DE736081C

DE736081C - Avoidance of liquid hammers in power or working machines

Info

Publication number: DE736081C
Application number: DER111198D
Authority: DE
Inventors: Dr Kurt Linge
Original assignee: Rheinmetall Borsig AG
Current assignee: Rheinmetall AG
Priority date: 1941-10-10
Filing date: 1941-10-10
Publication date: 1943-06-07

Description

Vermeidung von Flüssigkeitsschlägen bei Kraft- oder Arbeitsmaschinen Bei Kraft- und Arbeitsmaschinen, wie Kolbendampfmaschinen,- Dampfturbinen oder Kältekompressoren, die mit Sattdampf oder mit leicht überhitztem Dampf arbeiten, können Flüssigkeitsschläge auftreten, wenn -größere Mengen des flüssigen Arbeitsmittels von dem Dampf in die Maschine mitgerissen werden. Dies ist der Fall, wenn der Dampfkessel durch Überfüllung oder Schaumbildung überkocht. Bei Kältemaschinen zeigen sich Flüssigkeitsschläge, wenn der Verdampfer mit dem flüssigen Kältemittel überfüllt wird, so -daß der Flüssigkeitsabscheider -nicht mehr ordnungsgemäß arbeiten kann. Hier ist die Gefahr der Flüssigkeitsschläge im Verdichter besonders. groß, weil Kältemaschinen mit möglichst kleinem schädlichem Raum gebaut werden. - Die Flüssigkeitsschläge können zu erheblichen Maschinenschäden, unter Umständen sogar zum Bruch von Maschinenteilen führen. Durch Verwendung elastisch angeordneter Zylinderdeckel oder elastisch gelagerter Ventile ist es zwar möglich, die schädliche Wirkung der mitgerissenen Flüssigkeit zu mildern. Bei starker Flüssigkeitsmitnahme können jedoch selbst diese Einrichtungen eine Zerstörung des Zylinders nicht verhindern.Avoidance of liquid hammers in power or working machines For engines and machines, such as piston steam engines, steam turbines or refrigeration compressors, those who work with saturated steam or with slightly superheated steam can cause liquid hammer occur when larger amounts of the liquid working medium from the steam into the Machine can be carried away. This is the case when the steam boiler is due to overcrowding or foaming boiled over. Liquid slugging occurs in chillers, if the evaporator is overfilled with the liquid refrigerant, so -that the liquid separator - can no longer work properly. Here is the risk of liquid hammer especially in the compressor. big, because chillers with as little harmful as possible Space to be built. - The liquid hammer can cause considerable damage to the machine, may even lead to the breakage of machine parts. Elastic by using arranged cylinder cover or elastically mounted valves, it is possible to mitigate the harmful effects of the entrained liquid. With heavy fluid entrainment however, even these devices cannot prevent the cylinder from being destroyed.

Die . nachfolgend beschriebene Erfindung schließt gefährliche Betriebs-zustände dadurch aus, daß der Flüssigkeitsgehalt des in die, Maschine eintretenden Dampfes laufend überwacht und die Maschine selbsttätig abgestellf wird, wenn der Flüssigkeitsanteil des Dampfes so groß wird, daß die Maschine durch Flüssigkeitsschläge gefährdet ist. Erfindungsgemäß sind in der Eintrittsleitung des Arbeitsmittels zwei Widerstandsthermometer angeordnet, von denen das eine, wie üblich, von einem schwachen Strom durchflossen ist und das andere nennenswert stärker-als dieses beheizt ist. -Während das normale, also nur ganz schwach beheizte Widerstandsthermometer die tatsächliche Temperatur des Dampfes in der Eintrittsleitung anzeigt, gibt das elektrisch stärker-beheizte Widerstandsthermomgter eine Übertemperatur an, die von der Stärke der Heizung und von der Wärmeübergangszahl zwischen dem Widerstandsdraht und dem strömenden Dampf abhängt. Wird mit gleichbleibender Heizung gearbeitet, so ist die Temperaturdifferenz beider Thermometer lediglich von der Wärmeübergangszahl abhängig. Die Wärmeübergangszahl ändert sich aber sehr stark mit dem Flüssigkeitsgehalt des Dampfes, da der Wärmeübergang von einem festen Körper an eine Flüssigkeit etwa 2o- bis 5ofach so groß ist wie an strömenden Dampf: Wenn also in der Eintrittsleitung gesättigter oder überhitzter Dampf strömt, ist die Temperaturdifferenz der beiden Thermometer groß. Sobald der Dampf einen geringen Flüssigkeitsgehalt aufweist, wird die Wärmeübertragung an dem stark beheizten Thermometer sehr stark verbessert und damit die Temperatur dieses Thermometers erheblich erniedrigt. Die von beiden Thermometern angezeigte Temperaturdifferenz wird somit im gleichen Augenblick, wo der Dampf Flüssigkeitströpfchen mitreißt, bedeutend verringert, und zwar ohne jede Verzögerung. Ist beispielsweise die Heizung des Thermometers so gewählt, daß die angezeigte Temperaturdifferenz beider Thermometer bei trocken gesättigtem Dampf 30° C beträgt, so geht diese Temperaturdifferenz schon bei geringem, an sich ungefährlichem Flüssigkeitsgehalt auf etwa ein Fünftel, also auf 6° C zurück. Bei vollständiger Benetzung des Widerstandsthermometers beträgt die Temperaturdifferenz nur noch r bis s° C.The . The invention described below closes dangerous operating conditions characterized in that the liquid content of the steam entering the machine continuously monitored and the machine is automatically switched off when the liquid content of the steam becomes so great that the machine is at risk from liquid hammer. According to the invention, there are two resistance thermometers in the inlet line of the working medium arranged, one of which, as usual, flowed through a weak current and the other is noticeably stronger than this is heated. -While the normal, so only very weakly heated resistance thermometers the actual temperature of steam in the inlet line indicates that it is electrically stronger-heated resistance thermometers show an overtemperature, which is of the strength the heating and the heat transfer coefficient between the resistance wire and the depends on the flowing steam. If constant heating is used, this is the case The temperature difference between the two thermometers only depends on the heat transfer coefficient. The heat transfer coefficient changes very strongly with the liquid content of the Steam, since the heat transfer from a solid body to a liquid is about 2o- is up to 5 times the size of flowing steam: So if in the inlet pipe saturated or superheated steam is the temperature difference between the two Thermometer big. As soon as the vapor has a low liquid content, will the heat transfer to the strongly heated thermometer is very much improved and so that the temperature of this thermometer is considerably lowered. The one from both thermometers displayed temperature difference is thus at the same instant where the vapor liquid droplets carried away, significantly reduced, and without any delay. Is for example the heating of the thermometer is selected so that the displayed temperature difference of both thermometers with dry saturated steam is 30 ° C, this temperature difference goes even with a low, inherently harmless liquid content to about a fifth, so back to 6 ° C. When the resistance thermometer is completely wetted, the temperature difference is only r to s ° C.

Gemäß der Erfindung wird die bei der Mitführung von Flüssigkeit sich einstellende Temperaturdifferenz zum Abschalten der Arbeits- oder Kraftmaschine verwendet und so eine Gefährdung durch Flüssigkeitsschläge verhindert. Das Stillsetzen der Maschine wird vorzugsweise selbsttätig bewirkt, indem ein in der Eintrittsleitung des Arbeitsmittels vorgesehenes Schnellschluß.ventil betätigt oder, bei Arbeitsmaschinen mit elektrischem Antrieb, der Antriebsmotor abgeschaltet wird.According to the invention, the entrainment of liquid will be Adjusting temperature difference for switching off the work machine or engine is used and thus prevents the risk of liquid hammer. The shutdown the machine is preferably effected automatically by placing a in the inlet line the quick-action valve provided for the work equipment is actuated or, in the case of work machines with electric drive, the drive motor is switched off.

In der Zeichnung ist die Anordnung der Sicherheitsvorrichtung beispielsweise bei einer Kälteanlage schematisch dargestellt.In the drawing, the arrangement of the safety device is for example shown schematically in a refrigeration system.

In der vom Verdampfer c, zum Verdichter b führenden Saugleitung c ist ein Anzeigegerät d mit einem Impulsgeber angeordnet, welches aus einem normalen Widerstandsthermometer f und einem zweiten Widerstandsthermometer g besteht, dessen Widerstandskörper durch eine besondere Stromquelle (nicht dargestellt) elektrisch verhältnismäßig stark beheizt ist. Die beiden Zeiger des Anzeigegerätes .d sind mit Kontakten versehen, die bei gefährlichem Flüssigkeitsgehalt des Dampfes einen Impuls auslösen, der dazu benutzt wird, den Verdichter b selbsttätig stillzusetzen oder bzw. und erforderlichenfalls ein Signal zu betätigen. Die Kontakte können verstellbar angeordnet sein; um die Einrichtung den praktischen Bedürfnissen anpassen zu können. Zum Stillsetzen der Maschine kann beispielsweise ein in- der Saugleitung e angeordnetes Schnellschlußventil h dienen, welches in bekannter Weise durch den elektrischen Impuls über ein Relais betätigt wird. Mit Hilfe des Impulses könnte aber auch, wie mit gestrichelten Linien angedeutet ist, der Schalter i des Antriebsmotors k ausgelöst und so die Maschine stillgesetzt werden.In the suction line c leading from the evaporator c to the compressor b there is a display device d with a pulse generator, which consists of a normal resistance thermometer f and a second resistance thermometer g, the resistance body of which is relatively heated electrically by a special power source (not shown). The two pointers of the display device .d are provided with contacts which, if the vapor content is dangerous, trigger an impulse which is used to automatically shut down the compressor b or, if necessary, to activate a signal. The contacts can be arranged to be adjustable; in order to be able to adapt the facility to practical needs. To stop the machine, for example, a quick-action closing valve h arranged in the suction line e can be used, which is actuated in a known manner by the electrical impulse via a relay. With the help of the pulse, however, as indicated by dashed lines, the switch i of the drive motor k could be triggered and the machine thus stopped.

Die beschriebene Einrichtung hat den Vorteil, daß sie schon bei geringen Flüssigkeitsmengen im Dampf sofort anspricht, da die Wärmekapazität des -Widerstandsthermometers sehr gering ist. Zweckmäßig witd man die beiden Widerstandsthermometer am Anfang der Saugleitung (Eintrittsleitung), also in genügender Entfernung von der Maschine anordnen, um auf jeden Fall das Eintreten von Flüssigkeitströpfchen in die Maschine zu verhindern. Die zur Beheizung des Widerstandsthermometers erforderliche elektrische Energie ist so gering, daß die Stromkostenpraktisch keine Rolle spielen; auch die geringe Aufheizung des Dampfes ist ohne Bedeutung.The device described has the advantage that it is even at low Liquid volume in the steam responds immediately, as the heat capacity of the resistance thermometer is very low. It is useful to use the two resistance thermometers at the beginning the suction line (inlet line), i.e. at a sufficient distance from the machine arrange to definitely prevent liquid droplets from entering the machine to prevent. The electrical required to heat the resistance thermometer Energy is so little that the cost of electricity is practically irrelevant; also the slight heating of the steam is irrelevant.

Die Einrichtung ist auch beim Anfahren der Maschine brauchbar, indem sie eingeschaltet wird, bevor die Maschine anläuft. Befindet sich Flüssigkeit in der Leitung, so ergibt sich eine kleine Temperaturdifferenz an -dem Anzeigegerät, so daß das Schnellschlußventil sich nicht öffnen läßt oder der Antriebsmotor nicht eingeschaltet werden kann.The device is also useful when starting the machine by it is switched on before the machine starts. Is there liquid in the line, there is a small temperature difference on the display device, so that the quick-closing valve cannot be opened or the drive motor cannot can be switched on.

Bei Kältemaschinen darf die Beheizung des zweiten Widerstandsthermometers nur so weit vorgenommen werden, daß eine schädliche, den gesamten Arbeitsprozeß beeinflussende Aufheizung - des Kältemitteldampfes unterbleibt. Dagegen bringt bei Kraftmaschinen eine Aufheizung des Arbeitsdampfes keine Nachteile mit sich, so daß mit starker Beheizung und entsprechend größeren Temperaturdifferenzen gearbeitet werden kann als bei Kältemaschinen und auch einfachere und weniger empfindliche Geräte anwendbar sind. Bei solchen Maschinen, wie beispielsweise Dampfmaschinen oder Dampfturbinen, bei -denen der Dampfdruck in der Zuleitung und damit auch die Sättigungstemperatur nahezu gleich bleibt, kann man auf das erste normale Widerstandsthermometer ganz verzichten, da Änderungen. in der Anzeige dieses Thermometers nicht zu erwarten sind. Die _ Steuerung der Sicherheitsvorrichtung kann dann allein durch das zweite beheizte Widerstandsthermometer@ erfolgen, so daß die Maschine abgestellt wird, wenn die ÜTbertempe= ratur-des beheizten Widerstandsthermometers durch Sättigung des Dampfes bis unter eine zulässige Grenze abfällt. Bei Kältemaschinen wirdr man vorzugsweise mit zwei Thermometern arbeiten, da hier mit größeren Änderungent des Druckes in der Zuleitung und daher mit Änderungen der Sättigungstemperatur gerechnet werden Muff.In the case of refrigeration machines, the heating of the second resistance thermometer is permitted can only be made so far that a damaging effect on the entire work process Influencing heating - of the refrigerant vapor does not occur. Against it teaches Engine heating of the working steam does not entail any disadvantages, so that worked with strong heating and correspondingly larger temperature differences than with refrigeration machines and also simpler and less sensitive Devices are applicable. In machines such as steam engines or steam turbines, both of which the steam pressure in the supply line and thus also the Saturation temperature remains almost the same, one can look at the first normal resistance thermometer completely refrain from changes. in the ad this Thermometer are not expected. The control of the safety device can then alone through the second heated resistance thermometer @ so that the machine is switched off when the overtemperature of the heated resistance thermometer drops below a permissible limit due to the saturation of the steam. With chillers It is preferable to work with two thermometers, as there are greater changes here the pressure in the supply line and therefore changes in the saturation temperature are expected be muff.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for the automatic avoidance of liquid hammer in power or working machines that alternate with saturated or superheated steam Temperature. or variable pressure, characterized in that that a resistance thermometer through which a weak current flows in the usual way (f) and a stronger than this heated resistance thermometer (g) in the inlet line (C) of the work equipment are arranged, the display difference to turn off the Machine serves. a. - Modification of the device according to claim i for automatic Avoiding liquid hammers in power or working machines that use steam are operated at approximately constant temperature or constant pressure, characterized in that only a strongly heated one in the steam supply line .Thermometer is arranged, which in the event of impermissible saturation of the steam and the resulting drop in its heating excess temperature is the one that processes the steam. Machine switches off. 3. Device according to claim i and 2, characterized in that that, depending on the temperature difference, a in the inlet line (s) the quick-acting valve (h) arranged for the steam is actuated. q :. Facility according to claim z and 2 for work machines with electric drive, characterized in that - that the 'drive motor (k) stopped depending on the temperature difference will.