die beiden Regelklappen (K1, K2) über eine Koppelstange (2) mit Trimmvorrichtung (3) miteinander gekoppelt sind.