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Kondenstopf Die Erfindung betrifft Kondenstöpfe, die besonders bei
mit Wasserdampf arbeitenden Anlagen verwendet werden können, aber auch zum Abscheiden
der Flüssigkeitsphase aus einer Mischung von Flüssigkeits- und Dampfphase eines
beliebigen. Stoffes geeignet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist, aus einer mit Dampf arbeitenden Anlage
das sich in dieser bildende Kondensat sofort bei seiner Bildung schnell abzuführen.
Dabei soll,das Ventil bis zu einer sehr geringen Druckhöhe durch :die Dampfphase
geschlossen gehalten werden.
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Weiterhin wird eine bessere Regelung der Kondensatabscheidung mittels
Kondenstöpfe bezweckt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, den sich
im Kondenstopf bewegenden Ventilen eine genaue Führung zu geben und beim Öffnen
des Ein-und Auslaßventils das Öffnungsverhältnis beider Ventile gleichzuhalten und
dem jeweiligen Zustand -des Strömungsmittels anzupassen.
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Ferner wird gemäß der Erfindung ein Ventilbetätigungshebel schwenkbar
gelagert und dabei durch eine Feder in seiner Lage gehalten..
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Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen Kondenstopf durch eine im
Strömungsweg liegende Impulsscheibe die Öffnungskraft des Einlaßventils erhöht.
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Der an Hand der Zeichnungen im folgenden beschriebene Kondenstopf
ist eine sich besonders für Anlagen mit einem mittleren oder hohen Kondensatanfall
eignende Weiterentwicklung eines bekannten Kondenstopfes, der nahe beieinander angeordnete
und im Betrieb gemeinsam schwenkbare Ein- und Auslaßventile besitzt.
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Bei dem bekannten Kondenstopf verhindern die besonderen Betriebseigenschaften
des Kondenstopfes
ein völliges Schließen des Einlaßventils. Gemäß
der vorliegenden Erfindung trifft der Hebel, in dem die Ventile sitzen, in seiner
Schließstellung auf eineu Anschlag, derderart angeordnet ist, daß keines der beiden
Ventile geschlossen ist, wenn der Hebel am Anschlag anliegt. Sowohl das Einlaßventil
wie das Auslaßventil sind einstellbar. Dabei werden die Ventile so eingestellt,
daß beide Ventile offen sind, wenn der Kondenstopf sich seiner Schließstellung nähert.
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Das Einlaßventil ist vorzugsweise so gestaltet, daß ein bestimmtes.
Öffnungsverhältnis zwischen Ein,-und Auslaßventil im ganzen Bewegungsbereich ,der
Ventile eingehalten wird, das zu jeder Zeit dem Zustand des Strömungsmittels entspricht.
Obgleich die theoretisch beste Form des Ventils die in Fig. 7 gezeigte Knollenform
ist, arbeitet ein genau Winkelrecht bearbeitetes konisches Ventil ebenfalls zufriedenstellend
und ist wegen seiner einfacheren und billigeren Herstellung vorzuziehen.
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Das Auslaßventil ist vorzugsweise als flache Scheibe ausgebildet,
kann aber auch in seiner Form dem Einlaß.ventil ähnlich sein, vorausgesetzt, daß
es so gestaltet ist, daß das Öffnungsverhältnis beider Ventile den gewünschten Wert
hat.
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Das Einlaßventil ist vom Hebelschwenkpunkt weiter als das Auslaßventil
entfernt, wobei sein Kegel so weit in die Ventilöffnung hineinragt, daß das Öffnungsverhältnis,
das beispielsweise :2 : i ist, beider Ventile beim Öffnen. und Schließen gleichbleibt.
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Der Hebel ist an seinem freien Ende geführt und bewegt sich beim Öffnen
und Schließen in der gleichen Bahn.
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Um das Schwenken des Hebels einfach und möglichst ohne Reibung vor
sich gehen zu lassen, wird -der Hebel vorzugsweise auf einer Schneide gelagert und
dort mittels einer Feder behalten.
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Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsart, die eine von vielen
möglichen Ausführungsarten ist, eignet sich besonders zur Erläuterung .der Wirkungsweise
des erfindungsgemäß gestalteten Kondenstopfes.
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Fig. i ist ein Längsschnitt durch den Kondenstopf gemäß Linie i-i
:der Fig. 3, der die Vorrichtung in nahezu völlig geöffnetem Zustand zeigt; Fig.
2 ist ein der Fig. i entsprechender Schnitt, der die Vorrichtung in geschlossenem
Zustand zeigt; Fig. 3 ist eine Draufsicht auf den in Fig. 2 gezeigten Kondenstopf
ohne Deckel; Fig.4 ist ein vergrößerter Teilschnitt gemäß Linie 4-4 der Fig. 3 ;
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf das Gehäuse; Fig. 6 zeigt eine iandere Ausführungsart
eines in Fig. 2 gezeigten. Ventils; Fig. 7 zeigt in einem Teilschnitt eine andereAusführungsform
des in Fig. 2 gezeigten Einlaßventils; Fig. 8 zeigt in einem Teilschnitt eine Abwandlung
eines weiteren in Fig.2 gezeigtenKondenstopftei.les ; Fig. 9 ist ein Schnitt gemäß
der Linie 9-9 der a Fig. 1o zeigt im Aufriß eine weitere Ausführungsart der Hebellagerung;
Fig. ii ist der Grundriß der in Fig. 1o gezeigten Hebellagerung; Fig. 12 ist ein
Schnitt gemäß Linie 12-i2 der Fig. 11.
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Der Kondenstopf besteht aus dem Gehäuse 20, der Ventilsitzplatte 21,
:dem Deckel 22, dem Hebel 23, dem Einlaßventil 24 und dem Auslaßventil 25. Das Gehäuse
2o besitzt an seiner einen Seite eine zur Aufnahme eines Rohrs mit Gewinde versehenen
Eiillaßanschlußöffnung 26, eine Einlaßkammer 27 und eine Einlaßöffnung 28. An der
anderen Seite einer Zwischenwand 3o besitzt das Gehäuse eine Auslaßöffnung 31, eine
Auslaßkammer 32 und eine Auslaßanschlußöffnung 33, in die ein Rohr eingeschraubt
werden kann. Das Gehäuse ist an seiner Oberseite mit Gewindelöchern 34 versehen,
in, die die Befestigungsschrauben eingeschraubt werden, mittels derer der Deckel
und die Ventilsitzplatte am Gehäuse befestigt werden..
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Zwischen Ventilsitzplatte 21 und Gehäuse 2o befindet sich eine vorzugsweise
aus Metall, z. B. Kupfer, bestehende, die Ventilöffnungen umgebende Dichtung 35.
In der Ventilsitzplatte sind die nebeneinanderliegenden Ventilsitze 36 bzw. 37 für
das Einlaßventil;bzw. das Auslaßventil vorgesehen, die am oberen Ende der beiden
Öffnungen 38 bzw. 4o liegen, welch letztere mit den Ein- bzw. Auslaßöffnungen 28
bzw. 31 des Gehäuses fluchten.
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Die Fläche des Einlaßventilsitzes 36 verläuft parallel zum Konus des
Einlaßventils. Der Sitz des Auslaßventils besteht aus einer vorstehenden, etwas
abgerundeten Kante, die durch die ringförmige, an ihrer Innenseite konisch gestaltete
Aussparung 41 gebildet wird. Diese Ausgestaltung des Ventilsitzes erleichtert die
Einstellung ,des Ventils und verhindert ein Ablagern von Ruß und Schmutz auf dem
Ventilsitz. Das Abrunden der Kante wirkt sich günstig auf den Strömungsverlauf aus.
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Zwischen Deckel 22 und Ventilsitzplatte befindet sich eine D:ichtung42,
die ebenfalls vorzugsweise aus Metall, z. B. Kupfer, besteht. Der Deckel ist topfartig
ausgebildet. Der innerhalb des Deckels liegende, die Ventile abdeckendie Raum ist
mit der Bezugszahl 43 bezeichnet.
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Der Hebel 23 besitzt an seinem einen Ende eine Aussparung 44, in die
die an der Ventilsitzplatte befestigte Schneide 45 eingreift. Die sich an beiden
Seiten des Hebels erstreckenden Ansätze der Schneide sind in derVerlän:gerung der
Schneidkante mit Löchern 47 versehen, die die Enden der Haltefeder 48 aufnehmen.
Die Feder 48 besitzt in der Nähe ihrer Enden ;die beiden Windungen 5o, und ihr Mittelteil
51 liegt in einem Schlitz 52 an der Oberseite des Hebels (s. Fig. 4). Die Feder
drückt den Hebel gegen die Schneide. Sie behindert dabei ein Schwenken des Hebels
aber nicht, da sie an. der Schwenkachse des Hebels angreift und die Hebellage daher
nicht beeinflußt.
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Abgesehen von der in den Fig. 1, 2, 3 und ,4 gezeigten Ausführung
hat sich auch die in den. Fig. 8 und 9 gezeigteAusführung 48' der Feder als brauchbar
erwiesen.
Die Enden dieser Feder 48' greifen ebenfalls in die Löcher 47 der Schneidlageransätze
ein, während der untere Teil der herzförmigen Einbiegung 51' im Schlitz 52 des Hebels
23 liegt.
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Der Hebel 23 besitzt an seinem freien Ende an seiner der Ventilsitzplatte
zugekehrten Seite zwei Ansätze 53, die in der unteren Stellung des Hebels mit einer
Anschlagfläche 54 der Ventilsitzplatte in Berührung kommen. Zwischen. den beiden
Ansätzen 53 liegt ein. Schlitz 55 zur Führung eines auf der Ventilplatte befestigten
Führungsstiftes 56. Bei der Führung des freien Endes des Hebels kann der Führungsstift
auch am Hebel und der Schlitz in einem festen. Teil angeordnet sein.
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Das am Hebel 23 befestigte konische Einlaßventil 24 ragt sowohl in
seiner geöffneten wie auch in seiner am weitesten geschlossenen Stellung in die
Ventilsitzöffnung hinein. Das öffnen des Ventils wird durch Anschlagen der am äußeren
Ende des Hebels befindlichen Anschlagfläche 57 an der Innenseite des Deckels befindlichen
Anschlagfläche 58 begrenzt.
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Der mit Gewinde versehene Ventilschaft 6o des Einlaßventils ist an
seinem Ende mit einem Schraubenzieherschlitz 61 versehen, ist im Hebel z3 einstellbar
und wird in seiner eingestellten Lage durch die Mutter 62 gesichert.
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Das scheibenförmige Auslaßventil25 befindet sich immer im Ventilraum43
und ist ebenfalls durch Verschrauben seines mit dem Schraubenzieherschlitz 64 versehenen
Schaftes 63 einstellbar und wird in seiner eingestellten Lage durch eine Mutter
65 gesichert. Es ist ersichtlich, daß die Hebelarme der beiden Ventile verschieden
sind und daß das Einlaßventil den, längeren Hebelarm besitzt. Durch die stöpselartige
Ausbildung des Einlaßventils ist es möglich, das Verhältnis der währenddes öffnungsvorgangs
von beiden Ventilen freigegebenen Üffnungsquerschnitte (öffnungsverhältnis) gleichbleibend
zu halten, vorausgesetzt, daß die Mantelfläche des Einlaßventils eine zur Erreichung
dieses Zweckes geeignete Form hat. Wenn die Länge des Hebelarms des Auslaßventils
1,9 cm und die Länge des Hebelarms des Einlaßventils 5,7 cm beträgt, so sollte der
Konuswinkel des Einlaßventilkonus zwischen. 16 bis 22°' und vorzugsweise zwischen
18 biss 20° liegen, um ein gleichbleibendes Ventilöffnungsverhältnis zu erzielen.
Bei Änderung des Hebelarmverhältnisses muß dieser Winkel ebenfalls geändert werden.
Ein gleichbleibendes öffnungsverhältnis verhindert einen zu großen Druckanstieg
im Kondenstopf und verringert die ein zufriedenstellendes Arbeiten des Topfes behindernden
Drosselwirkungen.
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In Fig. 7 ist ein Ventil gezeigt, dessen Mantelfläche 66' eine knollenförmige
oder konvexe Form hat, die es ermöglicht, das gewünschte konstante Öffnungsverhältnis
bei der Ventilbewegung genauer einzuhalten als bei konischen Ventilen. Die konvexe
Fläche sollte sich bei dem oben angegebenen Hebelarmve-rhältnis ungefähr halbwegs
zwischen einer den Durchmesser der Ventilöffnung besitzenden Halbkugel und der von
der Seite des Ventils gezogenen Sehneerstrecken und muß bei anderen Hebelarmverhältnissen
entsprechend geändert werden.
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Vorzugsweise ist das Verhältnis zwischen dem Üffnungsquerschnitt des
Einlaßventils und dem des Auslaßventils ungefähr 2 : i. Dies Verhältnis kann sich
bei verschiedenen öffnungsgraden der Ventile etwas ändern, um die durch die sich
bei verschieJenen Ventilhüben ergebenden Strömungsänderungen hervorgerufenen Schwankungen
des auf den Ventilflächen lastenden Drucks auszugleichen.
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Die günstigen Strömungsverhältnisse in den gedrosselten Ventilöffnungen
und das im vorhergehenden erläuterte Bewegungsverhältnis der beiden Ventile gestatten
ein einwandfreies Arbeiten des Kondenstopfes zwischen dem vorkommenden höchster
Druckbereich und sehr niedrigen Drücken, ohne daß dabei eine Änderung in der Einstellung
vorgenommen werden muß.
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Bisher bekannte Vorrichtungen dieserArt, die auf einen Betrieb nahe
der Höchstgrenze des vorkommenden Druckbereiches eingestellt waren, waren im allgemeinen
nicht in der Lage, die Ventile bei einem Dampfdruck unter i,io5 kg/cmQ Manometerdruck
in ihrer Schließstellung zu halten. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen konischen
und scheibenförmigen Ventile ist es möglich, die Ventile in ihrer am weitesten geschlossenen
Stellung bis zum Erreichen eines in Annäherung dem Atmosphärendruck entsprechendenDampfdrucks
zuhalten und bei gleichbloibender Einstellung einen zufrie.denstellenden Betrieb
bei hohen Drücken zu erreichen.
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Der Deckel wird mittels durch Löcher 68 der Ventilsitzplatte hindurchgehende
und in die Gewindelöcher 34 eingeschraubter Befestigungsschrauben 67 am Gehäuse
befestigt. Der Deckel läßt sich leicht entfernen, um eine Einstellung der Ventile
zu ermöglichen.
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Im Betrieb werden die Ventile zuerst ganz an dien Hebel herangeschrau'bt
und der Hebel dann auf die Schneide so aufgesetzt, daß die Aussparung des Hebels
die Schneide aufnimmt. Die Feder wird dann in den Löchern 45 befestigt, um den Hebel
auf der Schneide zu halten. Nach Einführen von Fühlleeren, die vorzugsweise Blechstreifen
sind, zwischen den Ventilen und ihren Sitzen werden dann die Ventile so eingestellt,
daß in der Schließstellung zwischen jedem Ventil und seinem Sitz noch ausreichendes
Spiel vorhanden ist. In dieser Stellung der Ventile liegen die Ansätze 53 an der
Anschlagfläche 54 an, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Der Hebel wird dann angehoben und
die Blechstreifen entfernt. Darauf werden die Muttern 62 und 65 angezogen. Der Hebel
befindet sich dann in einer Lage, in der er vom Führungsstift 56 geführt wird. Nach
Auflegen der Dichtung 42 wird der Deckel wieder angeschraubt.
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Vorzugsweise werden die Ventile so eingestellt, daß das Öffnungsverhältnis
der beiden Ventile angenähert 2 : i ist. Bei dem hier gezeigten Hebelarmverhältnis
und einem Konuswinkel von etwa 16 bis 22'°' und vorzugsweise von i8 bis 22° wird
beim öffnen .der Ventile der Öffnungsquerschnitt des Einlaßventils
annähernd
doppelt so groß bleiben wie der Öffnungsquerschnitt des Auslaßventils. Hierdurch
werden ein zu schneller Druckanstieg im Ventilraum 43 und sich aus der Drosselung
ergebende Schwierigkeiten vermieden.
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Der an die Kondensatleitung einer mit Wasserdampf betriebenen Anlage
angeschlossene Kondenstopf wird durch :die zwischen den hintereinandergeschalteten
Ein- und Auslaßöffnungen stattfindenden Druckänderungen betätigt. Die Druckänderungen
entstehen durch Änderungen der Phase oder des Zustandes :des Strömungsmittels entweder
vor dem Eintritt in die Kondenstopföffnungen oder während des Durchflusses durch
diese Öffnungen oder auch nach dem Verlassen dieser Öffnungen. DieseÄnderungen hängen
vom Wärmeinhalt, vom Druck oder der Temperatur .des Strömungsmittels ab und werden
von Unterschieden in der Phase oder dem Zustand des Strömungsmittels sowie auch
durch Unterschiede im Gegendruck beeinflußt. Dabei wird der Ausfluß durch den im
Ventilraum 43 des Deckels herrschenden Druck geregelt.
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Der Durchfluß des Kondensats durch den Ventilraum (der Begriff Durchfluß
ist hier im Gegensatz zu dem Abfluß kleiner Mengen durch die in Fig. 2 in ihrer
Schließstellung gezeigten, stets etwas geöffneten Ventile gebraucht) wird dann bewirkt,
wenn der Druck auf die Einlaßseite des Einlaßventils plus dem Druck auf die Auslaßseite
des Auslaßventils den Ventilhebel anheben und dabei zum Öffnender Ventile den auf
die Ventilraumseite der Ventile wirkenden Druck überwinden kann. Sobald dies der
Fäll ist, kann ein Durchfluß des Kondensats durch den Ventilraum stattfinden und
dauert so lange an, bis bei einem Anstieg :der Temperatur und des Dampfdrucks des
Kondensats die- innerhalb des Ventilraums wirkende Kraft größer als der Einlaßdruck
und der Gegendruck in der Auslaßleitung wird und die Ventile in ihre Schließstellung
bringt. Die Ventile bleiben während eines erheblichen Zeitraums weit offen oder
in ihrer aus Fig. 2 ersichtlichen Schließstellung. Obwohl der Querschnitt der hier
gezeigtenVentile kreisförmig ist, könnennatürlich auch Ventile anderer Querschnittsformeu
verwendet werden.
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Durch die ihn umgebende konische Aussparung kann der Sitz des Auslaßventils
als eine hervortretende, etwas abgerundete Kante ausgebildet werden, was,die Einstellung
des Ventils erleichtert, das Verschmutzen des Sitzes verhindert und für einen guten
Strömungsverlauf günstig ist. Die beschriebene Gestaltung der Aus- und Einlaßventile
und Ventilöffnungen und das gleichbleibende Verhältnis der Öffnungsquerschnitte
der beiden Ventile tragen dazu bei, daß der Kondenstopf ohne eine Änderung seiner
Einstellung auch bei sehr geringen Einlaßdrücken .arbeiten kann.
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In manchen Fällen reichen die ein Öffnen der Ventile bewirkenden Kräfte
nicht aus, um die Ventile so weit zu öffnen, daß der größtmögliche Durchströmquerschnitt
der Öffnungen ausgenutzt ist. Es empfiehlt sich :dann, am oberen Ende des Konus
des Einlaßventils eine Impulsscheibe 7o anzubringen (s. Fig. 6). Die ltnpulsscheibe
lenkt die Einlaßströmung um, wodurch durch die zusätzlich wirkende Strömungskraft
die Öffnungskraft größer als der Differenzdruck wird. Wie gezeigt, besteht die Impulsscheibe
lediglich aus einem an der Ventilraumseite des Einlaßventils befindlichen Flansch
oder einer dort befestigten Scheibe. Abgesehen von der erhöhtenöffnungskraft besteht
kein Unterschied in der Wirkungsweise der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung gegenüber
der in den vorhergehenden Fig. i bis 5 gezeigten Vorrichtung.
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In manchen'Fällen kann an Stelle einer Schneide vorteilhaft :ein Stift
als Hebeldrehachse dienen (Fig. i-o, il und i2). Bei dieser Ausführungsart besitzt
der Hebel 23' eine Bohrung für den Stift 7-2, der in den Klemmbacken 73 der seitlichen
Ansätze 75 der Hebelhalterung 74 befestigt ist. Die Klemmbacken werden durch in
die Ventilsitzplatte eingeschraubte Klemmschrauben 76 angezogen. Die Hebelhalterung
ist mit der Ventilsitzplatte verschweißt.