EP3493889A1 - Dampfsieb und verfahren zur herstellung eines dampfsiebes - Google Patents

Dampfsieb und verfahren zur herstellung eines dampfsiebes

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Publication number
EP3493889A1
EP3493889A1 EP17742677.2A EP17742677A EP3493889A1 EP 3493889 A1 EP3493889 A1 EP 3493889A1 EP 17742677 A EP17742677 A EP 17742677A EP 3493889 A1 EP3493889 A1 EP 3493889A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sieve
steam
screen
vapor
openings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17742677.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Miguel ALANDIA
Rüdiger BACKASCH
Detlef Haje
Lutz Neumann
Martin Rauße
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3493889A1 publication Critical patent/EP3493889A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/10—Particle separators, e.g. dust precipitators, using filter plates, sheets or pads having plane surfaces
    • B01D46/103—Curved filtering elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/32—Collecting of condensation water; Drainage ; Removing solid particles

Definitions

  • Vapor sieve and method for producing a vapor sieve The present invention relates to a vapor sieve having a sieve surface of substantially cylindrical or conical shape and having a plurality of sieve openings for the passage of steam, which are formed in a screen jacket of the steam sieve defining the sieve surface. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a vapor sieve.
  • Such steam strainers are known in various designs from the prior art and are used, for example, in steam flow passages of steam turbine plants in order to trap unwanted foreign bodies in the relevant steam flow passage so that downstream system components downstream of the steam sieve are protected against damage.
  • the steam sieve according to the invention is characterized in that the shape of the sieve surface deviates from an ideal cylindrical or conical shape and / or the sieve shroud has a varying thickness viewed over the sieve surface and / or va ⁇ riiert a shape of the sieve openings on the sieve surface.
  • the inventive method for producing a derarti ⁇ gen vapor sieve is characterized in that for a given installation environment of the produced steam sieve shape design of the produced steam sieve is set and the vapor sieve is produced by means of a generative manufacturing process according to the determined Formgestal ⁇ device.
  • an inventive steam sieve or dung OF INVENTION ⁇ produced according steam sieve can depending on the specific requirements tion are provided with a very low flow resistance and / or be ⁇ Sonders high mechanical strength and thus preserving ⁇ ness.
  • the Screen surface a cylindrical or conical shape having and / or the screen jacket has a uniform thickness and / or all of the screen openings are designed identical, is not overall in conventional installation environments to a very small flow resistance at gleichzei ⁇ tig high mechanical strength and low material ⁇ effort to achieve.
  • the basic idea of the invention is a (more or less extensive) optimization of the shape design of the
  • the concrete realization of this basic idea according to the invention uses at least one, preferably several and in particular z. B. all three of the above design details, namely the details regarding the shape of the screen surface, the thickness of the screen shell, and the shape of the screen openings.
  • the sieve surface is curved dop ⁇ pelt in at least one region, ie in particular z. B. in at least ei ⁇ nem area a "convex" bulge (ie, radially outward) or indentation (ie radially inward).
  • thickness of the basket is to be understood that ge ⁇ covered area in the sense of He ⁇ invention under the "screen surface" of the steam screen, the ver ⁇ runs in the center of the basket, which is a "center area", which ver ⁇ runs in the middle between an outer surface and an inner surface of the screen shell.
  • the screen surface can be viewed from the outside in we ⁇ iquess an area of the screen surface such. B. have a concave curvature, in particular biaxial concave curvature.
  • the screen surface is formed substantially symmetrically with respect to a center plane extending in the axial direction of the vapor sieve.
  • Section looks at an angle at at least one point.
  • the screen surface in one and the same section considered several bends, wherein z.
  • particular step in the section of the screen surface may be formed.
  • the screen surface is formed in a section along a plane extending in the axial direction of the Dampfsie- bes on at least one side of an arc.
  • Such an arc in the section is equivalent to a bulge or indentation formed over the substantially entire axial extent of the sieve surface at the relevant point of the circumference.
  • the screen surface is formed in the section ent ⁇ lang viewed from the plane extending in the axial direction of two arcs, each of these arcs is equivalent to each with a bulge or indentation at the relevant point of the circumference.
  • the sieve surface viewed in a section along a second plane extending in the axial direction of the vapor sieve and orthogonal to the first-mentioned plane, likewise forms on at least one side of an arc is, in particular z.
  • such thickness can for. B. vary in axial ⁇ direction of the steam sieve.
  • the thickness varies by at least ei ⁇ NEN factor of 1.1, that is, a maximum thickness of the basket at least 1.1 times a minimum thickness of Siebman ⁇ means of. In one embodiment, the thickness varies at least Wenig ⁇ a factor of 1.5. In one embodiment, however, this factor is less than 5, in particular less than 4.
  • the thickness of the screen shell varies substantially continuously, d. H. makes this thickness no pronounced jumps.
  • the steam sieve or at least the screen jacket is integrally formed, for. B. from a me ⁇ tallischen material. Alternatively comes z. As a ceramic material into consideration.
  • the variation of the thickness of the screen shell over the screen surface is considered such that in the situation of use of the vapor sieve, so if its screen openings z. For example, from the radially outside to the radially inside (or vice versa) flows through a higher stability of the strainer jacket in comparison with a strainer made of the same amount of material with the same sieve surface, but uniform thickness.
  • the shape of the screen openings (viewed at least) varies over the axial direction of the vapor sieve.
  • the shape of the screen openings varies as viewed over the circumferential direction of the vapor sieve.
  • variation of the shape of the sieve openings may relate, on the one hand, to their opening area or their volume and, on the other hand, to their shaping (contouring).
  • At least part of the screen openings are formed as channels and depending Weil ⁇ an obliquely extending through the screen shell
  • the screen openings are formed as channels and each provide an obliquely extending through the screen shell flow and / or each have a curved course
  • a variation of the shape of the screen openings may be provided which substantially the flow direction or the direction of the curvature is concerned.
  • an elongated transverse have cut (for example, oval sieve openings or slit-like sieve openings).
  • a portion of the screen openings at least has an at least approximately hexagonal cross section, in which case a Sechseckwabentechnik is formed by the arrangement of the Subject Author ⁇ fenden screen openings preferred.
  • a Sechseckwaben Design is formed by the arrangement of the Subject Author ⁇ fenden screen openings preferred.
  • "at least a portion of the screen openings" has a be ⁇ voted property, it can be for this purpose z. B. apply that z. B. more than 50%, in particular more than 80%, the sieve openings has this property.
  • a vapor sieve arrangement comprising
  • a housed in the housing of the steam sieve here be ⁇ type described for screening of steam, which flows to an inlet-side housing portion in the housing and leaves the housing again after flowing through the basket to a discharge-side housing portion,
  • Housing area tethered valve housing is housed.
  • the inlet-side housing region and / or the outlet-side housing region may each be tubular (eg with a circular cross-section) and / or be connected in one piece to a central housing section (from which the inlet-side and outlet-side housing regions extend away).
  • the ones from the inlet side and outlet side may each be tubular (eg with a circular cross-section) and / or be connected in one piece to a central housing section (from which the inlet-side and outlet-side housing regions extend away).
  • housing areas predetermined steam flow directions are not equal according to an embodiment, but extend at an angle to each other.
  • the vapor flow direction of the outlet-side housing region is oriented at least approximately orthogonally (eg angled in a range from 70 ° to 110 °) with respect to the vapor flow direction of the inlet-side housing region.
  • the vapor sieve may be accommodated in the housing in such a way that the vapor flowing in on the inlet side flows through the sieve jacket of the vapor sieve in the radial direction from the outside to the inside and then continues to flow in the axial direction in the interior of the vapor sieve and thus recycles the vapor sieve toward the outlet side housing region. leaves.
  • the steam valve can be relatively easily integrated in the housing, z.
  • a valve body which is movably arranged in the outlet-side housing region (eg valve disk) and an actuating member connected to the valve body for its actuation, such as a push rod or a valve spindle, which passes through the vapor sieve in the axial direction and further through a corresponding passage can run out of the housing on the housing.
  • a suitable shaping of the produced steam sieve may, for example, for the predetermined Installati ⁇ onsum compassion of the produced steam sieve using a CFD simulation first be determined, in particular regarding the Strö ⁇ tion resistance and / or the mechanical stability of the vapor sieve (more or less largely) optimized Formge ⁇ design to produce the vapor sieve by means of a genera ⁇ tive manufacturing process according to the previously determined or based on an optimization determined shape design.
  • the generative manufacturing process it may, for. B. to a casting process such as in particular a investment casting.
  • a so-called 3D printing can be provided as a generative production method, in which a layered structure of the vapor sieve is thus effected.
  • Suitable materials for the steam sieve are, in particular, metals or ceramics.
  • FIG. 1 is a radial sectional view of a Dampfsiebanord- tion according to an embodiment, an axial sectional view of the Dampfsieban extract along the line II-II in Fig. 1, an axial sectional view of the Dampfsieban extract along the line III-III in Fig. 1, and a perspective, partially sectioned
  • Fig. 1 through Fig. 3 show a Dampfsieban onion 10 comprising a housing 20 and a housed therein steam ⁇ screen 30 for screening steam, which flows to a einlassseiti- gen housing portion 22 in the housing 20, and after flowing through the steam sieve 30, the housing 20 leaves on a leave-side housing portion 24 again.
  • case 20 may in particular z. B. to a quick-closing valve housing a verse with the steam sieve 30 henen quick-acting in the live steam supply of a steam turbine plant.
  • valve body for opening and Closing the steam valve movable in the outlet side could (not shown in the figures) valve body for opening and Closing the steam valve movable in the outlet side
  • Housing portion 24 is arranged and z. B. by means of a valve ⁇ spindle to be moved, which is performed by a housing cover 26 of the housing 20.
  • a valve ⁇ spindle to be moved, which is performed by a housing cover 26 of the housing 20.
  • an opening 28 is shown by way of example in the housing cover 26 through which said valve stem (sealed) would extend.
  • the steam sieve 30 as shown has an approximately zy ⁇ -cylindrical shape and is in the illustrated istsbei ⁇ play defining of a single piece made of metal and a screen surface of the steam sieve 30 ge screening jacket forms ⁇ 32nd
  • a plurality of screen openings 34 are formed for the passage of steam.
  • a special feature of the steam sieve 30 and the so-trained Dampfsieban extract 10 is that the shape of the screen surface is not an ideal cylinder form another idea ⁇ le cone shape but a deviating form ⁇ design features, the advance for that instal ⁇ onsum compassion (Housing 20) was determined as one with respect to a low flow resistance and / or a particularly high mechanical shear ⁇ stability using a CFD simulation to the steam sieve 30 then by means of a generative manufacturing process such.
  • the screen surface is bigger ⁇ tenteils doubly curved, whereby the screen surface from both ⁇ concavities (see. Eg. B. Fig. 2 right) and recesses (see FIG. Z. B. Fig. 2 to the left and Fig. 3) has.
  • FIGS. 2 and FIG. 3 is seen that the Siebflä ⁇ che considered in the shown axial sections each formed of two arcs.
  • the screen surface is in the axial sectional plane of FIG. 2 be ⁇ considered to consist of two arcs, of which the left in Fig. 2 arc viewed from the outside represents a concavity, whereas the right in Fig. 2 arc viewed from the outside represents a convexity.
  • the two sheets z. B. Both form a concave or both a convexity.
  • an axis extending in the axial direction and parallel to the "flow direction" of the steam sieve center plane of the steam sieve is a symmetry plane of the sieve surface (as described, for. Example, in the illustrated From ⁇ guide for the case).
  • the screen jacket 32 has a varying thickness viewed over the screen surface. This is z. B. in the radial section of
  • Fig. 1 can be seen in which viewed in this section of the screen jacket 32 is thickened at two points appreciably.
  • the ⁇ according to the thickness of the basket 32 varies in this embodiment, at least in the circumferential direction of the steam sieve 30 considered. Alternatively or additionally, this thickness can also vary in the axial direction of the steam sieve 30.
  • the variation of the thickness of the sieve jacket 32 may also have been determined in the context of the already mentioned optimization of the steam sieve, this variation in thickness being of importance in particular for an increase of the mechanical load capacity given a material expenditure for the sieve jacket 32.
  • Another peculiarity is that a shape of the screen openings 34 varies across the screen surface.
  • this shape varies both over the axial direction of the vapor sieve 30 and over the circumferential direction of the vapor sieve 30.
  • a straight, d. H. Provide oriented flow orthogonal to the plane of the screen surface.
  • screen openings 34 such. B. in Fig. 1 in the side and in the upper region, which extends obliquely through the screen jacket 32
  • the screen openings 34 are formed in the example shown as integration to channels, wherein a part (for. Example, from Fig. 1, below it ⁇ clear, has a rectilinear path, while another part, for. Example of FIG. 1 above
  • a very extensive optimization of the vapor sieve can be achieved 30 be accomplished with regard to its flow resistance.
  • the deflection of the steam flow when passing through the screen jacket 32 is on the one hand as in the radial section view of Fig.
  • FIG. 4 shows a detail of a screening jacket 32a with Sieböffnun ⁇ gene 34a, which are arranged in this example or the region shown in Fig. 4 on a (imaginary) square grid and each have approximately a square cross-section.
  • the screen jacket 32a may, for. B. represent the screen jacket 32 of the above ⁇ be ⁇ already described embodiment, or the screen shell of a differently designed inventive steam sieve.
  • Fig. 4 are each located between adjacent screen openings 34a webs of material per ⁇ wells an airfoil-like profile, so that the screen openings 34a respectively cause a desired deflection of the flow of the Dampfströ ⁇ mung in the course through the screen jacket 32a.
  • an arrangement of screen openings in which the individual screen openings each have an at least approximately hexagonal cross-section and in a hexagonal section is of particular interest in the context of the invention Are arranged in a grid, so as to form a hexagonal honeycomb structural ⁇ structure.
  • Such a structure has z. B. the advantage that at a comparatively large total area of the screen openings (in relation to the size of the screen surface) and thus low flow resistance and low Materialauf ⁇ wall yet a relatively high mechanical strength he ⁇ is targetable.
  • the invention enables the creation of a very advantageous, in particular z. B. using a

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dampfsieb (30) mit einer Siebfläche von im Wesentlichen zylindrischer oder konischer Gestalt und mit einer Vielzahl von Sieböffnungen (34) zum Durchtritt von Dampf, die in einem die Siebfläche definierenden Siebmantel (32) des Dampfsiebes (30) ausgebildet sind. Um eine besonders weitgehende Verringerung des Strömungswiderstandes bei gleichzeitig hoher mechanischer Belastbarkeit und geringem Materialaufwand erzielen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Gestalt der Siebfläche von einer idealen Zylinder- bzw. Konusform abweicht und/oder der Siebmantel (32) eine über die Siebfläche betrachtet variierende Dicke besitzt und/oder eine Gestalt der Sieböffnungen (34) über die Siebfläche betrachtet variiert. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Dampfsiebes (34).

Description

Beschreibung
Dampfsieb und Verfahren zur Herstellung eines Dampfsiebes Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dampfsieb mit einer Siebfläche von im Wesentlichen zylindrischer oder konischer Gestalt und mit einer Vielzahl von Sieböffnungen zum Durchtritt von Dampf, die in einem die Siebfläche definierenden Siebmantel des Dampfsiebes ausgebildet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Dampfsiebes .
Derartige Dampfsiebe sind in vielfältigen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt und finden beispielsweise in DampfStrömungspassagen von Dampfturbinenanlagen Verwendung, um in der betreffenden DampfStrömungspassage unerwünschte Fremdkörper abzufangen, so dass stromabwärts des Dampfsiebes nachfolgende Anlagenkomponenten vor Beschädigungen geschützt sind. Lediglich beispielhaft sei hierzu auf die Patentveröf- fentlichungen DE 10 2009 007 240 AI und WO 2014/095380 AI verwiesen .
Prinzipiell nachteilig beim Einsatz eines Dampfsiebes ist ei¬ ne damit einhergehende Vergrößerung des Strömungswiderstandes der betreffenden DampfStrömungspassage . Der Strömungswiderstand bewirkt einen entsprechenden Druckverlust und somit ei¬ ne Verringerung Wirkungsgrades des Gesamtsystems (z. B. In¬ dustrie-Dampfturbinenanlage) . Zur Verringerung des Strömungswiderstands offenbart die DE 10 2009 007 240 AI eine im Wesentlichen zylindrische Siebfläche des Dampfsiebes korrugiert auszubilden, so dass damit die Siebfläche effektiv vergrößert und folglich der Strömungswiderstand verkleinert ist. Konkret wird vorgeschlagen, eine Vielzahl von jeweils mit Sieböffnungen versehenen Siebblechen zickzackartig in Umfangsrichtung des Dampfsiebes ringförmig aneinandergereiht und miteinander verbunden anzuordnen. Ein weiteres Problem beim Einsatz von Dampfsieben besteht darin, dass diese oftmals hohen Belastungen (z. B. Schwingungs¬ belastungen oder Temperaturschwankungen) ausgesetzt sind, welche das Dampfsieb nach einer relativ kurzen Einsatzzeit schädigen oder sogar zerstören können. In der WO 2014/095380 AI wird aus diesem Grund ein besonderer Aufbau des Dampfsie¬ bes vorgeschlagen, bei dem das Dampfsieb ausbildende schalen¬ förmige Einzelelemente im Schadensfall separat ausgetauscht werden können.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dampfsieb bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines Dampfsiebes aufzuzeigen, mittels welchen eine besonders weitgehende Verringe¬ rung des Strömungswiderstandes bei gleichzeitig hoher mecha- nischer Belastbarkeit und geringem Materialaufwand erzielbar ist .
Das erfindungsgemäße Dampfsieb ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt der Siebfläche von einer idealen Zylinder- bzw. Konusform abweicht und/oder der Siebmantel eine über die Siebfläche betrachtet variierende Dicke besitzt und/oder eine Gestalt der Sieböffnungen über die Siebfläche betrachtet va¬ riiert . Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines derarti¬ gen Dampfsiebes ist dadurch gekennzeichnet, dass für eine vorgegebene Installationsumgebung des herzustellenden Dampfsiebes eine Formgestaltung des herzustellenden Dampfsiebes festgelegt wird und das Dampfsieb mittels eines generativen Fertigungsverfahrens entsprechend der ermittelten Formgestal¬ tung hergestellt wird.
Vorteilhaft kann ein erfindungsgemäßes Dampfsieb bzw. erfin¬ dungsgemäß hergestelltes Dampfsieb je nach konkreter Anforde- rung mit besonders niedrigem Strömungswiderstand und/oder be¬ sonders hoher mechanischer Belastbarkeit und somit Haltbar¬ keit bereitgestellt werden. Aus dem Stand der Technik bekannte Dampfsiebe einer vorgegebenen Baugröße, bei denen die Siebfläche eine zylindrische oder konische Gestalt aufweist und/oder der Siebmantel eine einheitliche Dicke besitzt und/oder sämtliche der Sieböffnungen identisch gestaltet sind, ist in üblichen Installationsumgebungen nicht dazu ge- eignet, einen sehr kleinen Strömungswiderstand bei gleichzei¬ tig hoher mechanischer Belastbarkeit und geringem Material¬ aufwand zu erzielen.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, eine (mehr oder weniger weitgehende) Optimierung der Formgestaltung des
Dampfsiebes bzw. zumindest des für die Funktion wesentlichen Siebmantels im Sinne einer "optimierten dreidimensionalen Freiformkontur" des den Siebmantel bildenden Materials vorzu¬ sehen .
Die konkrete erfindungsgemäße Realisierung dieser Grundidee bedient sich hierbei wenigstens eines, bevorzugt mehrerer und insbesondere z. B. sämtlicher drei der vorgenannten Gestaltungsdetails, nämlich der Details betreffend die Gestalt der Siebfläche, die Dicke des Siebmantels, und die Gestalt der Sieböffnungen .
Was die Abweichung der Gestalt der Siebfläche von einer idea¬ len Zylinder- bzw. Konusform anbelangt, so ist bevorzugt vor- gesehen, dass die Siebfläche in wenigstens einem Bereich dop¬ pelt gekrümmt ist, also insbesondere z. B. in wenigstens ei¬ nem Bereich eine "ballige" Ausbuchtung (d. h. nach radial außen) oder Einbuchtung (d. h. nach radial innen) aufweist. Vor allem im Hinblick auf die bei der Erfindung gegebenenfalls variierende Dicke des Siebmantels sei im Sinne der Er¬ findung unter der "Siebfläche" des Dampfsiebes diejenige ge¬ dachte Fläche verstanden, die im Zentrum des Siebmantels ver¬ läuft, also eine "Mittelfläche", die in der Mitte zwischen einer Außenfläche und einer Innenfläche des Siebmantels ver¬ läuft . Die Siebfläche kann von deren Außenseite betrachtet in we¬ nigstens einem Bereich der Siebfläche z. B. eine konkave Krümmung, insbesondere zweiachsig konkave Krümmung besitzen. In einer Ausführungsform ist die Siebfläche im Wesentlichen symmetrisch bezüglich einer in Axialrichtung verlaufenden Mittelebene des Dampfsiebes ausgebildet.
In einer Ausführungsform weist die Siebfläche in einem
Schnitt (z. B. Axialschnitt oder Radialschnitt) betrachtet an wenigstens einer Stelle eine Abwinkelung auf. In einer Wei¬ terbildung weist die Siebfläche in ein und demselben Schnitt betrachtet mehrere Abwinkelungen auf, wobei z. B. im Falle von zwei aufeinanderfolgenden Abwinkelungen von einander ent- gegengesetzter Abwinkelungsrichtung insbesondere eine Stufe im Schnitt der Siebfläche ausgebildet sein kann.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Siebfläche in einem Schnitt entlang einer in Axialrichtung des Dampfsie- bes verlaufenden Ebene betrachtet auf wenigstens einer Seite aus einem Bogen gebildet ist. Ein solcher Bogen im Schnitt ist gleichbedeutend mit einer über die im Wesentlichen gesamte axiale Erstreckung der Siebfläche an der betreffenden Stelle des Umfanges ausgebildeten Ausbuchtung bzw. Einbuch- tung.
In einer Weiterbildung ist die Siebfläche in dem Schnitt ent¬ lang der in Axialrichtung verlaufenden Ebene betrachtet aus zwei Bögen gebildet, wobei jeder dieser Bögen gleichbedeutend jeweils mit einer Ausbuchtung bzw. Einbuchtung an der betreffenden Stelle des Umfanges ist.
In einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Siebfläche in einem Schnitt entlang ei- ner in Axialrichtung des Dampfsiebes und orthogonal zu der erstgenannten Ebene verlaufenden zweiten Ebene betrachtet ebenfalls auf wenigstens einer Seite aus einem Bogen gebildet ist, insbesondere z. B. insgesamt aus zwei Bögen (einer auf jeder Seite) gebildet ist.
Was die Variation der Dicke des Siebmantels über die Siebflä¬ che betrachtet anbelangt, so kann diese Dicke z. B. in Axial¬ richtung des Dampfsiebes betrachtet variieren. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Dicke des Siebmantels in Umfangsrichtung des Dampfsiebes betrachtet va¬ riiert .
In einer Ausführungsform variiert die Dicke um wenigstens ei¬ nen Faktor 1,1, d. h. ist eine maximale Dicke des Siebmantels mindestens das 1,1-fache einer minimalen Dicke des Siebman¬ tels. In einer Ausführungsform variiert die Dicke um wenigs¬ tens einen Faktor 1,5. In einer Ausführungsform ist dieser Faktor jedoch kleiner als 5, insbesondere kleiner als 4.
In einer Ausführungsform variiert die Dicke des Siebmantels im Wesentlichen kontinuierlich, d. h. macht diese Dicke keine ausgeprägten Sprünge.
In einer Ausführungsform ist das Dampfsieb oder zumindest dessen Siebmantel einstückig ausgebildet, z. B. aus einem me¬ tallischen Werkstoff. Alternativ kommt z. B. ein keramischer Werkstoff in Betracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Variation der Dicke des Siebmantels über die Siebfläche betrachtet derart konzipiert, dass in der Verwendungssituation des Dampfsiebes, wenn also dessen Sieböffnungen z. B. von radial außen nach radial innen (oder umgekehrt) von Dampf durchströmt werden eine hinsichtlich der damit einhergehenden mechanischen Belastungen höhere Stabilität des Siebmantels vorliegt als im Vergleich zu einem aus gleich viel Material gebildeten Sieb- mantel mit gleicher Siebfläche, jedoch einheitlicher Dicke.
Was die Variation der Gestalt der Sieböffnungen über die Siebfläche betrachtet anbelangt, so ist gemäß einer Ausfüh- rungsform vorgesehen, dass die Gestalt der Sieböffnungen (zumindest) über die Axialrichtung des Dampfsiebes betrachtet variiert. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Gestalt der Sieböffnungen über die Umfangsrichtung des Dampfsiebes betrachtet variiert.
Ganz allgemein kann die Variation der Gestalt der Sieböffnungen einerseits deren Öffnungsfläche bzw. deren Volumen und andererseits deren Formgebung (Konturverauf) betreffen.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der Sieböffnungen als Kanäle ausgebildet sind und je¬ weils eine schräg durch den Siebmantel verlaufende
Durchströmung vorsehen. Damit kann in der Verwendungssituati- on vorteilhaft insbesondere eine strömungstechnisch günstige Umlenkung der DampfStrömungsrichtung im Bereich der Siebfläche "von radial nach axial" bzw. "von axial nach radial" be¬ werkstelligt werden. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der Sieböffnungen als Kanäle ausgebildet sind und je¬ weils einen gekrümmten Verlauf besitzen. Auch damit kann vorteilhaft die vorerwähnte Umlenkung der DampfStrömungsrichtung im Bereich der Siebfläche bewerkstelligt bzw. strömungstech- nisch verbessert werden.
Bei den Ausführungsformen, bei denen wenigstens ein Teil der Sieböffnungen als Kanäle ausgebildet sind und jeweils eine schräg durch den Siebmantel verlaufende Durchströmung vorse- hen und/oder jeweils einen gekrümmten Verlauf besitzen, kann beispielsweise eine Variation der Gestalt der Sieböffnungen vorgesehen sein, die im Wesentlichen die Durchströmungsverlaufsrichtung bzw. die Richtung der Krümmung betrifft. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der Sieböffnungen einen von einer idealen Kreisform abweichenden Querschnitt besitzt. Insbesondere können die be¬ treffenden Sieböffnungen z. B. einen langgestreckten Quer- schnitt besitzen (z. B. ovale Sieböffnungen oder schlitzartige Sieböffnungen) .
In einer Ausführungsform besitzt wenigstens ein Teil der Sieböffnungen einen wenigstens annähernd sechseckigen Querschnitt, wobei in diesem Fall durch die Anordnung der betref¬ fenden Sieböffnungen bevorzugt eine Sechseckwabenstruktur ausgebildet ist. Soweit bei hier beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen ist, dass "wenigstens ein Teil der Sieböffnungen" eine be¬ stimmte Eigenschaft besitzt, so kann hierfür z. B. gelten, dass z. B. mehr als 50 %, insbesondere mehr als 80 %, der Sieböffnungen diese Eigenschaft besitzt.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Dampfsiebanordnung vorgeschlagen, umfassend
- ein Gehäuse,
- ein im Gehäuse untergebrachtes Dampfsieb der hier be¬ schriebenen Art zum Sieben von Dampf, welcher an einem einlassseitigen Gehäusebereich in das Gehäuse einströmt und nach Durchströmung des Siebmantels das Gehäuse an ei- nem auslassseitigen Gehäusebereich wieder verlässt,
- optional ein Dampfventil, das im auslassseitigen
Gehäusebereich oder einem stromabwärts dieses
Gehäusebereiches angebundenen Ventilgehäuses untergebracht ist.
Der einlassseitige Gehäusebereich und/oder der auslassseitige Gehäusebereich kann jeweils rohrförmig (z. B. mit kreisrundem Querschnitt) ausgebildet sein und/oder jeweils einstückig an einem zentralen Gehäuseabschnitt angebunden sein (von welchem sich die einlassseitigen und auslassseitigen Gehäusebereiche weg erstrecken) . Die von den einlassseitigen und auslassseitigen
Gehäusebereichen vorgegebenen DampfStrömungsrichtungen sind gemäß einer Ausführungsform nicht gleich, sondern verlaufen unter einem Winkel zueinander. In einer speziellen Ausfüh- rungsform ist die DampfStrömungsrichtung des auslassseitigen Gehäusebereiches wenigstens annähernd orthogonal (z. B. in einem Bereich von 70° bis 110° abgewinkelt) bezüglich der DampfStrömungsrichtung des einlassseitigen Gehäusebereiches orientiert. Hierbei kann das Dampfsieb derart im Gehäuse un- tergebracht sein, dass der einlassseitig eingeströmte Dampf den Siebmantel des Dampfsiebes in dessen Radialrichtung von außen nach innen durchströmt und sodann im Inneren des Dampfsiebes in dessen Axialrichtung weiterströmt und somit das Dampfsieb zum auslassseitigen Gehäusebereich hin wieder ver- lässt. Bei einer derart abgewinkelten Konfiguration der
Dampfsiebanordnung lässt sich das Dampfventil relativ einfach im Gehäuse integrieren, z. B. mit einem im auslassseitigen Gehäusebereich bewegbar angeordneten Ventilkörper (z. B. Ventilteller) und einem mit dem Ventilkörper für dessen Betäti- gung verbundenen Betätigungsorgan wie einer Schubstange bzw. einer Ventilspindel, welche in Axialrichtung durch das Dampfsieb hindurch und weiter durch eine entsprechende Durchführung am Gehäuse aus dem Gehäuse heraus verlaufen kann. Was die Herstellung eines erfindungsgemäßen Dampfsiebes anbe¬ langt, so kann beispielsweise für die vorgegebene Installati¬ onsumgebung des herzustellenden Dampfsiebes unter Nutzung einer CFD ( "computational fluid dynamics ") -Simulation zunächst eine geeignete Formgestaltung des herzustellenden Dampfsiebes ermittelt werden, insbesondere eine hinsichtlich des Strö¬ mungswiderstandes und/oder der mechanischen Stabilität des Dampfsiebes (mehr oder weniger weitgehend) optimierte Formge¬ staltung, um das Dampfsieb nachfolgend mittels eines genera¬ tiven Fertigungsverfahrens entsprechend der zuvor festgeleg- ten bzw. auf Basis einer Optimierung ermittelten Formgestaltung herzustellen. Bei dem generativen Fertigungsverfahren kann es sich z. B. um ein Gussverfahren wie insbesondere einen Feinguss handeln. Alternativ kann als generatives Fertigungsverfahren ein so genannter 3D-Druck vorgesehen sein, bei welchem also ein schichtweiser Aufbau des Dampfsiebes erfolgt.
Als Werkstoffe für das Dampfsieb kommen insbesondere Metalle oder Keramiken in Betracht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei¬ spielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter schrieben. Es stellen dar: eine Radialschnittansicht einer Dampfsiebanord- nung gemäß eines Ausführungsbeispiels, eine Axialschnittansicht der Dampfsiebanordnung längs der Linie II-II in Fig. 1, eine Axialschnittansicht der Dampfsiebanordnung längs der Linie III-III in Fig. 1, und eine perspektivische, teilweise geschnittene An¬ sicht eines Details eines Siebmantels gemäß eines Ausführungsbeispiels .
Die Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen eine Dampfsiebanordnung 10 umfassend ein Gehäuse 20 und ein darin untergebrachtes Dampf¬ sieb 30 zum Sieben von Dampf, welcher an einem einlassseiti- gen Gehäusebereich 22 in das Gehäuse 20 einströmt und nach Durchströmung des Dampfsiebes 30 das Gehäuse 20 an einem aus lassseitigen Gehäusebereich 24 wieder verlässt.
Bei dem Gehäuse 20 kann es sich insbesondere z. B. um ein Schnellschlussventilgehäuse eines mit dem Dampfsieb 30 verse henen Schnellschlussventil in der Frischdampfzufuhr einer Dampfturbinenanlage handeln. In diesem Fall könnte ein (in den Figuren nicht gezeigter) Ventilkörper zum Öffnen und Schließen des Dampfventils bewegbar im auslassseitigen
Gehäusebereich 24 angeordnet und z. B. mittels einer Ventil¬ spindel bewegt werden, die durch einen Gehäusedeckel 26 des Gehäuses 20 durchgeführt ist. Zur Veranschaulichung einer derartigen Integration eines Dampfventils in der dargestell¬ ten Dampfsiebanordnung 10 ist bei dem Gehäusedeckel 26 eine Öffnung 28 beispielhaft eingezeichnet, durch welche hindurch die genannte Ventilspindel (abgedichtet) verlaufen würde. Das Dampfsieb 30 besitzt wie dargestellt eine ungefähr zy¬ lindrische Gestalt und ist im dargestellten Ausführungsbei¬ spiel von einem einstückig aus Metall gefertigten und eine Siebfläche des Dampfsiebes 30 definierenden Siebmantel 32 ge¬ bildet .
In dem Siebmantel 32 sind eine Vielzahl von Sieböffnungen 34 zum Durchtritt von Dampf ausgebildet.
Eine Besonderheit des Dampfsiebes 30 und der damit ausgebil- deten Dampfsiebanordnung 10 besteht darin, dass die Gestalt der Siebfläche weder eine ideale Zylinderform noch eine idea¬ le Konusform darstellt, sondern eine davon abweichende Form¬ gestaltung besitzt, die vorab für die betreffende Installati¬ onsumgebung (Gehäuse 20) als eine hinsichtlich eines niedri- gen Strömungswiderstandes und/oder besonders hoher mechani¬ scher Stabilität unter Nutzung einer CFD-Simulation ermittelt wurde, um das Dampfsieb 30 sodann mittels eines generativen Fertigungsverfahrens wie z. B. einem Feingussverfahren oder einem 3D-Druckverfahren entsprechend der zuvor ermittelten Formgestaltung herzustellen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Siebfläche grö߬ tenteils doppelt gekrümmt, wobei die Siebfläche sowohl Aus¬ buchtungen (vgl. z. B. Fig. 2 rechts) als auch Einbuchtungen (vgl. z. B. Fig. 2 links und Fig. 3) besitzt. Aus den Fig. 2 und Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Siebflä¬ che in den dargestellten Axialschnitten betrachtet jeweils aus zwei Bögen gebildet ist. Die Siebfläche ist in der Axialschnittebene von Fig. 2 be¬ trachtet aus zwei Bögen gebildet, von denen der in Fig. 2 linke Bogen von der Außenseite betrachtet eine Konkavität darstellt, wohingegen der in Fig. 2 rechte Bogen von außen betrachtet eine Konvexität darstellt. Abweichend von diesem Beispiel könnten die beiden Bögen z. B. auch beide eine Konkavität oder beide eine Konvexität ausbilden.
In der ebenfalls entlang der Axialrichtung des Dampfsiebes 30 und orthogonal zu der Axialschnittebene von Fig. 2 verlaufen- den Axialschnittebene von Fig. 3 betrachtet ist die Siebflä¬ che ebenfalls aus zwei Bögen gebildet, von denen der in Fig. 3 linke Bogen als auch der in Fig. 3 rechte Bogen von der Außenseite des Dampfsiebes 30 betrachtet eine Konkavität dar¬ stellt. Abweichend von diesem Beispiel könnten die beiden Bö- gen z. B. auch beide eine Konvexität ausbilden.
Ganz allgemein ist es bevorzugt, wenn eine in Axialrichtung und parallel zur "Anströmrichtung" des Dampfsiebes verlaufende Mittelebene des Dampfsiebes eine Symmetrieebene der Sieb- fläche darstellt (wie dies z. B. bei dem dargestellten Aus¬ führungsbeispiel der Fall ist) .
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass der Siebmantel 32 eine über die Siebfläche betrachtet variierende Dicke be- sitzt. Dies ist z. B. in der Radialschnittdarstellung von
Fig. 1 erkennbar, in welcher in diesem Schnitt betrachtet der Siebmantel 32 an zwei Stellen nennenswert verdickt ist. Dem¬ entsprechend variiert die Dicke des Siebmantels 32 in diesem Ausführungsbeispiel zumindest in Umfangsrichtung des Dampf- siebes 30 betrachtet. Alternativ oder zusätzlich kann diese Dicke auch in Axialrichtung des Dampfsiebes 30 variieren. Die Variation der Dicke des Siebmantels 32 kann ebenfalls im Rahmen der bereits erwähnten Optimierung des Dampfsiebes ermittelt worden sein, wobei diese Dickenvariation insbesondere für eine Steigerung der mechanischen Belastbarkeit bei vorge- gebenem Materialaufwand für den Siebmantel 32 von Bedeutung ist .
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass eine Gestalt der Sieböffnungen 34 über die Siebfläche betrachtet variiert.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel variiert diese Gestalt sowohl über die Axialrichtung des Dampfsiebes 30 als auch über die Umfangsrichtung des Dampfsiebes 30. Wie es z. B. aus Fig. 1 ersichtlich ist, gibt es Sieböffnungen 34 (in Fig. 1 unten), die eine gerade, d. h. orthogonal zur Ebene der Siebfläche orientierte Durchströmung vorsehen.
Zusätzlich gibt es jedoch auch Sieböffnungen 34, wie z. B. aus Fig. 1 im seitlichen und im oberen Bereich ersichtlich, die eine schräg durch den Siebmantel 32 verlaufende
Durchströmung vorsehen.
Die Sieböffnungen 34 sind im dargestellten Beispiel als Kanä- le ausgebildet, wobei ein Teil (z. B. aus Fig. 1 unten er¬ sichtlich, einen geradlinigen Verlauf besitzt, wohingegen ein anderer Teil, z. B. aus Fig. 1 weiter oben ersichtlich, einen gekrümmten Verlauf besitzt. Mittels der Variation der Gestalt der Sieböffnungen 34 und insbesondere deren erwähnte Uneinheitlichkeit betreffend Durchströmungsrichtung (bezüglich der Ebene der Siebfläche) und konkretem Strömungsverlauf innerhalb des Siebmantels 32 (geradlinig oder gekrümmt) kann eine sehr weitgehende Opti- mierung des Dampfsiebes 30 hinsichtlich dessen Strömungswiderstand bewerkstelligt werden. Die Umlenkung der DampfStrömung beim Durchtritt durch den Siebmantel 32 ist einerseits wie aus der Radialschnittansicht von Fig. 1 ersichtlich insofern von Bedeutung, als damit eine gewisse "Fokussierung" der an unterschiedlichen Umfangsposi- tionen des Siebmantels 32 strömenden Dampfanfeilen zum Zentrum des Dampfsiebes 30 hin erreicht wird. Zum anderen, wie es aus den Axialschnittdarstellungen der Fig. 2 und Fig. 3 ersichtlich ist, wird damit außerdem eine Umlenkung der Dampfströmung von einer Radialrichtung (beim Eintritt in die Sieb- Öffnungen 34) hin zu einer Strömungsrichtung mit nennenswertem Anteil in Axialrichtung (beim Austritt aus den Sieböffnungen 34) bewerkstelligt, um den Dampf mittels der Sieböff¬ nungen 34 in den Fig. 2 und Fig. 3 nach unten, also zum aus- lassseitigen Gehäusebereich 24 hin umzulenken.
Fig. 4 zeigt ein Detail eines Siebmantels 32a mit Sieböffnun¬ gen 34a, die in diesem Beispiel bzw. dem in Fig. 4 dargestellten Bereich auf einem (gedachten) quadratischen Gitter angeordnet sind und jeweils etwa einen quadratischen Quer- schnitt besitzen.
Der Siebmantel 32a kann z. B. den Siebmantel 32 des oben be¬ reits beschriebenen Ausführungsbeispiels darstellen, oder aber den Siebmantel eines andersartig ausgebildeten erfin- dungsgemäßen Dampfsiebes.
Im Beispiel von Fig. 4 besitzen jeweils zwischen einander benachbarten Sieböffnungen 34a befindliche Materialstege je¬ weils ein tragflügelartiges Profil, so dass die Sieböffnungen 34a jeweils eine gewünschte Strömungsumlenkung der Dampfströ¬ mung im Verlauf durch den Siebmantel 32a bewirken.
Abweichend von dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei welchem die Sieböffnungen 34a ein quadratisches Gitter ausbilden, ist im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Anordnungen von Sieböffnungen interessant, bei denen die einzelnen Sieböffnungen jeweils einen wenigstens annähernd sechseckigen Querschnitt besitzen und in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind, um somit eine hexagonale Wabenstruk¬ tur auszubilden. Eine derartige Struktur besitzt z. B. den Vorteil, dass bei vergleichsweise großer Gesamtfläche der Sieböffnungen (im Verhältnis zur Größe der Siebfläche) und somit niedrigem Strömungswiderstand und geringem Materialauf¬ wand dennoch eine relativ hohe mechanische Belastbarkeit er¬ zielbar ist.
Zusammenfassend ermöglicht die Erfindung die Schaffung einer sehr vorteilhaften, insbesondere z. B. unter Nutzung einer
CFD-Simulation weitgehend optimierten Strömungsgeometrie ei¬ nes Dampfsiebes, welches entsprechend einer derartigen Opti¬ mierung in der Regel eine "dreidimensionale Freiformkontur" aufweisen wird. Dies betrifft sowohl die Gestalt der einzel- nen Sieböffnungen als auch die Gestalt und Dicke des Siebmantels.
Eine bevorzugte Verwendung eines Dampfsiebes der erfindungs¬ gemäßen Art ist die Verwendung als Dampfsieb in einem
Schnellschlussventilgehäuse einer Dampfturbinenanlage .

Claims

Patentansprüche
1. Dampfsieb (30) mit einer Siebfläche von im Wesentlichen zylindrischer oder konischer Gestalt und mit einer Vielzahl von Sieböffnungen (34) zum Durchtritt von Dampf, die in einem die Siebfläche definierenden Siebmantel (32) des Dampfsiebes (30) ausgebildet sind,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ge¬ stalt der Siebfläche von einer idealen Zylinder- bzw. Konusform abweicht und/oder der Siebmantel (32) eine über die Siebfläche betrachtet variierende Dicke besitzt und/oder eine Gestalt der Sieböffnungen (34) über die Siebfläche betrachtet variiert.
2. Dampfsieb (30) nach Anspruch 1, wobei die Siebfläche in wenigstens einem Bereich doppelt gekrümmt ist.
3. Dampfsieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Siebfläche in einem Schnitt betrachtet an wenigstens einer Stelle eine Abwinkelung aufweist.
4. Dampfsieb (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Siebfläche in einem Schnitt entlang einer in Axialrichtung des Dampfsiebes (30) verlaufenden Ebene be¬ trachtet auf wenigstens einer Seite aus einem Bogen ge¬ bildet ist.
5. Dampfsieb (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Dicke des Siebmantels (32) in Axialrichtung des Dampfsiebes (30) betrachtet variiert.
6. Dampfsieb (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Dicke des Siebmantels (32) in Umfangsrichtung des Dampfsiebes (30) betrachtet variiert.
7. Dampfsieb (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gestalt der Sieböffnungen (34) über die Axial¬ richtung des Dampfsiebes (30) betrachtet variiert.
8. Dampfsieb (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gestalt der Sieböffnungen (34) über die Um- fangsrichtung des Dampfsiebes (30) betrachtet variiert.
9. Dampfsieb (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Teil der Sieböffnungen (34) als Ka¬ näle ausgebildet sind und jeweils eine schräg durch den Siebmantel (32) verlaufende Durchströmung vorsehen.
10. Dampfsieb (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Teil der Sieböffnungen (34) als Ka¬ näle ausgebildet sind und jeweils einen gekrümmten Ver¬ lauf besitzen.
11. Dampfsieb (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Teil der Sieböffnungen (34) einen von einer idealen Kreisform abweichenden Querschnitt besitzt.
12. Dampfsiebanordnung (10), umfassend
- ein Gehäuse (20),
- ein im Gehäuse (20) untergebrachtes Dampfsieb (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Sieben von Dampf, wel- eher an einem einlassseitigen Gehäusebereich (22) in das Gehäuse (20) einströmt und nach Durchströmung des Siebmantels (32) das Gehäuse (20) an einem auslasssei- tigen Gehäusebereich (24) wieder verlässt,
- optional ein Dampfventil, das im auslassseitigen
Gehäusebereich (24) oder einem stromabwärts dieses
Gehäusebereiches (24) angebundenen Ventilgehäuse unter¬ gebracht ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Dampfsiebes (30) nach ei- nem der Ansprüche 1 bis 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für eine vorgegebene Installationsumgebung (20) des herzustellenden Dampfsiebes (30) eine Formgestaltung des herzustel- lenden Dampfsiebes (30) festgelegt wird und das Dampfsieb (30) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens ent¬ sprechend der ermittelten Formgestaltung hergestellt wird .
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