DE9216511U1 - Injection head for a desuperheater, in particular for superheated steam, and desuperheater provided with such an injection head - Google Patents
Injection head for a desuperheater, in particular for superheated steam, and desuperheater provided with such an injection headInfo
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Description
Narvik Valves B.V., Prins Reinierstraat 16a, NL-4651 RZ SteenberqenNarvik Valves B.V., Prins Reinierstraat 16a, NL-4651 RZ Steenberqen
Einspritzkopf für einen Einspritzkühler, insbesondere für überhitzten Dampf, sowie Einspritzkühler, versehen mit einem solchen EinspritzkopfInjection head for a desuperheater, in particular for superheated steam, and desuperheaters provided with such an injection head
Die Erfindung betrifft einen Einspritzkopf für einen Einspritzkühler, insbesondere für überhitzten Dampf, der einen rohrförmigen Einspritzkörper mit mehreren, durch die Wand des Einspritzkopfkörpers verlaufenden Bohrungen für ein zu zerstäubendes Kühlmedium und eine Anzahl von an der Außenseite des Einspritzkopfkörpers angebrachten, mit einer Zerstäubungsöffnung versehenen Zerstäubern aufweist, die an die Bohrungen in der Wand des Einspritzkopfkörpers anschließen, wobei der Einspritzkopfkörper für die Aufnahme eines in dessen Längsrichtung beweglichen Regeltauchkolben vorgesehen ist.The invention relates to an injection head for an injection cooler, in particular for superheated steam, which has a tubular injection body with a plurality of holes running through the wall of the injection head body for a cooling medium to be atomized and a number of atomizers provided with an atomization opening attached to the outside of the injection head body, which atomizers connect to the holes in the wall of the injection head body, the injection head body being provided for receiving a control plunger movable in its longitudinal direction.
Ein Einspritzkühler mit einem solchen Einspritzkopf ist aus der JP-A-50-6883 bekannt. Bei diesem bekannten Einspritzkühler sind im Einspritzkopfkörper, über dessen Umfang verteilt, in axialer Richtung im Abstand zueinander gelegene Bohrungen angebracht, die durch die Verlagerung des Regeltauchkolbens in axialer Richtung freigegeben bzw. verschlossen werden können. Damit wird bezweckt, die Kühlmediumdurchflußmenge bei gleichbleibendem Kühlmediumdruck zu steuern.An injection cooler with such an injection head is known from JP-A-50-6883. In this known injection cooler, holes are provided in the injection head body, distributed over its circumference, at a distance from one another in the axial direction, which can be opened or closed by moving the control plunger in the axial direction. The purpose of this is to control the coolant flow rate while maintaining a constant coolant pressure.
An solche Einspritzkühler werden zahlreiche und hohe Anforderungen gestellt. Der Kühler muß beständig sein gegen häufige und große Temperaturänderungen, konstruktiv so einfach wie möglich ausgeführt sein, einen großen Regelbereich bieten und das Kühlmedium für eine möglichst effiziente und guteNumerous and high demands are placed on such injection coolers. The cooler must be resistant to frequent and large temperature changes, be as simple as possible in terms of construction, offer a large control range and the cooling medium must be as efficient and good as possible
Wirkung zu möglichst kleinen Tropfen zerstäuben.Effect: atomize into the smallest possible droplets.
Der Erfindung zufolge wird dies erreicht durch einen Einspritzkopf des eingangs erwähnten Typs, der dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder Zerstäuber eine Zerstäuberkappe aufweist, die einen Kranz von schräg durch die Wand des Einspritzkopfkörpers verlaufenden Bohrungen umgibt und deren quer zur Wand des Einspritzkopfkörpers stehende Wand und deren mit der Zerstäuberöffnung versehene Endwand zusammen mit dem Kranz schräg verlaufender Bohrungen aufweisenden Wandabschnitt des Einspritzkopfkörpers eine Wirbelkammer für das über die schräg verlaufenden Bohrungen zugeführte Medium begrenzen.According to the invention, this is achieved by an injection head of the type mentioned at the outset, which is characterized in that each atomizer has an atomizer cap which surrounds a ring of holes running obliquely through the wall of the injection head body and whose wall which is transverse to the wall of the injection head body and whose end wall provided with the atomizer opening, together with the wall section of the injection head body which has the ring of obliquely running holes, delimit a swirl chamber for the medium supplied via the obliquely running holes.
Das schräg in die Wirbelkammer eingespritzte Kühlmedium wird gegen die Innenwand der Wirbelkammer prallen, die Richtung ändern und in Rotation kommen, mit dem Ergebnis, daß das Kühlmedium in Form sehr kleiner Tropfen aus der Zerstäuberöffnung austritt. Die Wand des Einspritzkopfkörpers selbst kann dadurch, daß die Zerstäuberkappe mit der Wirbelkammer außerhalb dieser Wand liegt, dünn gehalten werden, wodurch der Einspritzkopf besonders gut gegen sehr große Temperaturdifferenzen zwischen Innen- und Außenseite beständig ist, wobei diese großen Temperaturdifferenzen die Folge der heutzutage verwendeten sehr hohen Dampftemperaturen sind.The cooling medium injected obliquely into the swirl chamber will collide with the inner wall of the swirl chamber, change direction and start to rotate, with the result that the cooling medium emerges from the atomizer opening in the form of very small drops. The wall of the injection head body itself can be kept thin by placing the atomizer cap with the swirl chamber outside this wall, which makes the injection head particularly resistant to very large temperature differences between the inside and outside, whereby these large temperature differences are the result of the very high steam temperatures used today.
Wenn der Kranz schräg verlaufender Bohrungen in einem Einsatz gebildet ist, der abdichtend innerhalb der Zerstäuberkappe angebracht und die Wand der Zerstäuberkappe in einer in der Wand des Einspritzkopfkörpers gebildeten Öffnung aufgenommen ist, erhält man nicht nur eine konstruktiv sehr einfache Ausführungsform, sondern es wird außerdem der Vorteil erzielt, daß mit einem gleichen Einspritzkopfkörper durch das Variieren des dabei verwendeten Einsatzes der Zerstäuberkappenkombination verschiedene Durchflußmengen und Regelbereiche realisiert werden können.If the ring of obliquely running holes is formed in an insert that is sealingly mounted inside the atomizer cap and the wall of the atomizer cap is received in an opening formed in the wall of the injection head body, not only is a very simple design obtained, but it also has the advantage that different flow rates and control ranges can be achieved with the same injection head body by varying the insert of the atomizer cap combination used.
Vorzugsweise ist dabei der Einsatz über ein Gewinde innerhalb der Zerstäuberkappe fixiert und ist diese über ein Gewinde in der Wand des Einspritzkopfkörpers eingeschraubt.Preferably, the insert is fixed via a thread within the atomizer cap and this is screwed via a thread into the wall of the injection head body.
Es ist jedoch auch eine Ausführungsform möglich, bei der jeder Kranz Bohrungen in einem verdickten Wandteil des Einspritzkopfkörpers eingeformt ist, auf dem die Abschlußkappe aufgesetzt ist.However, an embodiment is also possible in which each ring of holes is formed in a thickened wall part of the injection head body on which the end cap is placed.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, wobei:The invention is explained with reference to the drawing, in which:
Figur (1 ein Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Einspritzkörpers der Erfindung ist;Figure 1 is a longitudinal section through a first embodiment of the injection body of the invention;
Figur (2 eine Seitenansicht des Einspritzkopfes gemäß Figur (1) ist;Figure (2) is a side view of the injection head according to Figure (1);
Figur (3 die in dem Einspritzkopf von Figur (1) verwendete Kombination von Zerstäuberkappe und Einsatz in vergrößertem Maßstab, perspektivisch und in auseinandergenommenen Zustand zeigt;Figure (3) shows the combination of atomizer cap and insert used in the injection head of Figure (1) on an enlarged scale, in perspective and in disassembled condition;
Figur (4 ein Querschnitt in der Ebene IV-IV in Figur (1) ist;Figure (4) is a cross-section in the plane IV-IV in Figure (1);
Figur (5) ein Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Einspritzkopfes der Erfindung ist;Figure (5) is a longitudinal section through a second embodiment of an injection head of the invention;
Figur (6 die Komponenten des Einspritzkopfes gemäß Figur (5) in vergrößertem Maßstab, perspektivisch und in auseinandergenommenen Zustand zeigt.Figure (6) shows the components of the injection head according to Figure (5) on an enlarged scale, in perspective and in disassembled state.
Der als Ganzes in Figur (1) mit der Bezugsziffer (2) bezeichnete Einspritzkopf für einen Einspritzkühler umfaßt üblicherweise einen rohrförmigen Einspritzkopfkörper (4) mit mehreren, durch die Wand des Einspritzkopfkorpers (4) verlaufenden Bohrungen (12), in dem ein beweglicher Regeltauchkolben (6) aufgenomme ist. Dieser ist an einer Tauchkolbenstange (8) befestigt. Diese Tauchkolbenstange (8) befindet sich in einem Rohr, das an einer Kühlmediumquelle, normalerweise Wasser, unter hohem Druck angeschlossen ist. Das Kühlmedium kann dann in den Raum zwischen der Oberseite des Regeltauchkolbens (6) und der Innenwand des Einspritzkopfkorpers (4) und von dort aus zu den von dem Regeltauchkolben (6) freigegebenen Bohrungen (12) fließen.The injection head for an injection cooler, designated as a whole in Figure (1) with the reference number (2), usually comprises a tubular injection head body (4) with several holes (12) running through the wall of the injection head body (4), in which a movable control plunger (6) is accommodated. This is attached to a plunger rod (8). This plunger rod (8) is located in a pipe that is connected to a cooling medium source, normally water, under high pressure. The cooling medium can then flow into the space between the top of the control plunger (6) and the inner wall of the injection head body (4) and from there to the holes (12) released by the control plunger (6).
An der Außenseite des Einspritzkopfkorpers (4) sind mit jeweils einer Zerstäuberöffnung (22) versehene Zerstäuber (10) angebracht, die an die Bohrungen (12) anschließen. Die Bohrungen (12) für das zu zerstäubende Kühlmedium sind jeweils kranzförmig und von einer Zerstäuberkappe (18) umgeben angeordnet und verlaufen schräg durch die Wand des Einspritzkopfkorpers (4). In der Ausführungsform gemäß den Figuren (1) bis (4) ist jeder Kranz Bohrungen (12) in einem Einsatz (14) eingeformt, der über eine Verschraubung (16) in der zugehörigen Zerstäuberkappe (18) fixiert ist. Jede Zerstäuberkappe (18) ist wieder über eine Verschraubung (20) in der Wand (4a) des Einspritzkopfkorpers (4) fixiert und hat die übliche Zerstäuberöffnung (22). Diese Zerstäuberöffnung (22) ist in der gezeigten Ausführungsform venturiförmig ausgeführt; eine andere Form ist jedoch auch möglich.On the outside of the injection head body (4) there are atomizers (10) each provided with an atomizer opening (22) which connect to the holes (12). The holes (12) for the cooling medium to be atomized are each arranged in a ring shape and surrounded by an atomizer cap (18) and run diagonally through the wall of the injection head body (4). In the embodiment according to Figures (1) to (4), each ring of holes (12) is formed in an insert (14) which is fixed in the associated atomizer cap (18) via a screw connection (16). Each atomizer cap (18) is again fixed in the wall (4a) of the injection head body (4) via a screw connection (20) and has the usual atomizer opening (22). This atomizer opening (22) is venturi-shaped in the embodiment shown; However, another form is also possible.
Die Konfiguration des Ganzen ist derart, daß der jeweils zwischen der Innenwand der Zerstäuberkappe (18) und der Stirnwand des Einsatzes (14) gebildete Raum (24) eine Wirbelkammer bildet. Das zu zerstäubende Kühlmedium wird durch die Schräglage der Bohrungen (12) schräg gegen die Wand derThe configuration of the whole is such that the space (24) formed between the inner wall of the atomizer cap (18) and the front wall of the insert (14) forms a swirl chamber. The cooling medium to be atomized is slanted against the wall of the
Zerstäuberkappe (18) gespritzt, ändert die Richtung und wird dadurch in der Wirbelkammer (24) in Rotation gebracht, wodurch das zu zerstäubende Medium in Form sehr kleiner Tropfen aus der öffnung (22) austritt.Atomizer cap (18), changes direction and is thereby set in rotation in the vortex chamber (24), whereby the medium to be atomized emerges from the opening (22) in the form of very small drops.
Figur (4) erläutert, wie die obenbeschriebene Konfiguration auf sehr einfache Weise hergestellt werden kann. Zerstäuberkappe (18) und Einsatz (14) können auf die übliche Weise mittels Zerspannung geformt werden. Vor dem Einschrauben des Einsatzes (14) in die Zerstäuberkappe (18) werden Innen- und Außengewinde der Verschraubung (16) und das Innen- und Außengewinde (20b, 20a) der Verschraubung (20) mit Lötpaste versehen, die für eine sehr hohe Temperatur geeignet ist. Danach wird der Einsatz (14) in die Zerstäuberkappe (18) und die Zerstäuberkappe (18) in die mit einem Innengewinde (20b) versehene Aufnahmeöffnung (21) in dem Einspritzkopfkörper (4) geschraubt. Die auf solche Weise montierten Teile werden daraufhin in einem Ofen unter hohem Vakuum bei sehr hoher Temperatur zusammengelötet.Figure (4) explains how the configuration described above can be manufactured in a very simple way. The atomizer cap (18) and the insert (14) can be formed in the usual way by machining. Before screwing the insert (14) into the atomizer cap (18), the internal and external threads of the screw connection (16) and the internal and external threads (20b, 20a) of the screw connection (20) are coated with solder paste suitable for a very high temperature. The insert (14) is then screwed into the atomizer cap (18) and the atomizer cap (18) is screwed into the receiving opening (21) provided with an internal thread (20b) in the injection head body (4). The parts assembled in this way are then soldered together in an oven under high vacuum at a very high temperature.
Natürlich ragen dann Teile sowohl der Zerstäuberkappe (18) als auch des Einsatzes (14) in den hohlen Innenraum (5) des Einspritzkopfkörpers (4) hinein, wie in Figur (4) mit (A) angegeben. Diese vorstehenden Teile werden mittels eines zugleich den Innendurchmesser des röhrenförmigen Einspritzkopfkörpers (4) bestimmenden Fräsers entfernt, wodurch sich eine vollkommen glatte Innenwand ergibt. Dies ist in Figur (4) mit (B) angegeben.Of course, parts of both the atomizer cap (18) and the insert (14) then protrude into the hollow interior (5) of the injection head body (4), as indicated in Figure (4) with (A). These protruding parts are removed by means of a milling cutter which also determines the inner diameter of the tubular injection head body (4), resulting in a completely smooth inner wall. This is indicated in Figure (4) with (B).
Die Figuren (5) und (6) beziehen sich auf eine zweite Ausführungsform des Einspritzkopfes gemäß der Erfindung, als Ganzes mit (2') bezeichnet, welcher ebenfalls mit einem rohrförmigen Einspritzkopfkörper (4') und einem Regeltauchkolben (6') mit Tauchkolbenstange (8') ausgestattet ist. Bei dieser Ausführungsform sind die schräg verlaufenden Bohrungen (12') direkt in der Wand (4'a) des Einspritzkopfkörpers (4') eingeformt, und zwar in einemFigures (5) and (6) refer to a second embodiment of the injection head according to the invention, designated as a whole by (2'), which is also equipped with a tubular injection head body (4') and a control plunger (6') with plunger rod (8'). In this embodiment, the oblique holes (12') are formed directly in the wall (4'a) of the injection head body (4'), in a
verdickten Wandabschnitt (30), der mit einem Außengewinde (32) versehen ist. Auf dieses Außengewinde (32) ist eine Zerstäuberkappe (34) mit einer Zerstäuberöffnung (36) geschraubt. Auch hier bildet der Raum zwischen dem verdickten Wandabschnitt (30) und der Innenwand der Zerstäuberkappe (34) eine Wirbelkammer (38) mit den vorher beschriebenen Vorteilen. Die Zerstäuberkappe (34) wird ebenfalls mittels Vakuumlöten auf dem Einspritzkopfkörper (4) fixiert.thickened wall section (30) which is provided with an external thread (32). An atomizer cap (34) with an atomizer opening (36) is screwed onto this external thread (32). Here too, the space between the thickened wall section (30) and the inner wall of the atomizer cap (34) forms a vortex chamber (38) with the advantages described above. The atomizer cap (34) is also fixed to the injection head body (4) by means of vacuum soldering.
In der in den Figuren (1) und (2) wiedergegebenen Ausführungsform hat der Einspritzkopf (2) zwei Reihen von Zerstäubern, wobei jede Reihe mehrere Zerstäuber umfaßt. Der Einfachheit halber sind in der Zeichnung je Reihe nur zwei Zerstäuber wiedergegeben. Jede Reihe kann jedoch auch drei oder mehr Zerstäuber umfassen.In the embodiment shown in Figures (1) and (2), the injection head (2) has two rows of atomizers, each row comprising several atomizers. For the sake of simplicity, only two atomizers are shown per row in the drawing. However, each row can also comprise three or more atomizers.
Die Zerstäuber einer Reihe sind in Längsrichtung der Reihe gegenüber den Zerstäubern der anderen Reihe(n) versetzt. Es ist auch möglich, nur eine Reihe von Zerstäubern oder drei Reihen von Zerstäubern vorzusehen. In Figur (4) ist ein Zerstäuber einer dritten Reihe gestrichelt dargestellt. Die Zerstäuber liegen an einer Seite des Einspritzkopfes (2) innerhalb eines Bereiches von weniger als 180°, so daß die Zerstäubung des Kühlmediums in der Fließrichtung des zu kühlenden Dampfes erfolgen kann, wie es in der Praxis bei der Kühlung von Dampf mittels Einspritzung eines Kühlmediums üblich ist.The atomizers of one row are offset in the longitudinal direction of the row relative to the atomizers of the other row(s). It is also possible to provide only one row of atomizers or three rows of atomizers. In Figure (4) an atomizer of a third row is shown in dashed lines. The atomizers are located on one side of the injection head (2) within a range of less than 180°, so that the atomization of the cooling medium can take place in the flow direction of the steam to be cooled, as is usual in practice when cooling steam by injecting a cooling medium.
Der Einspritzkopf gemäß der Erfindung hat ein verhältnismäßig geringes Gewicht (durch die verhältnismäßig dünne Wand) und sehr gut funktionierende Zerstäuber bei einfacher Konstruktion. Der Einspritzkopf (2) kann bei sehr hohen Dampftemperaturen verwendet werden (derzeit max. ca. 525°C; in der Zukunft möglicherweise höher) und für verschiedene Einspritzkühlertypen, zum Beispiel wie aus der JP-A-50-6883 bekannt, aber auch für Einspritzkühler mit einer anderen Konstruktion.The injection head according to the invention has a relatively low weight (due to the relatively thin wall) and very well functioning atomizers with a simple construction. The injection head (2) can be used at very high steam temperatures (currently max. approx. 525°C; in the future possibly higher) and for various injection cooler types, for example as known from JP-A-50-6883 but also for injection coolers with a different construction.
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