DE4304972A1 - Dampfumformventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dampfumformventil zur Reduzierung von Dampfdruck- und -temperatur. Derartige Ventile werden in der Kraftwerkstechnik und in Produktionsdampf verbrauchenden Betrieben (z. B. Textilveredelungsbetriebe, Färbereien usw.) eingesetzt.

Solche Dampfumformventile weisen ein Gehäuse mit einem Dampfeinlaß, einem Kühlwassereinlaß und einen Dampfauslaß auf. Dabei ist im Gehäuse ein Entspannungsraum und ein den Dampf- und Kühlwasserfluß regelnder Steuerkolben angeordnet. Zur Temperaturreduzierung wird in den heißen Dampf Kühlwasser eingespritzt, das dann sofort verdampfen soll. Die eingespritzte Kühlwassermenge muß der jeweiligen Dampfmenge (Teillast bzw. Vollast) angepaßt sein. Das eingespritzte Kühlwasser muß sowohl im Teillast- als auch im Vollastbetrieb vollständig verdampfen. Anderenfalls entstehen Wassertropfen, die zu erheblichen Erosions- und Thermoschockschäden führen.

Bei den bekannten Dampfumformventilen gibt es welche, bei denen Druckreduzierung und Kühlung getrennt sind und welche, bei denen gleichzeitig mit der Druckreduzierung Kühlwasser in den Entspannungsraum geregelt eingespritzt wird. Die Dampfumformventile mit einer Trennung von Druckreduzierung und Kühlung werden bevorzugt dort eingesetzt, wo im Betrieb große Änderungen in der Dampfmenge auftreten. Für geringe Änderungen in der Dampfmenge werden meistens Dampfumformventile mit Druckreduzierung und gleichzeitiger Kühlwassereinspritzung eingesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dampfumformventil zu schaffen, das in sicherer und einwandfreier Weise im Teillast- Betrieb die geregelte Kühlwassereinspritzung in den Entspannungsraum bei gleichzeitiger Dampfdruckreduzierung ermöglicht und im Vollast-Betrieb eine Trennung zwischen Dampfdruckreduzierung im Entspannungsraum und Kühlwassereinspritzung vorsieht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die sich daran anschließenden Unteransprüche enthalten Gestaltungsmerkmale, welche förderliche und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung darstellen.

Das Dampfumformventil weist ein Gehäuse mit einem Dampfeinlaß, einem Kühlwassereinlaß und einem Dampfauslaß auf. In dem Gehäuse sind ein einen Entspannungsraum bildender Lochkorb und ein den Dampf- und Kühlwasserfluß zum Entspannungsraum regelnder, axial verschiebbarer Steuerkolben angeordnet. Der Steuerkolben ist mit einem im Lochkorb axial verschiebbaren rohrförmigen Lochzylinder bewegungsstarr verbunden. Mit diesem Lochzylinder wird der Dampfeintritt in den Lochkorb und der Dampfaustritt in einen zweiten, um den Lochkorb angeordneten Entspannungsraum freigegeben oder abgesperrt. In den Lochkorb hinein ragt ein koaxiales Düsenrohr, das außerhalb des Lochkorbes mit dem Kühlwassereinlaß verbunden ist. Das Düsenrohr weist innerhalb des den Entspannungsraum bildenden Lochkorbes Einspritzöffnungen für das Kühlwasser auf. Außerhalb des Lochkorbes besitzt das Düsenrohr eine Einspritzdüse, die in den Dampfauslaß-Bereich hineinragt. Der Steuerkolben ist im Düsenrohr verschiebbar und gibt mit einem Kolbenteil die Einspritzöffnungen im Düsenrohr für Kühlwasser frei oder sperrt sie ab. Mit einem zweiten Kolbenteil regelt der Steuerkolben den Kühlwassereinlaß in der Größe des Durchflußquerschnittes für den Kühlwasserfluß zu den Einspritzöffnungen und/oder zu der Einspritzdüse.

Das Kühlwasser wird so im Teillast-Betrieb sowohl über die Einspritzöffnungen in den Entspannungsraum gleichzeitig mit der Druckreduzierung eingespritzt, als auch über die Einspritzdüse nach der Dampfdruckreduzierung in den Dampfauslaß-Bereich eingespritzt. Im Vollast-Betrieb wird das gesamte Kühlwasser über die Einspritzdüse nach der Dampfdruckreduzierung in den Dampfauslaß-Bereich eingespritzt.

Das Kühlwasser wird im Teillast- und Vollast-Betrieb einwandfrei eingespritzt und vollständig verdampft. Dies bedeutet eine größere Betriebssicherheit und längere Lebensdauer des Dampfumformventils.

Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches nachfolgend näher erläutert wird. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch das Dampfumformventil in geschlossener Stellung,

Fig. 1a den Durchflußquerschnitt des Kühlwassereinlasses,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Dampfumformventil im teilweise geöffneten Zustand.

Das Dampfumformventil weist ein Gehäuse (4) mit einem Dampfeinlaß (1), einem Kühlwassereinlaß (3) und einem Dampfauslaß (2) auf. In dem Gehäuse (4) sind ein einen Entspannungsraum bildender Lochkorb (11) und ein den Dampf und Kühlwasserfluß zum Entspannungsraum regelnder, axial verschiebbarer Steuerkolben (5) angeordnet. Der Steuerkolben (5) ist mit einem im Lochkorb (11) axial verschiebbaren Lochzylinder (6) bewegungsstarr verbunden. Dieser Lochzylinder (6) gibt den Dampfeintritt (D) in den Lochkorb (11) und den Dampfaustritt in einen zweiten, um den Lochkorb (11) angeordneten Entspannungsraum (10) frei oder sperrt ihn ab. In den Lochkorb (11) ragt ein koaxiales Düsenrohr (14) hinein, welches außerhalb des Lochkorbes (11) mit dem Kühlwassereinlaß (3) verbunden ist. Innerhalb des Lochkorbes (11) weist das Düsenrohr (14) Einspritzöffnungen (15) für das Kühlwasser (W) auf. Außerhalb des Lochkorbes (11) ragt das Düsenrohr (14) in den Dampfauslaß (2) hinein und hat dort eine Einspritzdüse (16) für das Kühlwasser (W).

Ein mit dem Steuerkolben (5) im Düsenrohr (14) verschiebbares erstes Kolbenteil (7) gibt die Einspritzöffnungen (15) im Düsenrohr (14) nacheinander frei oder sperrt sie ab. Ein zweites Kolbenteil (8) regelt den Kühlwassereinlaß (3) in der Größe des Durchflußquerschnittes (X) für den Kühlwasserfluß zu den Einspritzöffnungen (15) im Entspannungsraum und/oder zu der Einspritzdüse (16) im Dampfauslaß (2).

Der den Lochkorb (11) umgebende zweite Entspannungsraum (10) ist über Durchströmöffnungen (17) mit dem einen dritten Entspannungsraum bildenden Dampfauslaß (2) verbunden.

Der rohrförmige Lochzylinder (6) ist in zwei Bereiche mit unterschiedlicher Funktion unterteilt. Auf seinem dem Dampfeinlaß (1) zugeordneten axialen Längenbereich weist der Lochzylinder (6) Entspannungslöcher (6a) für den Dampfeintritt in den Lochkorb (11) auf, während der dem zweiten Entspannungsraum (10) zugeordnete axiale Längenbereich als geschlossene Absperrwandung (6b) zur wechselweisen Freigabe und Absperrung der Entspannungslöcher im Lochkorb (11) ausgebildet ist.

Der Steuerkolben (5) ist mit seinen beiden Kolbenteilen (7, 8) einstückig ausgebildet, wobei zwischen beiden Kolbenteilen (7, 8) eine Kolbenstange (20) verläuft, welche zwischen sich und dem Düsenrohr (14) einen Ringraum (13) für den Kühlwasserfluß zu den Einspritzöffnungen (15) des Düsenrohres (14) bildet. Die beiden Kolbenteile (7, 8) sind mittels Kolbenringdichtung (9), vorzugsweise aus Metall, gas- und wasserdicht im Düsenrohr (14) geführt.

Der Durchflußquerschnitt (X) des Kühlwassereinlasses (3) besitzt einen tropfenförmigen Vorsteuerquerschnitt, der mit seinem großen Tropfenquerschnitt in Richtung Einspritzöffnungen (15) des Düsenrohres (14) zeigt. Anstatt des tropfenförmigen Vorsteuerquerschnittes kann der Durchflußquerschnitt des Kühlwassereinlasses (3) aus mehreren Vorsteuerlöchern gleicher und/oder unterschiedlicher Größe gebildet sein.

Um den Lochkorb (11) ist ein zweiter (äußerer) Lochkorb (12) als weitere Entspannungsstufe angeordnet, welcher mit einer Trennwandung (12a) am inneren Lochkorb (11) anliegt und den äußeren Lochkorb (12) in zwei Lochabschnitte unterteilt.

Der Steuerkolben (5) ist in Höhe des Dampfeinlasses (1) von einem Lochkorb (18) umgeben, durch dessen Öffnungen der Dampf für eine möglichst gleichmäßige Umströmung des Steuerkolbens (5) einströmt.

Der axiale Abstand zwischen den beiden Kolbenteilen (7, 8) des Steuerkolbens (5) ist derart bemessen, daß in der Absperrstellung (vgl. Fig. 1) der Einspritzöffnungen (15) des Düsenrohres (14) durch das erste Kolbenteil (7) der gesamte Durchflußquerschnitt (X) des Kühlwassereinlasses (3) vom zweiten in einer Endstellung stehenden Kolbenteil (8) in Richtung Einspritzöffnungen (15) freigegeben und in Richtung Einspritzdüse (16) abgesperrt ist.

Zum Öffnen des Dampfumformventiles wird der Lochzylinder (6) mit dem Steuerkolben (5) teilweise aus dem Lochkorb (11) herausgezogen (vgl. Fig. 2). Damit werden gleichzeitig die Entspannungslöcher (6a) des Lochzylinders (6) für den Dampfeintritt in den Lochkorb (11) und die durch die Absperrwandung (6b) des Lochzylinders (6) verschlossenen Entspannungslöcher des Lochkorbes (11) für den Dampfaustritt teilweise freigegeben. In dieser Teillast-Betrieb-Stellung sind die Einspritzöffnungen (15) des Düsenrohres (14) teilweise oder vollständig durch das erste Kolbenteil (7) freigegeben. Der Durchflußquerschnitt (X) des Kühlwassereinlasses (3) ist dann vom zweiten Kolbenteil (8) sowohl in Richtung Einspritzöffnungen (15) als auch in Richtung Einspritzdüse (16) freigegeben.

Bei Vollast-Betrieb befindet sich das zweite Kolbenteil (8) in seiner zweiten in Richtung Einspritzöffnungen (15) des Düsenrohres (14) verfahrenen Endstellung, in der der Durchflußquerschnitt (X) vollständig freigegeben, der Kühlwasserfluß zu den Einspritzöffnungen (15) des Düsenrohres (14) abgesperrt und der Kühlwasserfluß zu der Einspritzdüse (16) vollständig offen ist. In dieser Stellung wird also kein Kühlwasser (W) in den den Entspannungsraum bildenden Lochkorb (11) eingespritzt.

Je größer die zu kühlende Dampfmenge ist, desto mehr Kühlwasser wird benötigt. Zur vollständigen Verdampfung des Kühlwassers (W) reicht das Entspannungsvolumen des Lochkorbes (11) dann nicht mehr aus. Um die Bildung von schädlichen Wassertropfen zu vermeiden, wird mit steigender Dampfmenge immer mehr Kühlwasser (W) über die Einspritzdüse (16) in den Bereich des Dampfauslasses (2) eingespritzt. Bei Vollast- Betrieb wird das gesamte Kühlwasser (W) dort eingespritzt.

Zum Einspritzen des Kühlwassers (w) über die Einspritzdüse (16) wird dieses dort zusätzlich verwirbelt. Der Hubraum über dem Steuerkolben (5) ist über einen Ausgleichkanal (19) mit dem dem Dampf zugänglichen Teil des Gehäuses (4) verbunden.

Claims (8)

1. Dampfumformventil mit einem einen Dampfeinlaß, einen Kühlwassereinlaß und einen Dampfauslaß aufweisenden Gehäuse, in dem ein einen Entspannungsraum bildender Lochkorb und ein den Dampf- und Kühlwasserfluß zum Entspannungsraum regelnder, axial verschiebbarer Steuerkolben angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Steuerkolben (5) mit einem im Lochkorb (11) axial verschiebbaren, den Dampfeintritt (D)in den Lochkorb (11) und den Dampfaustritt in einen zweiten, um den Lochkorb (11) angeordneten Entspannungsraum (10) freigebender und absperrender rohrförmiger Lochzylinder (6) bewegungsstarr verbunden ist,
• b) in den Lochkorb (11) ein koaxiales Düsenrohr (14) hineinragt, welches außerhalb des Lochkorbes (11) mit dem Kühlwassereinlaß (3) verbunden ist, innerhalb des Lochkorbes (11) Einspritzöffnungen (15) für das Kühlwasser (W) und außerhalb des Lochkorbes (11) eine Einspritzdüse (16) für Kühlwasser (W) aufweist,
• c) der Steuerkolben (5) in dem Düsenrohr (14) verschiebbar ist und ein erstes, die Einspritzöffnungen (15) im Düsenrohr (14) freigebendes und absperrendes Kolbenteil (7) und ein zweites, den Kühlwassereinlaß (3) in der Größe des Durchflußquerschnittes (X) für den Kühlwasserfluß zu den Einspritzöffnungen (15) und/oder zu der Einspritzdüse (16) regulierendes Kolbenteil (8) aufweist,
• d) der den Lochkorb (11) umgebende Entspannungsraum (10) über Durchströmöffnungen (17) mit dem einen dritten Entspannungsraum bildenden Dampfauslaß (2) verbunden ist, in den die Einspritzdüse (16) hineinragt.

2. Dampfumformventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochzylinder (6) auf dem dem Dampfeinlaß (1) zugeordneten axialen Längenbereich Entspannungslöcher (6a) für den Dampfeinlaß aufweist und auf dem dem zweiten Entspannungsraum (10) zugeordneten axialen Längenbereich als geschlossene Absperrwandung (6b) zur wechselweisen Freigabe und Absperrung der Entspannungslöcher im Lochkorb (11) ausgebildet ist.

3. Dampfumformventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (5) mit seinen beiden Kolbenteilen (7, 8) einstückig ausgebildet ist und dabei zwischen beiden Kolbenteilen (7, 8) eine Kolbenstange (20) verläuft, welche zwischen sich und dem Düsenrohr (14) einen Ringraum (13) für den Kühlwasserfluß zu den Einspritzöffnungen (15) des Düsenrohres (14) bildet.

4. Dampfumformventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kolbenteile (7, 8) des Steuerkolbens (5) mittels Kolbenringdichtungen (9) gas- und wasserdicht im Düsenrohr (14) geführt sind.

5. Dampfumformventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt (X) des Kühlwassereinlasses (3) einen tropfenförmigen Vorsteuerquerschnitt aufweist, der mit seinem großen Tropfenquerschnittbereich in Richtung Einspritzöffnungen (15) des Düsenrohres (14) zeigt.

6. Dampfumformventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußquerschnitt (X) des Kühlwassereinlasses (3) aus mehreren Vorsteuerlöchern gleicher und/oder unterschiedlicher Größe gebildet ist.

7. Dampfumformventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen den beiden Kolbenteilen (7, 8) des Steuerkolbens (5) derart bemessen ist, daß in der Absperrstellung der Einspritzöffnungen (15) des Düsenrohres (14) durch das erste Kolbenteil (7) der gesamte Durchflußquerschnitt (X) des Kühlwassereinlasses (3) vom zweiten in einer Endstellung stehenden Kolbenteil (8) in Richtung Einspritzöffnungen (15) freigegeben und in Richtung Einspritzdüse (16) abgesperrt ist, in der die Einspritzöffnungen (15) des Düsenrohres (14) teilweise oder vollständig freigebenden Stellung des ersten Kolbenteiles (7) der Durchflußquerschnitt (X) des Kühlwassereinlasses (3) vom zweiten Kolbenteil (8) in Richtung Einspritzöffnungen (15) und in Richtung Einspritzdüse (16) freigegeben ist und in der in der zweiten, in Richtung Einspritzöffnungen (15) des Düsenrohres (14) verfahrenen Endstellung des zweiten Kolbenteiles (8) der Durchflußquerschnitt (X) des Kühlwassereinlasses (3) vollkommen freigegeben, der Wasserfluß zu den Einspritzöffnungen (15) des Düsenrohres (14) abgesperrt und der Kühlwasserfluß zu der Einspritzdüse (16) vollständig offen ist.

8. Dampfumformventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß um den Lochkorb (11) ein zweiter (äußerer) Lochkorb (12) als weitere Entspannungsstufe angeordnet ist, welcher mit einer Trennwandung am inneren Lochkorb (11) anliegt und den äußeren Lochkorb (12) in zwei Lochabschnitte unterteilt.