DE903693C

DE903693C - Multi-stage control nozzle for draining condensate

Info

Publication number: DE903693C
Application number: DEG1395A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans-Martin Pape
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-03-18
Filing date: 1950-03-18
Publication date: 1954-02-08

Description

Mehrstufige Regeldüse zum Ableiten von Kondensat Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Regeldüse zum Ableiten von Kondensat. Regeldüsen zum Ableiten von Kondensat aus dampfgefüllten Räumen, wie sie z. B. bei Dampfwasserableitern mit selbsttätig nicht beweglichen Innenteilen verwendet «-erden, sollen vier Bedingungen erfüllen: r. Kaltes Kondensat, das bei noch nicht durchwärmter Anlage in verhältnismäßig sehr großen Mengen anfällt, soll zur Verhinderung eines Kondensatstaues restlos in möglichst kurzer Zeit abgeführt werden.Multi-stage control nozzle for discharging condensate The invention relates to a multi-stage control nozzle for draining condensate. Control nozzles to divert Condensate from steam-filled rooms, such as those found in B. with steam traps automatically non-movable internal parts "-earth, should be four conditions meet: r. Cold condensate that is relatively If very large amounts occur, it should be completely removed to prevent the build-up of condensate be discharged in the shortest possible time.

2. Siedend heißes Kondensat, das bei durchwärmter Anlage in wesentlich geringerer Menge anfällt, soll abgeleitet werden, ohne daß gleichzeitig Frischdampf mit entweicht.2. Boiling hot condensate, which is significantly higher when the system is warmed through A smaller amount should be discharged without live steam at the same time with escapes.

3. Fällt bei Heißdampfanlagen nach völliger Durchwärmung überhaupt kein Kondensat mehr an, so soll durch die nach wie vor geöffnete Düse so wenig wie möglich Frischdampf entweichen. .. Bei allen diesen Regelvorgängen soll trotz der ständigen, bei großen Druckunterschieden mit sehr hoher Durchflußgeschwindigkeit erfolgenden Durchströmung ein möglichst geringer Strahlverschleiß entstehen, damit der Düsenquerschnitt nach Möglichkeit nicht verändert und die Wandungen der anschließenden Armaturen- oder Rohrleitungsteile nicht zerstört werden.3. In the case of superheated steam systems, it falls at all after it has been completely warmed through no more condensate, the still open nozzle should as little as possible live steam escape. .. In all of these control processes, despite the constant, with large pressure differences with a very high flow rate occurring through-flow result in as little jet wear as possible, so that if possible, the nozzle cross-section and the walls of the subsequent Fittings or pipeline parts are not destroyed.

Als Kondensatdüsen werden beispielsweise einfache Blenden verwendet. Diese weisen bei im Verhältnis zum Düsendurchmesser sehr kurzer Düsenlänge eine plötzliche sehr starke Querschnittsvergrößerung von der Düse zum anschließenden Armaturen- oder Rohrleitungsstück auf. Infolge der geringen Düsenlänge und des Siedeverzuges tritt bei der Entspannung des durchfließenden siedend heißen Kondensates praktisch in der Düse selbst noch keine die Durchflußmenge ändernde drosselnde Verdampfung ein, d. h. die Steuer- Wirkung zwischen heißem und kaltem Kondensat entsprechend den angeführten Bedingungen i und z ist nicht erfüllt. Außerdem erfolgt die Entspannung in einer Stufe, die Durchflußgeschwindigkeit und der Strahlverschleiß sind also sehr hoch, womit die Bedingung 4 nicht erfüllt ist.Simple diaphragms, for example, are used as condensate nozzles. These have a very short nozzle length in relation to the nozzle diameter Sudden, very strong cross-sectional enlargement from the nozzle to the subsequent one Fittings or pipe section on. Due to the short nozzle length and the delay in boiling practically occurs when the boiling-hot condensate is released in the nozzle itself no throttling evaporation which changes the flow rate a, d. H. the tax- Effect between hot and cold condensate according to the stated conditions i and z is not fulfilled. Also takes place the relaxation in one stage, the flow rate and the jet wear are therefore very high, which means that condition 4 is not fulfilled.

Es sind weiter zylindrische Düsen bekanntgeworden, deren Länge ein Vielfaches ihres Durchmessers beträgt. Der Siedeverzug wird hierdurch praktisch wirkungslos gemacht, die Drosselung heißen Kondensates gegenüber kaltem wird daher erheblich. Andererseits wird aber die Regelwirkung zwischen heißem Kondensat und Dampf eine wesentlich schlechtere, weil die große Düsenlänge den Durchtritt des heißen Kondensates infolge seiner durch die noch in der Düse entstehende Nachverdampfung außerordentlichen Volumenzunahme verhältnismäßig wesentlich mehr bremst als den Durchtritt des sich verhältnismäßig zum heißen Kondensat nur wenig ausdehnenden Dampfes. Die oben aufgeführte Bedingung 3 ist also schlecht erfüllt, desgleichen die vierte Bedingung, weil die Entspannung nach wie vor einstufig erfolgt.There are also cylindrical nozzles have become known, the length of which is a Is a multiple of its diameter. This makes the delay in boiling practical made ineffective, the throttling of hot condensate compared to cold is therefore considerable. On the other hand, the control effect between hot condensate and Steam a much worse, because the large nozzle length allows the passage of the hot condensate as a result of the post-evaporation that occurs in the nozzle extraordinary increase in volume comparatively much more brakes than the Passage of the condensate, which expands only slightly in relation to the hot condensate Steam. Condition 3 listed above is therefore poorly fulfilled, as well the fourth condition, because the relaxation is still in one step.

Es sind weiterhin Lavaldüsen verwendet, d. h. Düsen, die nach ihrem kleinsten Durchflußquerschnitt eine unter sehr spitzem y'@Tinkel erfolgende Erweiterung aufweisen. Die Regelfähigkeit zwischen heißem Wasser und Dampf wird eine erheblich bessere als bei den zylindrischen Düsen, weil dem sich infolge der Nachverdampfung entwickelnden Dampf mehr Raum gegeben wird. Der Strahlverschleiß wird jedoch ein größerer, weil in der Lavaldüse dem Dampf die Möglichkeit gegeben wird, bei überkritischem Druckgefälle. auch überkritische Geschwindigkeit anzunehmen. Es kommt die unangenehme Begleiterscheinung hinzu, daß infolge des durch die hohe Geschwindigkeit entstehenden starken Geräusches leicht auf höhere Dampfverluste bei nachlassendem oder ausbleibendem Kondensatzufluß geschlossen wird, als tatsächlich vorliegen.Laval nozzles are still used; H. Nozzles, which according to their smallest flow cross-section an expansion taking place at a very acute y '@ angle exhibit. The ability to regulate between hot water and steam becomes considerable better than with the cylindrical nozzles, because this is due to the post-evaporation developing steam is given more space. However, the jet wear becomes a larger, because the steam is given the opportunity in the Laval nozzle for supercritical Pressure gradient. also assume supercritical speed. There comes the unpleasant one A concomitant phenomenon is that as a result of the high speed strong noise slightly to higher steam losses with decreasing or absent Condensate flow is closed than actually exist.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wurde schon vorgeschlagen, eine Reihe von zylindrischen oder auch rechteckigen Kanälen, zylindrischen Düsen oder Lavaldüsen mit gleich großen kleinsten Querschnitten hintereinanderzuschalten, teilweise aber auch mehrere derartige Drosselstränge parallel geschaltet und sich labyrinthartig kreuzend anzuordnen. Die zahlreichen gleich großen kleinen Querschnitte bewirken nun jedoch praktisch die gleiche schlechte Regelfähigkeit zwischen heißem Kondensat und Dampf wie die lange zylindrische Düse. Außerdem wird der Strahlverschleiß nicht gleichmäßig auf das ganze System verteilt, da der letzte kleinste Querschnitt das größte Druckgefälle zu verarbeiten hat, weil andernfalls das im Labyrinth infolge Nachverdampfung bzw. Dampfausdehnung bereits zugenommene Volumen durch den letzten engsten Querschnitt nicht hindurchtreten könnte.To avoid these difficulties it has already been proposed a Series of cylindrical or rectangular channels, cylindrical nozzles or To connect Laval nozzles with the smallest cross-sections of the same size one behind the other, in some cases but also several such throttle lines connected in parallel and become labyrinthine to be arranged crosswise. The numerous small cross-sections of the same size cause but now practically the same poor control ability between hot condensate and steam like the long cylindrical nozzle. In addition, the jet wear will not evenly distributed over the entire system, since the last smallest cross-section is the has to process the greatest pressure gradient, because otherwise this in the labyrinth as a result Post-evaporation or steam expansion volume already increased by the last the narrowest cross-section could not pass.

Außer den geschilderten Mängeln haben diese bekannten Ableitungsorgane noch den Nachteil, daß sie nicht stufenlos auf die jeweiligen Betriebsverhältnisse einreguliert werden können. Es ist jedoch auch ein Dampfwasserableiter mit mehrstufigemstarremAbleitungsorgan bekanntgeworden, das im wesentlichen aus einem schwach kegeligen rohrförmigen Außenkörper besteht und einem zum Zweck der stufenlosen Regelung darin axial verschiebbaren konischen Staukörper, der derart stufenförmig gestaltet ist, daß die engsten Querschnitte der einzelnen Stufen und die jeweils darauffolgenden Erweiterungsräume als Ringräume entstehen. Dabei weist jede folgende Stufe entsprechend der Kegelneigung des Außen- und des Staukörpers einen größeren engsten Querschnitt auf als die vorhergehende Stufe. Bei diesem bekannten Ableitungsorgan ist jedoch der engste Querschnitt der letzten Stufe nur ganz geringfügig größer als der engste Querschnitt der ersten Stufe, so daß praktisch hinsichtlich der Regelwirkung zwischen heißem Kondensat und Dampf sowie hinsichtlich der Verschleißverteilung auf die einzelnen Stufen keine bessere Wirkung erzielt wird als bei den soeben behandelten hintereinandergeschalteten Kanälen oder Düsen mit gleich großen engsten Querschnitten. Als besonderer Nachteil kommt hinzu, daß sich bei der axialen Verschiebung des Staukörpers die engsten Querschnitte der einzelnen Stufen nicht in einem konstanten Verhältnis zueinander vergrößern bzw. verkleinern. Die angestrebte gleichmäßige Verteilung des Verschleißes auf alle Stufen muß jedoch in jeder Regelstellung erzielt werden, um auf alle Fälle ein Minimum von Verschleiß zu erreichen.In addition to the deficiencies described, these have known discharge organs nor the disadvantage that it is not steplessly adapted to the respective operating conditions can be adjusted. However, it is also a steam trap with a multi-stage rigid discharge element became known, which consists essentially of a slightly conical tubular outer body and one axially displaceable therein for the purpose of stepless regulation conical baffle, which is designed stepped so that the narrowest cross-sections of the individual steps and the subsequent expansion rooms as annular spaces develop. Each following step has according to the conical inclination of the outer and the bluff body has a larger narrowest cross section than the previous one Step. In this known discharge organ, however, the narrowest cross section is the last stage only slightly larger than the narrowest cross-section of the first Stage, so that practical in terms of the control effect between hot condensate and steam as well as none with regard to the distribution of wear on the individual stages better effect is achieved than with the series-connected ones just discussed Channels or nozzles with narrowest cross-sections of the same size. As a particular disadvantage there is also the fact that the narrowest cross-sections arise during the axial displacement of the bluff body of the individual stages do not increase in a constant ratio to one another or reduce. The desired even distribution of wear and tear on all However, steps must be achieved in every control position in order to ensure a minimum in all cases of wear and tear.

Dementsprechend soll erfindungsgemäß die Zu-bzw. Abnahme der engsten Querschnitte bei der Verstellung immer mit dem gleichen Faktor erfolgen. Daher wird nunmehr eine mehrstufige Regeldüse zum Ableiten von Dampfwasser aus dampfgefüllten Räumen vorgeschlagen, die aus einem rohrförmigen, sich in der Ausströmrichtung erweiternden Hohlkörper und einem darin axial verschiebbaren Kern mit hintereinanderliegenden ringförmigen Ausnehmungen besteht, derart, daß das Betriebsmittel nacheinander abwechselnd einen engsten ringförmigen Querschnitt und einen ringförmigen Erweiterungsraum durchströmt, gekennzeichnet durch eine derartige Gestaltung der Bauteile, daß sämtliche Ringquerschnitte bei der Axialverschiebung des Kernes mit dem gleichen Faktor zu- oder abnehmen. und die engsten Querschnitte der einzelnen Stufen so bemessen sind, daß in ihnen jeweils gleiche bzw. annähernd gleiche Geschwindigkeiten des entwickelten Dampfes herrschen.Accordingly, according to the invention, the supply or Decrease the tightest Cross-sections are always made with the same factor when adjusting. Hence will now a multi-stage control nozzle for diverting steam water from steam-filled Proposed spaces consisting of a tubular, widening in the outflow direction Hollow body and an axially displaceable core therein with one behind the other there is annular recesses in such a way that the operating means alternate one after the other flows through a narrowest annular cross-section and an annular expansion space, characterized by such a design of the components that all ring cross-sections increase or decrease by the same factor in the axial displacement of the core. and the narrowest cross-sections of the individual steps are dimensioned so that in them the same or approximately the same velocities of the evolved steam in each case to rule.

Die Abbildung zeigt in schematischer Darstellung eine mehrstufige, im beliebig gewählten Beispiel dreistufige Regeldüse im Längsschnitt. D ist der sich in Ausströmrichtung erweiternde rohrförmige Hohlkörper und E der darin axial verschiebbare Kern. Durch dessen hintereinanderliegende ringförmige Ausnehmungen entstehen einerseits die engsten ringförmigen :QuerschnitteAi, A2 und A3 einer jeden Stufe sowie andererseits die gleichfalls ringförmigen Erweiterungsräume oder Wirbelkammern Bi, .B2 und B3 hinter dem engsten Querschnitt einer jeden Stufe. Die engsten Querschnitte Al, A2 und A3 nehmen in erheblichem Maße von Stufe zu Stufe zu und sind zwecks Erzielung eines möglichst geringen Verschleißes, also zur möglichst gleichmäßigen Verteilung des Verschleißes auf alle Stufen bei der gewählten Bauart so bemessen, daß in ihnen jeweils möglichst gleiche Geschwindigkeiten des durch Nachverdampfung entwickelten Dampfes herrschen, die ihrerseits beispielsweise mit IS-Tafeln unschwer ermittelt werden können. Damit diese gleichmäßige Verteilung des Verschleißes in jeder Regelstellung aufrechterhalten wird, sind der Hohlkörper D und der Kern E erfindungsgemäß derart gestaltet, daß bei dessen Axialverschiebung die ringförmigen Querschnitte mit dem gleichen Faktor zu- oder abnehmen.The figure shows a schematic representation of a multi-level, In the arbitrarily chosen example, three-stage control nozzle in longitudinal section. D is the one tubular hollow body widening in the outflow direction and E axially therein sliding core. Through its annular recesses lying one behind the other On the one hand, the narrowest ring-shaped ones arise: cross-sectionsAi, A2 and A3 of each Stage and, on the other hand, the likewise annular expansion spaces or vortex chambers Bi, .B2 and B3 behind the closest Cross-section of each step. The narrowest cross-sections Al, A2 and A3 increase considerably from step to step to and are in order to achieve the lowest possible wear, so to the possible even distribution of wear on all levels for the selected design dimensioned so that in each of them the same speeds as possible Evaporation developed vapor prevail, which in turn, for example, with IS tables can be determined easily. So that this even distribution the wear is maintained in every control position, are the hollow body D and the core E designed according to the invention in such a way that when it is axially displaced the annular cross-sections increase or decrease by the same factor.

Der Übergang von den engsten Querschnitten A1, A2 und A3 zu den Erweiterungsräumen B1, Bz und B3 erfolgt zwecks Erzielung einer guten Regelwirkung nicht plötzlich wie bei einer Blende, sondern infolge der zunehmenden Erweiterung des Hohlkörpers D und der kegeligen Bearbeitung des Kernes E jeweils in Gestalt einer sich konisch erweiternden Ringdüse. Hierdurch und durch die geschilderte starke Zunahme der engsten Querschnitte Al, A2 und A3 wird die gleich gute Regelfähigkeit zwischen Dampf und Wasser einerseits sowie auch zwischen heißem und kaltem Wasser andererseits erreicht wie mit der weiter oben behandelten einstufigen Lavaldüse, ohne daß jedoch deren Verschleißempfindlichkeit mit in Kauf genommen werden muß. Dabei hat sich die überraschende Tatsache herausgestellt, daß die Regelfähigkeit der Düse nicht beeinträchtigt wird, wenn deren Querschnittserweiterungen im jeweiligen konischen Erweiterungsteil unter einem stumpfen Winkel erfolgen statt unter einem spitzen Winkel, wie bei der Lavaldüse. Dadurch wird nicht nur eine geringere Baulänge der Düse erreicht, sondern es wird insbesondere die Entstehung überkritischer Dampfgeschwindigkeiten verhindert, die den Strahlverschleiß erhöhen würden. In den auf den konischen Erweiterungsteil einer jeden Stufe folgenden Erweiterungsräumen oder Wirbelkammern B1, B2 oder B3 wird die lebendige Energie des Durchflußmittels durch Verwirbelung weitgehend vernichtet, also nicht etwa in Druck zurückverwandelt. Dadurch ist die zur Verschleißverminderung erforderliche stufenweise Entspannung sichergestellt.The transition from the narrowest cross-sections A1, A2 and A3 to the extension rooms B1, Bz and B3 do not occur suddenly in order to achieve a good control effect like a diaphragm, but as a result of the increasing expansion of the hollow body D and the conical machining of the core E each in the form of a conical expanding ring nozzle. Because of this and because of the strong increase in the tightest Cross-sections Al, A2 and A3 will have the same good controllability between steam and Water on the one hand as well as between hot and cold water on the other hand as with the single-stage Laval nozzle dealt with above, but without its Sensitivity to wear must be accepted. It turned out to be surprising Fact that the controllability of the nozzle is not impaired, if their cross-sectional enlargements in the respective conical enlargement part below an obtuse angle instead of an acute angle, as with the Laval nozzle. As a result, not only is the overall length of the nozzle shorter, but it is in particular prevents the emergence of supercritical steam velocities, which would increase beam wear. In the one on the conical extension part expansion spaces or vortex chambers B1, B2 or B3 following each stage the living energy of the flow medium is largely destroyed by turbulence, not converted back into pressure. This is to reduce wear required gradual relaxation ensured.

Die einzelnen Stufen der Düse können in an und für sich bekannter Weise einander geometrisch ähnlich ausgebildet werden. Dann besitzt jede einzelne Stufe und damit auch der ganze Düsensatz die gleiche Regelfähigkeit wie eine geometrisch ähnlich einstufige Düse bei wesentlich verringertem Verschleiß.The individual stages of the nozzle can be known in and of themselves Way are formed geometrically similar to each other. Then each one owns Stage and thus the entire set of nozzles has the same control capability as a geometrical one similar single-stage nozzle with significantly reduced wear.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Multi-stage control nozzle for discharging steam water from steam-filled spaces, which consists of a tubular hollow body widening in the outflow direction and an axially displaceable core therein with annular recesses lying one behind the other, in such a way that the operating means alternately flows through a narrowest annular cross-section and an annular widening space, characterized by such a design of the components that all ring cross-sections increase or decrease by the same factor during the axial displacement of the core and that the narrowest cross-sections of the individual stages are dimensioned so that the same or approximately the same velocities of the developed steam prevail in them .

2. Multi-stage control nozzle for discharging steam water according to claim i, characterized in that the cross-sectional expansion in the conical expansion part of each step takes place at an obtuse angle.

3. Multi-stage control nozzle for discharging steam water according to claims i and 2, characterized by nozzle stages which are geometrically similar to one another in a manner known per se. Cited publications: German patent specifications No. 6oo 146, 618 676, 696 389 # 739 87 0 French patent specification No. 766 673; U.S. Patent No. 1,697,344-