DE548597C - Rueckschlagventil fuer Waermeaustauschvorrichtungen, insbesondere Waermespeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines auf Differenzdruck ansprechenden Rückschlagventils, insbesondere für Wärmeaustauschvorrichtungen, bei denen Dampf in eine Flüssigkeit eingeleitet wird. Für die folgenden Ausführungen wird als Beispiel der mit Dampf aufzuladende Ruthsspeicher gewählt. Der Dampf wird dem Speicher durch eine Ladeleitung zugeführt, die in den Ladeeinbau mit den Ladedüsen unter der Wasseroberfläche mündet. Infolge dieser unmittel· baren Verbindung des Wasserraumes des Speichers mit der Ladeleitung besteht die Möglichkeit, daß beim Absinken des Druckes in der Ladeleitung unter den Druck des Speichers Wasser aus diesem in die Ladeleitung gedrückt wird, ein Vorgang, der vermieden werden muß, da Wasser in der Ladeleitung zu schweren Schäden führen kann, insbesondere wenn die Ladeleitung mit Kraftmaschinen in Verbindung steht. Man muß also die Ladeleitung mit einem Organ ausrüsten, das ein Rückströmen von Wasser verhindert, und wählt allgemein hierzu ein Rückschlagventil oder eine Rückschlagklappe. Es hat sich nun im praktischen Betriebe gezeigt, daß die Rückschlagorgane in ihrer heutigen Form nicht in der Lage sind, den Übertritt von Wasser aus dem Speicher in die Ladeleitung unbedingt sicher zu verhindern, da die zur Verfügung stehende, auf das Abschlußorgan wirkende Kraft aus dem Differenzdruck oder der Rückströmung unter Umständen, vor allem bei Klemmungen, nicht zu einem sicheren Schließen des Ventils ausreicht. Aufgabe der Erfindung ist die Ausbildung des Rückschlagorgans in einer Weise, daß für das Schließen unbedingt so große Kräfte zur Verfügung stehen, daß etwaige Klemmungen überwunden werden.

Erfindungsgemäß wird das Rückschlagventil mit einem Differenzdruckkolben oder einem ähnlichen Servomotor ausgerüstet, welcher einerseits unter dem Druck der Ladeleitung unmittelbar vor oder hinter dem Ven- ⁴S til steht, andererseits mit dem Dampfdruck im Speicher in Verbindung gebracht wird. Es wird dadurch erreicht, daß ein entstehender Differenzdruck zwischen Speicherdruck und Druck in der Ladeleitung, mit dem, wie oben erläutert, die Gefahr des Zurücksaugens von Wasser in die Ladeleitung verbunden ist, unmittelbar als schließende Kraft für das Rückschlagventil oder die Rückschlagklappe ausgenutzt wird. Wird die wirksame Fläche des von dem Differenzdruck beaufschlagten Servomotors (z. B. des Differenzdruckkolbens) groß genug gewählt, so ist es möglich, bereits bei einem geringen Differenzdruck sehr große schließende Kräfte zu erzielen. Zu bedenken ist hierbei, daß zum Hochdrücken des Wassers aus dem Speicher In die Ladeleitung

.*) Von dem Patentsiicher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Kurt Halle in Berlin-Siemensstadt.

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je nach deren Zuführungshöhe oberhalb des höchsten Speicherwasserspiegels Drücke von entsprechender Wassersäulenhöhe erforderlich sind, welche zumeist mindestens Y₁₀AtIn. betragen.

Soll die nach vorstehendem zur Verfügung stehende Schließkraft noch weiter verstärkt werden, so kann noch ein weiterer Umstand ausgenutzt werden, der bei Speichern mit ίο Einleiten von Dampf unterhalb der Wasseroberfläche auftritt. Wenn nämlich eine Strömung in der Ladeleitung zwecks Aufladung des Speichers auftreten soll, so ist es erforderlich, daß der Ladedruck um den statischen Druck der über den Dampfausströmöffnungen im Speicher lastenden Wassersäule höher ist als der Speicherdruck selbst. Bei gleichem Druck würde nämlich infolge des statischen Überdruckes kern Druckgefälle vorhanden, also auch keine Strömung möglich sein. Dieser für den Ladevorgang primär erforderliche Druckunterschied lastet wiederum, und zwar in öffnendem Sinne, auf dem Differenzdruckkolben, so daß es möglich ist, das Rückschlagventil so stark durch zusätzliche Gewichte zu belasten, daß die auf das Ventil vom Gewicht ausgeübte Schließkraft etwa diesem Differenzdruck aus der statischen Druckhohe des Speicherinhalts über den Ladedüsen entspricht. Hierdurch wird erreicht, daß die Schließkraft des Ventils um die Wirkung dieser Gewichtsbelastung erhöht wird. Es wird jedoch, und das ist wesentlich, kein zusätzlicher Druckverlust durch die größere Gewichtsbelastung in der Ladeleitung erzeugt, denn der für das Öffnen des Rückschlagventils entgegen dem zusätzlichen Belastungsgewicht erforderliche Überdruck muß ja, wie gesagt, sowieso vorhanden sein, um überhaupt den Dampf in den Speicher entgegen der statischen Höhe dieser Wassersäule hineinzubringen. Das Wesen der Erfindung, für das Rückschlagorgan eine Schließkraft ausreichender Größe zu schaffen, welche keine zusätzlichen Drosselverluste im Gefolge hat, wird also bei der Anwendung des Differenzdruckservomotors durch die mögliche zusätzliche, aber unschädliche Gewichtsbelastung noch gesteigert. Der Erfolg der geschilderten Maßnahme ist, daß das Rückschlagorgan bereits bei Unterschreitung des in der Ladeleitung zur Überwindung der statischen Druckhöhe erforderlichen Differenzdruckes infolge der ähnlich groß gewählten Gewichtsbelastung schließt, während bei Auftreten eines höheren Druckes im Speicher als in der Ladeleitung gerade dieser Druck als zusätzliche Schließkraft auf das Rückschlagventil einwirkt.

Diese Anordnung kann weiterhin verbessert werden. Ein Rückströmen kann, wie bereits erwähnt, nur dann eintreten, wenn der Druck in der Ladeleitung unter den Speicherdruck absinkt. Verhütet man diese Druckabsenkung jedoch schon im Entstehen, so wird auch das Rückströmen vermieden. Erreicht kann dieses gemäß der Erfindung noch dadurch werden, daß man der Ladeleitung, sobald der Druck in dieser unter den Speicherdruck abzusinken droht, Dampf höheren Druckes aus dem Speicher selbst zufügt. Zu diesem Zweck kann man unter Vermeidung einer besonderen, mit Rückschlagventil auszustattenden Verbindungsleitung zwischen Speicher und Ladedampfleitung auch den Differenzdruckkolben und die zusätzlichen Belastungsgewichte mit Bohrungen versehen, durch welche Speicherdampf in die Ladeleitung eingeleitet werden kann, wenn der Druck in dieser absinkt. Diese Bohrungen werden zweckmäßig durch ein Rückschlagventil geschlossen gehalten, solange der Druck in der Ladeleitung höher als im Speicher ist, und erst dann geöffnet, wenn der Druck in der Ladeleitung unter den Speicherdruck absinkt. Wird das gemäß vorliegender Erfindung ausgebildete 8g Rückschlagventil mit Differenzdruckkolben auch zusätzlich mit vorerwähnten Bohrungen und innenliegendem Rückschlagventil ausgestattet, so ist zusammengefaßt die Funktion folgende.

Solange der Druck in der Ladeleitung so hoch ist, daß ein Aufladen des Speichers möglich ist, befindet sich das Ventil in oberster Stellung, und sind die Bohrungen im Differenzdruckkolben durch das kleine Rückschlagventil geschlossen. Sinkt der Druck in der Ladeleitung jedoch unter den für das Aufladen erforderlichen Druck ab, so tritt, auch wenn noch in der Ladeleitung ein höherer Druck als im Speicher selbst vorhanden ist, infolge der Gewichtsbelastung ein Schließen des Ventils ein. Will jedoch der Druck in der Ladeleitung unter den Speicherdruck absinken, so gelangt Speicherdampf durch die Bohrungen des Differenzdruckkolbens in die Ladeleitung und sucht ein weiteres Absinken des Druckes zu verhindern. Gleichzeitig beginnt auch die zusätzliche Schließkraft infolge der Differenzdruckwirkung auf den Kolben und das Ventil zu wirken, und zwar um so stärker, je höher der Differenzdruck zwischen Speicher und Ladeleitung wird, wodurch ein einwandfreies Schließen und Dichthalten erreicht wird.

Was hinsichtlich des Einbaues des Ventiles im Zusammenhang mit wassergefüllten Speichern gesagt wurde, gilt selbstverständ- ■ lieh sinngemäß auch für andere Wärmeaustauschvorrichtungen, bei denen Dampf in eine Flüssigkeit eingeleitet wird. Für den Einbau des Ventils gibt es jedoch auch noch andere Möglichkeiten, welche seine Anwendung all-

gemein überall dort gestattet, wo eine Strömung nur in einer Richtung bei Vorhandensein eines entsprechenden Differenzdruckes erfolgen soll, während bei Aufhören eines Differenzdruckes oder Umkehrung desselben ein unbedingtes Schließen des Ventils und die Vermeidung einer Rückströmung gefordert wird.

Statt z. B. bei Anlagen mit mehreren Speiehern unmittelbar an jedem Speicher ein derartiges Ventil anzuordnen, besteht auch die Möglichkeit, nur ein Ventil in die gemeinsame Ladeleitung unmittelbar vor dem automatischen Ladeventil, d. h. also in das Drucknetz vor der Speicheranlage, einzubauen. In diesem Falle ist natürlich die eine Seite des Servomotors (Differenzdruckkolbens) im Ventilgehäuse wieder mit der Ladeleitung in Verbindung, während die andere Seite desselben nicht unbedingt an den Dampfraum der Speicher selbst angeschlossen zu werden braucht, sondern es kann auch eine Verbindung mit irgendeiner Stelle der Ladeleitung zwischen Regelventil und Speicher gewählt werden.

Auch in letzterem Falle ist für das Aufladen der Speicheranlage immer ein Differenzdruck zwischen der Ladeleitung vor dem Regelventil und hinter dem Regelventil erforderlich, um überhaupt ein Aufladen zu ermöglichen.

Wählt man den Einbau des Ventils und die Impulsentnahme für die andere Seite des Differenzdruckkolbens so, daß zwischen beiden diejenigen Armaturen und Rohrleitungsteile liegen, weichte beim Aufladen der Speicheranlage den größten Druckverlust ergeben, so ist auch der zur Verfügung stehende, auf den Servomotor einwirkende Differenzdruck entsprechend groß, und es liegen die Bedingungen für eine einwandfreie Funktion des Rückschlagorganes besonders günstig. Durch die mögliche Gewichtsbelastung tritt auch hier ein Schließen des Ventils ein, ehe überhaupt Druckgleichheit erreicht ist. Hat gleichwohl irgendeine Klemmung ein völliges Schließen des Ventils verhindert, so würde der bei Rückströmung auftretende, in umgekehrter Richtung wirkende Differenzdruck das Ventil fest auf den Sitz drücken und eine Rückströmung verhindern. Bei diesem Einbaufall wäre jedoch die Anbringung von Bohrungen im Differenzdruckkolben, also eine durch besonderes Rückschlagventil verschließbare Verbindung beider Kolbenseiten, unzweckmäßig. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt. Der Dampf tritt durch den Stutzen 1 in das Ventil ein und verläßt dieses durch den Stutzen 2, um von dort dem unter Wasser gelegenen Ladeeinbau eines Ruthsspeichers zuzuströmen. 3 ist der Ventilkegel des Rückschlagventils, der sich mit einer Ringfläche 4 gegen die Sitzfläche 5 legt. Die Ventilspindel 6 ist in Bohrungen 7 und 8 geführt. Bei genügendem Überdruck vor dem Ventil wird dieses durch die von unten her wirkende größere Kraft geöffnet und schließt wieder, sobald sich die Strömungsrichtung umkehrt, d. h. wenn der Druck hinter dem Ventil im Stutzen 2 höher wird als vor dem Ventil im Stutzen 1. Zur Vergrößerung der Schließkraft des Rückschlagventils ist ein Differenzdruckkolben 9 vorgesehen, der einerseits durch Verbindung mit dem Ventilgehäuse und damit der Ladeleitung unter dem Druck in dieser Leitung steht und anderseits durch den Stutzen 13 beispielsweise mit dem Dampfraum des Speichers in Verbindung steht und mit dem Dampfdruck desselben belastet ist. Durch den Differenzdruck zwischen Ladeleitung und Speicher bei dessen Aufladen wird das Ventil in voller Öffnung erhalten, und es besteht die Möglichkeit, den Differenzdruckkolben 9 durch weitere Zusatzgewichte 10 so weit zu belasten, bis sich beide Drücke (der Öffnungsdruck und die schließende Kraft der Gewichtsbelastung) fast die Waage halten. Um den Druck in der an den Stutzen 2 anschließenden Ladeleitung höchstens bis auf den Dampfdruck im Speicher absinken zu lassen und dadurch in jedem Falle, d. h. auch bei geschlossenem. Ventilkegel 3, ein Hochsaugen von Wasser aus dem Speicher zu verhindern, sind in dem Kolben 9 und den Zusatzgewichten 10 Bohrungen 11 vorgesehen, die bei sinkendem Druck in der Ladeleitung geöffnet sind, bei höherem Druck in dieser jedoch durch eine als Rückschlagventil wirkende Platte 12 abgeschlossen sind. Solange also der Druck am Stutzen 2 etwas höher ist als der Sp eicher druck, wird die Platte 12 in- ion folge der auf ihr lastenden Druckdifferenz angehoben, so daß die Bohrungen 11 abgeschlossen sind. Der Differenzdruckkolben 9 kommt dabei zur Wirkung, und das Ventil wird durch den höheren Druck in der Ladeleitung gegenüber dem Druck im Speicher voll geöffnet. Geht diese Druckdifferenz unter die Höhe der Gewichtsbelastung des Differenzdruckkolbens 9 bzw. des Ventilkegels 3 zurück, so kommt die schließende Kraft der Gewichtsbelastung zur Wirkung. Sinkt der Druck in der Ladeleitung um ein geringes unter den Sp eicher druck, so wird die Platte 12 abwärts bewegt, und es kann jetzt Dampf aus der Leitung 13 über die Bohrungen 11 in das Ventilgehäuse und in die Ladeleitung abfließen, wodurch dem Absinken des Drukkes in der Ladeleitung entgegengearbeitet wird. Gleichzeitig wirkt auch diese Druckdifferenz auf den Differenzdruckkolben 9 in schließendem Sinne, eine Schließkraft, die mit steigender Druckdifferenz immer mehr

anwächst und das Ventil 3 auf jeden Fall zum Schließen bringt und auf seinen Sitz 5 anpreßt. Auch in geschlossenem Zustande dieses Ventils bleibt die Platte 12 in ihrer unteren Lage, so daß die Verbindung zwischen Dampfraum des Speichers über den Stutzen 13 und die Bohrungen 11 mit dem Stutzen 2 und der anschließend zum Speicher führenden Ladeleitung bestehen bleibt.

Auf diesem Wege werden die Wärmeverluste der Leitung zwischen Stutzen 2 und Speicher aus dem Dampfraum des Speichers gedeckt, und es wird ein Hochsaugen von Wasser in die Ladeleitung als anderenfalls unvermeidliche Folge dieser Wärme Verluste vermieden.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Auf Differenzdruck ansprechendes Rückschlagventil für Wärmeaustauschvorrichtungen, bei denen Dampf in eine Flüssigkeit eingeleitet wird, insbesondere für die Ladeleitung von mit Dampf aufzuheizenden Speichern, gekennzeichnet durch einen mit dem Rückschlagventil (3) verbundenen Kolben (9), dessen dem Rückschlagventilkegel zugekehrte Fläche vom Druck hinter dem Rückschlagventil (Leitung 2) und dessen andere Fläche vom Druck in der Wärmeaustauschvorrichtung belastet wird.
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche, die Schließbewegung des Ventils (3) unterstützende Gewichtsbelastung (10) für den Kolben (9), deren Größe annähernd gleich dem statischen Druck der Flüssigkeit ist, in welche der Dampf eingeleitet wird.
3. 3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Bohrungen (11) im Belastungskolben (9), welche durch ein auf der Rückschlagventilkegelseite befindliches Rückschlagorgan, z. B. in Form einer Scheibe (12), bis zum Auf treten einer Druckminderung abgeschlossen werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen