DE4313115C2 - Vorrichtung für die Kühlung von Heißdampf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Kühlung von durch eine Rohrleitung strömendem Heißdampf, mit einem quer zur Strömungsrichtung in die Rohrleitung ragenden, länglichen Düsenstock, der Wasserdurchtritts­ öffnungen aufweist, deren Wasserzufuhr mittels eines axial in den Düsenstock ragenden Steuerorgans regelbar ist, und der mit Abstand von einem mit Treibdampf be­ aufschlagbaren Mantel umgeben ist, wobei den Wasser­ durchtrittsöffnungen Wasserzerstäubungseinrichtungen zugeordnet sind.

Vorrichtungen der vorgenannten Art werden dazu einge­ setzt, durch Rohrleitungen strömenden Heißdampf auf definierte Temperaturen zu kühlen, indem Kühlwasser zerstäubt in den Dampfstrom eingesprüht wird. Um den gekühlten Dampf auf konstanter Temperatur zu halten, muß die zugeführte Kühlwassermenge einerseits der Durchflußmenge und andererseits der Temperatur des Heißdampfes angepaßt werden.

Bei einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik, wie in der DE 37 13 726 C2 beschrieben, wird das Kühlwasser mittels Treibdampf in den Heißdampfstrom gesprüht. Die­ se Vorrichtung hat den Vorteil, daß der Kühlwasserstrom in weiten Grenzen einstellbar ist. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß einzelne, in den Düsenstock einge­ setzte Kühlwasserdüsen von dem in den Düsenstock ragen­ den Steuerorgan nacheinander freigegeben bzw. geschlos­ sen werden. Das aus den Kühlwasserdüsen austretende Kühlwasser wird mit Hilfe des Treibdampfes durch Aus­ trittsöffnungen, die sich in dem den Düsenstock umge­ benden Mantel befinden, verwirbelt und in den Heiß­ dampfstrom versprüht.

Bei dieser bekannten Vorrichtung ergeben sich Nachteile daraus, daß die als Bestandteil der Wasserzerstäubungs­ einrichtungen verwendeten Kühlwasserdüsen als separate Einzeldüsen nebeneinander in den Düsenstock eingesetzt sind. Einerseits ist es fertigungstechnisch aufwendig und teuer, Einzeldüsen zu verwenden, andererseits tre­ ten auch konstruktionsbedingte Funktionsprobleme auf: Jede Kühlwasserdüse wird durch eine Anzahl von Wasser­ zuführungsöffnungen mit Kühlwasser gespeist, die im Düsenstock kreisförmig angeordnet sind. Bei einer Teil­ beaufschlagung einer Kühlwasserdüse mit Kühlwasser, d. h. wenn nur ein Teil der Wasserzuführungsöffnungen vom Steuerorgan freigegeben ist, wird das Kühlwasser durch die Kühlwasserdüsen nicht ausreichend zerstäubt. Es kommt dann zu unerwünschter Tropfenbildung. Weiter­ hin ergibt sich durch den Durchmesser der Einzeldüsen und deren einbaubedingten Abstand voneinander eine re­ lativ große Mindestbaulänge des Düsenstocks. Daraus ergibt sich ein langer Verstellweg für das Steuerorgan. Dies bedingt einen erheblichen Material- und Kostenauf­ wand für den Antriebsmechanismus des Steuerorgans.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Vorrichtung der ein­ gangs erwähnten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei geringerem baulichen Aufwand eine bei jeder Einstellung des Steuerorgans möglichst gleichmäßige, feine Zerstäu­ bung des Kühlwassers erreicht wird, wobei gleichzeitig der Verstellweg des Steuerorgans möglichst kurz sein soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausge­ hend von einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vor, daß die Wasserdurchtrittsöffnungen im Düsenstock in wenigstens einer Reihe in Verschieberichtung des Steuerorgans eng nebeneinander angeordnet sind und daß eine für alle Wasserdurchtrittsöffnungen gemeinsame Wasserzerstäubungseinrichtung eine in den Mantel ein­ gesetzte Prallplatte aufweist, die den Wasserdurch­ trittsöffnungen gegenüberliegende geneigte Prallflächen hat und Austrittsöffnungen für das Wasser-Treibdampf-Gemisch freiläßt.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind direkt vor den in Reihen angeordneten Wasserdurchtrittsöffnungen langgestreckte Prallflächen angeordnet. Die Wasser­ durchtrittsöffnungen können einzeln nacheinander durch das Steuerorgan dem Kühlwasserstrom freigegeben werden. Das aus den Wasserdurchtrittsöffnungen austretende Kühlwasser trifft dann auf die Prallflächen, wird dabei fein zerstäubt und mit dem Treibdampf vermischt. Auch wenn nur ein Teil der Wasserduchtrittsöffnungen vom Steuerorgan freigegeben wird, tritt keine Tröpfchenbil­ dung auf. Weiterhin ist ein kurzer Verstellweg des Steuerorgans realisierbar. Hierdurch und durch den Wegfall der Einzeldüsen wird ein kompakter, kostengün­ stiger Aufbau der Vorrichtung erreicht.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Prallplatte lösbar am Mantel befestigt. Durch den Kühlwasserfluß unterliegt die Prallplatte starkem Verschleiß in Form von Auswaschungen. Wird sie mit lös­ baren Befestigungselementen, z. B. Schrauben, am Mantel befestigt, ist sie als Verschleißteil einfach aus­ tauschbar. Außerdem sind bei entfernter Prallplatte die Wasserdurchtrittsöffnungen zugänglich, z. B. zu Reini­ gungszwecken. Durch den Austausch der Prallplatte ist weiterhin eine schnelle Umrüstung der Vorrichtung für geänderte Betriebsverhältnisse möglich, z. B. durch den Einbau unterschiedlich geformter Prallplatten und/oder Veränderung der Durchmesser und der Anzahl der Wasser­ durchtrittsöffnungen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Prallplatte ist jeweils einer Reihe von Wasserdurchtrittsöffnungen eine langgestreckte Prallfläche geneigt zugewandt. Da­ durch wird das aus mehreren Wasserdurchtrittsöffnungen austretende Kühlwasser beim Auftreffen auf die Prall­ fläche stark miteinander verwirbelt. Außerdem wird die konstruktive Gestaltung der Prallplatte vereinfacht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der von der Prall­ platte freigelassenen Austrittsöffnungen sieht vor, daß sich die Austrittsöffnungen von innen nach außen hin verjüngen. Das beim Auftreffen auf die Prallflächen fein zerstäubte Kühlwasser und der zugeführte Treib­ dampf strömt als Wasser-Treibdampf-Gemisch in die Aus­ trittsöffnung. Wegen der Verringerung des Durch­ schnittsquerschnitts der Austrittsöffnungen erhöht sich die Durchflußgeschwindigkeit des Wasser-Treibdampf-Gemisches. Gleichzeitig sinkt der statische Druck. Hierdurch geht das hier noch in Tröpfchenform vorlie­ gende Wasser vollständig in die Dampfphase über. Somit tritt aus den Austrittsöffnungen praktisch nur noch Sattdampf in den Heißdampfstrom ein.

In einer weiteren, vorteilhaften Gestaltung der Vorrichtung ist jeweils einer in Verschieberichtung des Steuerorgans verlaufenden Reihe von Wasserdurchtritts­ öffnungen eine längliche Austrittsöffnung zugeordnet. Dadurch wird eine sehr gute Durchmischung des in die Austrittsöffnung einströmenden Wasser-Dampf-Gemisches erreicht. Der Effekt wird dadurch noch verstärkt, daß die Austrittsöffnungen auf der Austrittsseite jeweils an mindestens einer Längsseite mit einer Vielzahl von halbrunden Ausnehmungen versehen sind. Hierdurch erfährt der Sattdampf beim Ausströmen eine intensive Verwirbelung.

Eine vorteilhafte, nahezu lineare Abhängigkeit der Kühlwassermenge von der Stellung des Steuerorgans ergibt sich, wenn die Wasserdurchtrittsöffnungen im Düsenstock in zwei Reihen auf Lücke versetzt nebenein­ ander angeordnet sind. Bei einer Verstellung des Steuerorgans werden dann die Wasserdurchtrittsöffnungen beider Reihen abwechselnd nacheinander freigegeben. Die austretende Kühlwassermenge verändert sich nahezu ste­ tig in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerorgans.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung in eingebaut ein Zustand in Seitenansicht;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung senkrecht zur Längsachse;

Fig. 3 eine Außenansicht der in den Man­ tel eingesetzten Prallplatte.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ragt die Vorrichtung in eine den zu kühlenden Heißdampf führende Rohrleitung 1, und zwar senkrecht zur Strömungsrichtung des Heißdampf­ stroms. Die Vorrichtung selbst besteht aus einem läng­ lichen Düsenstock 2, der in geringem Abstand von einem Mantel 3 umgeben ist. Der Zwischenraum zwischen Düsen­ stock 2 und Mantel 3 ist über eine Zuleitung 4 mit Treibdampf beaufschlagbar. Der in etwa becherförmig ausgeführte Mantel 3 stützt sich an seinem geschlosse­ nem Ende auf die Innenseite der Rohrleitung 1. Auf der gegenüberliegenden Seite der Rohrleitung 1 verläuft der Mantel 3 über deren Querschnitt hinaus. Er ist an sei­ nem Außenumfang gegen die Wandung der Rohrleitung 1 abgedichtet. Der im Innern des Mantels 3 liegende Dü­ senstock 2 ist auf einer Seite mit in Längsrichtung verlaufenden Reihen von Wasserdurchtrittsöffnungen 5 versehen, die sehr eng nebeneinander angeordnet sind. Die Wasserdurchtrittsöffnungen 5 sind mit einem Hohl­ raum 9 im Innern des Düsenstocks 2 verbunden. In diesem Hohlraum 9 ist in Längsrichtung ein als Steuerorgan dienender Regelkolben 10 verschiebbar. Der Hohlraum 9 ist über Zuleitungen 6 mit Kühlwasser beaufschlagbar. Bei Verschiebung des Regelkolbens 10 in Längsrichtung mittels der Betätigungsstange 11 gibt dieser die Was­ serdurchtrittsöffnungen 5 nacheinander dem Kühlwasser­ strom frei. Im Bereich der Düsenbohrungen 5 ist vor einer Öffnung im Mantel 3 eine Prallplatte 12 angeord­ net. Die Prallplatte 12 läßt an ihren Außenrändern zum Mantel 3 hin in Längsrichtung verlaufende Austrittsöff­ nungen 13 frei die den Wasserdurchtrittsöffnungen 5 zugeordnet sind. Auf der den Wasserdurchtrittsöffnungen 5 zugewandten Seite der Prallplatte 12 befinden sich in den Austrittsöffnungen 13 die Prallflächen 14.

Die Anordnung der Prallplatte 12 mit den Austrittsöff­ nungen 13 und den Prallflächen 14 ist in Fig. 2 erkenn­ bar. Weiterhin ist aus Fig. 2 ersichtlich, wie sich der Querschnitt der Austrittsöffnungen 13 von innen nach außen bis zu einem minimalen Querschnitt verjüngt, um sich anschließend wieder zu erweitern.

Fig. 3 zeigt eine Außenansicht einer Ausführungsform der Prallplatte 12. Die Prallplatte 12 ist in eine Öff­ nung des Mantels 3 eingesetzt. Die Befestigung der Prallplatte 12 erfolgt durch Befestigungsbohrungen 15 mittels Schrauben oder ähnlicher Befestigungselemente. In der dargestellten Ausführungsform der Prallplatte 12 befinden sich die in Verschieberichtung des Steueror­ gans verlaufenden, länglichen Austrittsöffnungen 13 an den äußeren Kanten der Prallplatte 12. Die Austritts­ öffnungen 13 sind auf einer Seite jeweils mit einer Anzahl von halbrunden Ausnehmungen 16 versehen.

In Fig. 3 ist gestrichelt die Anordnung der Wasser­ durchtrittsöffnungen 5 im Düsenstock 2 eingezeichnet. Dabei sind die Wasserdurchtrittsöffnungen 5 in zwei parallel verlaufenden Reihen versetzt angeordnet, so daß die Wasserdurchtrittsöffnungen 5 der einen Reihe jeweils in der Höhe des Zwischenraums zwischen zwei Wasserdurchtrittsöffnungen 5 der anderen Reihe auf Lüc­ ke liegen.

Im Betrieb wird der zwischen dem Düsenstock 2 und dem Mantel 3 befindliche Zwischenraum ständig über die Zu­ leitung 4 mit Treibdampf beaufschlagt. Der Treibdampf strömt durch die von der Prallplatte 12 zum Mantel 3 hin freigelassenen Austrittsöffnungen 13 in den Heiß­ dampfstrom. Gleichzeitig wird der im Innern des Düsen­ stocks befindliche Hohlraum 9 mit unter Druck stehendem Kühlwasser beaufschlagt. Wird nun der Regelkolben 10 mittels der Betätigungsstange 11 in Längsrichtung ver­ schoben, werden die Wasserdurchtrittsöffnungen 5 dem Kühlwasserstrom freigegeben. Dann tritt Kühlwasser durch diese Wasserdurchtrittsöffnungen 5 aus dem Dü­ senstock 2 aus und trifft auf die Prallflächen 14 der Prallplatte 12. Beim Auftreffen auf die Prallflächen 14 werden die Wasserstrahlen fein zerstäubt und durchmi­ schen sich mit dem Treibdampf. Durch den Treibdampf­ strom gelangt das Wasser-Treibdampf-Gemisch in die Aus­ trittsöffnungen 13. An der Engstelle innerhalb der Aus­ trittsöffnungen 13 sinkt der hydrostatische Druck. Da­ durch geht das feinverteilte Kühlwasser vollständig in die Dampfphase über. Der somit erreichte Sattdampf tritt in die den zu kühlenden Heißdampf führende Rohrleitung 1 aus. Dabei wird der Sattdampf beim Austritt durch die Ausnehmungen 16 in den Austrittsöffnungen 13 verwirbelt.

Claims (7)

1. Vorrichtung für die Kühlung von durch eine Rohr­ leitung strömenden Heißdampf, mit einem quer zur Strö­ mungsrichtung in die Rohrleitung ragenden, länglichen Düsenstock, der Wasserdurchtrittsöffnungen aufweist, deren Wasserzufuhr mittels eines axial in den Düsen­ stock ragenden Steuerorgans regelbar ist, und der mit Abstand von einem mit Treibdampf beaufschlagbaren Man­ tel umgeben ist, wobei den Wasserdurchtrittsöffnungen Wasserzerstäubungseinrichtungen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdurchtrittsöffnungen (5) im Düsenstock (2) in wenigstens einer Reihe in Verschieberichtung des Steuerorgans (10) eng nebeneinander angeordnet sind, und daß eine für alle Wasserdurchtrittsöffnungen (5) gemeinsame Wasserzerstäubungseinrichtung eine in den Mantel (3) eingesetzte Prallplatte (12) aufweist, die den Wasserdurchtrittsöffnungen (5) gegenüberliegende geneigte Prallfläche (14) hat, und Austrittsöffnungen (13) für das Wasser-Treibdampf-Gemisch freiläßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Prallplatte (12) am Mantel (3) mittels lösbarer Verbindungselemente befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeweils einer in Verschieberichtung des Steuerorgans (10) verlaufenden Reihe von Wasserdurch­ trittsöffnungen (5) eine langgestreckte Prallfläche (14) geneigt zugewandt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt der Austritts­ öffnungen (13) sich von der Mantelinnenseite zur Mantel­ außenseite hin verjüngt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeweils einer in Verschieberichtung des Steuerorgans (10) verlaufenden Reihe von Wasserdurch­ trittsöffnungen (5) eine längliche Austrittsöffnung (13) zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (13) auf der Austrittsseite jeweils an mindestens einer Längsseite und mit einer Vielzahl von halbrunden Ausnehmungen (16) versehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wasserdurchtrittsöffnungen (5) im Düsen­ stock (2) in zwei parallel verlaufenden Reihen angeord­ net sind, wobei die Wasserdurchtrittsöffnungen (5) der beiden Reihen in Verschieberichtung des Steuerorgans (10) gegeneinander versetzt sind.