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Dokumentenidentifikation DE19516560C2 05.01.2000
Titel Selbsttätiges Entwässerungsventil zum Ableiten von Kondensat aus Ausblaseleitungen nach Sicherheitsventilen, insbesondere an Dampferzeugern
Anmelder ALSTOM Energy Systems GmbH, 70329 Stuttgart, DE
Erfinder Hesel, Kai, 71229 Leonberg, DE
DE-Anmeldedatum 05.05.1995
DE-Aktenzeichen 19516560
Offenlegungstag 29.02.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.01.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.01.2000
IPC-Hauptklasse F16T 1/14

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein selbsttätiges Entwässerungsventil zum Ableiten von Kondensat aus Ausblaseleitungen nach Sicherheitsventilen, insbesondere an Dampferzeugern.

Entwässerungsventile und Vorrichtungen zum Ableiten von Kondensat aus Ausblaseleitungen nach Sicherheitsventilen, insbesondere an Dampferzeugern, sind an sich bekannt und werden in unterschiedlicher Weise ausgeführt. Bei einer bekannten Vorrichtung wird der beim Ansprechen, d. h. Öffnen, des Sicherheitsventils abgelassene, überhitzte Dampf in eine nachfolgend angeordnete Ausblaseleitung, die als Standrohr ausgebildet ist, geführt und auf einen Druck entspannt, der im wesentlichen 15 bar beträgt und durch den Austritts-Schalldämpfergegendruck bestimmt wird. Der über die Ausblaseleitung entweichende Dampf wird beim Austritt über Dach auf atmosphärischen Druck entspannt. Am Boden der Ausblaseleitung befindet sich eine Entwässerungsöffnung und eine davon abgehende Entwässerungsleitung führt zu einem offenen Trichter an der Entlüftungsstation. Diese nimmt das Kondensat auf, das sich nach Beendigung bzw. während des Ausblasevorganges in der Ausblaseleitung gebildet hat. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, daß beim Ansprechen des Sicherheitsventils es an der Mündung der Entwässerungsleitung in den offenen Trichter zu einer Schallemission kommt, die den in der UVV (Unfall- Verhütungs-Vorschriften) und Arbeitsstättenverordnung angegebenen Höchstwert überschreitet sowie ein plötzlicher Dampfausstoß mit der Gefahr der Verbrühung des Bedienpersonals erfolgen kann.

Es ist ferner eine Vorrichtung bekannt, bei der die Entwässerungsleitung in einen Anfahrentspanner anstatt in den Trichter an der Entlüftungsstation geführt wird. Diese Entwässerungsvorrichtung weist im Gegensatz zur erstgenannten ein geschlossenes Leitungssystem auf. Während des Ansprechens des Sicherheitsventils wird Dampf, der durch die Entwässerungsöffnung der Ausblaseleitung entweicht, durch die Entwässerungsleitung dem Anfahrentspanner zugeführt und darin im wesentlichen auf 5 bar entspannt.

Der Anfahrentspanner ist üblicherweise, gewichtsbedingt, ebenerdig aufgestellt, während das bzw. die Sicherheitsventile mit der bzw. den Ausblaseleitungen, bedingt durch immer größer werdende Dampferzeugereinheiten, auf einer Höhe von mehr als 100 m über der Erde angeordnet ist bzw. sind. Es hat sich bei dieser Vorrichtung als nachteilig erwiesen, daß wegen der großen Entfernung zwischen den Ausblaseleitungen und dem Anfahrentspanner entsprechend lange Entwässerungsleitungen vorgesehen werden müssen und infolgedessen der Aufwand und die Kosten für Konstruktion, Material, Fertigung und Montage derselben erheblich sind.

Ein Beispiel eines der vielen bekannten, mehr oder weniger aufwendigen Entwässerungsventile ist in der EP 0 260 738 A1 beschrieben.

Ferner ist durch die DE-AS 10 16 291 ein bei Dampfdruck schließendes selbsttätiges Entwässerungsventil zum Ableiten von Kondensat bekannt geworden.

Durch DE-OS 18 14 301 ist eine Einrichtung zum selbsttätigen Ablassen eines Kondensates in Druckluftsystemen bekannt geworden. Bei dieser Einrichtung wird durch Druckzyklen im Kondensationskörper Kondensat aus dem Kondensationskörper über einen Sammelkasten ins Freie abgeleitet, wobei bei erhöhtem Druck das Kondensat in einen Sammelkasten strömt und dort zwischengelagert wird und bei abfallendem Druck das Kondensat aus dem Sammelkasten in die Atmosphäre abgeleitet wird. Nachteilig an dieser bekannten Einrichtung ist, daß das Kondensat, bevor es in die Atmosphäre abgeleitet wird, zuerst in einem Sammelkasten, dessen Volumen begrenzt ist, zwischengelagert werden muß sowie daß die Einrichtung systembedingt mit Druckzyklen zum selbsttätigen Ablassen des Kondensates betrieben werden muß. Anderenfalls verbleibt das Kondensat im Kondensationskörper.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Entwässerungsventil so auszubilden, daß es einesteils preiswert und zuverlässig ist und andernteils durch Einbau des erfindungsgemäßen Entwässerungsventils in die Entwässerungsleitung der Ausblaseleitungen nach Sicherheitsventilen die vorgenannten Nachteile der bekannten Vorrichtungen zum Ableiten von Kondensat aus Ausblaseleitungen vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ergeben sich u. a. die folgenden Vorteile:

  • a) Kostengünstiges und zuverlässiges Entwässerungsventil,
  • b) Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften bezüglich Schallemissionen während des Ansprechens eines Sicherheitsventils,
  • c) keine Verbrühungsgefahr durch plötzlich austretenden Dampf bei Ansprechen eines Sicherheitsventils,
  • d) Einsparung von Entwässerungsleitungen zum Anfahrentspanner.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und der Zeichnung wie folgt näher erläutert:

Es zeigt:

Fig. 1 Vereinfachte, schematische Darstellung einer bekannten Vorrichtung zum Ableiten von Kondensat aus Ausblaseleitungen nach Sicherheitsventilen, insbesondere an Dampferzeugern

Fig. 2 Bekannte, alternative Vorrichtung zu Fig. 1

Fig. 3 Vereinfachte, schematische Darstellung der Vorrichtung zum Ableiten von Kondensat aus Ausblaseleitungen nach Sicherheitsventilen, insbesondere an Dampferzeugern, unter Verwendung des erfindungsgemäßen Entwässerungsventiles

Fig. 4 Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Entwässerungsventil im geöffneten Zustand

Fig. 5 Wie Fig. 4, jedoch geschlossener Zustand

Fig. 1 zeigt vereinfacht dargestellt einen mit fossilem Brennstoff befeuerten Dampferzeuger 1 sehr großer Bauart. Die in den Fig. 1-3 angegebenen Höhenkoten zeigen die Lagen der Sicherheitsventile 4 und der Entlüftungsstation 2 auf. Beim Ansprechen bzw. Öffnen eines oder mehrerer Sicherheitsventile 4 wird überhitzter Dampf aus der bzw. den Zwischenüberhitzer- Stichleitungen 23 des Dampferzeugers 1 in die Ausblaseleitung 5, die als vertikales Standrohr ausgebildet ist, geleitet und darin auf im wesentlichen 15 bar entspannt. Der entspannte Dampf gelangt über den Schalldämpfer 6 unter Entspannung auf atmosphärischen Druck über Dach ins Freie. Während und nach dem sicherheitsbedingten Ausblasen von überhitztem Dampf entstehendes Kondensat wird durch die am Boden der Ausblaseleitung 5 wegführende, im wesentlichen vertikal angeordnete Entwässerungsleitung 7 zu einer Entlüftungsstation 2 geführt, die als offener Trichter ausgeführt ist.

Die Entwässerung der Ausblaseleitungen wird alternativ auch als geschlossenes System ausgeführt, wie in Fig. 2 vereinfacht dargestellt. Hierbei wird das auf der Ausblaseleitung 5 abzuführende Kondensat durch die Entwässerungsleitung 7 in den Anfahrentspanner 3 geführt, der ebenerdig angeordnet ist.

Fig. 3 unterscheidet sich von den beiden vorgenannten durch den Einbau des erfindungsgemäßen selbsttätigen Entwässerungsventils 8 in die Entwässerungsleitung 7.

Das erfindungsgemäße Entwässerungsventil 8 wird durch einen Rohrabschnitt 9, in dem senkrecht zur Kondensatströmungsrichtung ein Dichtkragen 20 eingesetzt ist, in der die zwischen den Ventilkolben 11 und 15 angeordnete Kolbenstange 13 koaxial geführt ist und eine gegen den anstehenden Ausblase-Dampfdruck wirkende Ventil-Druckfeder 19 sowie weiteren nachfolgend beschriebenen Einzelteilen gebildet.

Bei geöffneter Stellung des Entwässerungsventils 8 entsprechend Fig. 4 kann in der Ausblaseleitung 5 angesammeltes Kondensat durch die Entwässerungsleitung 7 in die gegenüber dem Anfahrentspanner 3 wesentlich näher angeordnete Entlüftungsstation 2 geleitet werden. Das Kondensat wird dabei durch mehrere Durchgangsbohrungen 12 im oberen, d. h. in Strömungsrichtung des Kondensates gesehen der zuerst zu durchströmende, Ventilkolben 11, mehrere Längsschlitze 14 in der Kolbenstange 13 und die Durchgangsbohrungen 16 und 17 des unteren Ventilkolbens 15 des Entwässerungsventils 8 nach unten zur Entlüftungsstation 2 hin geleitet.

Das Entwässerungsventil 8 ist offen, solange in der Ausblaseleitung 5 atmosphärischer Druck von 1 bar vorherrscht. Dabei ist die Ventil-Druckfeder 19, die zwischen Oberkante des in Strömungsrichtung des Kondensates stromabwärts des Ventilkolbens 15 gelegenen Auflageringes 21 und Unterkante des unteren Ventilkolbens 15 liegt und an die Innenwand des Rohrteilabschnittes 9d angrenzt, ungespannt. Der Auflagering 21 ist im Rohrteilabschnitt 9d mittels eines Schweißringes 22 fixiert. Die Oberkanten der am Umfang der Kolbenstange 13 gleichmäßig verteilten, in Längsachse der Kolbenstange 13 angeordneten Längsschlitze 14 liegen dabei oberhalb und die Unterkante der Längsschlitze 14 unterhalb des Dichtkragens 20, um den Kondensatdurchtritt bzw. -ablauf zu ermöglichen.

Beim Ansprechen bzw. Abblasen des Sicherheitsventils 4 stellt sich in der Ausblaseleitung 5 und Entwässerungsleitung 7 ein Druck von im wesentlichen 15 bar ein. Die Druckdifferenz zwischen Ein- und Austritt des durchströmten Entwässerungsventils 8 ergibt sich aus dem dynamischen Anteil des Gesamtdruckes in der Entwässerungsleitung 7 vor Entwässerungsventil 8 und dem Druckverlust über dem mit Durchgangsbohrungen 12 versehenem oberen Ventilkolben 11. Die anstehende Druckdifferenz löst den Schließvorgang des Entwässerungsventils 8 aus. Die Ventildruckfeder 19 ist mit einer Federkonstante ausgelegt, daß bei einer Druckdifferenz von vorzugsweise ≥ 2 bar zwischen dem Ein- und Austritt des Entwässerungsventils 8 der obere Ventilkolben 11, die Kolbenstange 13, der an der Kolbenstange 13 befestigte Dichtring 18 sowie der untere Ventilkolben 15 unverzögert dermaßen nach unten bzw. gegen die Ventil-Druckfeder 19 gedrückt werden, daß die Unterkante des Dichtringes 18 auf die Oberkante des Dichtkragens 20 aufschlägt bzw. aufliegt und ein Durchtritt von Dampf durch das Entwässerungsventil 8 verhindert wird, wie in Fig. 5 gezeigt. Somit ist auch das Auftreten einer erhöhten Schallemission sowie die Verbrühungsgefahr an der Trichteraufgabe der Entlüftungsstation 2 unterbunden. Die Unterkante des Dichtringes 18 kann dabei entweder direkt mit der Oberkante der Längsschlitze 14 oder geringfügig oberhalb der Oberkante der Längsschlitze 14 abschließen, um ein leichtes Eintauchen bzw. Überlappen der Längsschlitze 14 der Kolbenstange 13 in den Dichtkragen 20 zu ermöglichen, wie in Fig. 5 verdeutlicht. Die Dichtflächen am Dichtring 18 und am Dichtkragen 20 sind plan ausgebildet.

Nach dem Schließen des Sicherheitsventils 4 und der Entspannung des Dampfes in der Ausblaseleitung 5 auf einen Wert unterhalb vorzugsweise 2 bar, wird der obere Ventilkolben 11, die Kolbenstange 13, der an der Kolbenstange 13 befestigte Dichtring 18 sowie der untere Ventilkolben 15 des Entwässerungsventils 8 durch die angespannte Ventil-Druckfeder 19 angehoben. Dabei hebt der Dichtring 18 von dem Dichtkragen 20 ab, die Oberkanten der Längsschlitze 14 gelangen oberhalb des Dichtkragens 20 und geben den Durchtritt für das Kondensat frei. Die Ventil-Druckfeder 19, die vorzugsweise als zylindrische Schraubendruckfeder ausgebildet ist, nimmt ihre ursprüngliche, ungespannte Lage ein, sobald der Überdruck in der Ausblaseleitung 5 auf atmosphärischen Druck entspannt ist.

Die axiale Bewegung der Kolbenstange 13 innerhalb des Dichtkragens 20 wird durch die konstruktive Länge der Kolbenstange 13 sowie einem Spiel zwischen dem Durchmesser des oberen Ventilkolbens 11, des unteren Ventilkolbens 15 und dem inneren Durchmesser des Rohrabschnittes 9 gewährleistet.

Um beim Öffnen des Entwässerungsventils 8 das Eintreten des oberen Ventilkolbens 11 in die konstruktionsbedingte Wurzel der Schweißnaht zwischen den Rohreinzelabschnitten 9a und 9b bzw. das Eintreten des unteren Ventilkolbens 15 in die Wurzel der Schweißnaht zwischen den Rohreinzelabschnitten 9c und 9d zu verhindern, ist oberhalb des oberen Ventilkolbens 11 ein als Anschlag dienender Begrenzungsring 10 vorgesehen.

Die Anzahl und die Querschnittsfläche der Durchgangsbohrungen 12 im oberen Ventilkolben 11 ist derart bemessen, daß der Ventilkolben 11 im Rohrabschnitt 9 bei anstehendem Druck von im wesentlichen 15 bar eine Drossel bildet. Der bei geöffnetem Entwässerungsventil 8 oberhalb des Dichtkragens 20 ausgebildete Gesamtöffnungsquerschnitt der Längsschlitze 14 der Kolbenstange 13 entspricht vorzugsweise der Querschnittsfläche der Entwässerungsleitung 7.

Der Gesamtöffnungsquerschnitt der Durchgangsbohrung 16 und der Durchgangsbohrungen 17 des unteren Ventilkolbens 15 entspricht vorzugsweise der Querschnittsfläche der Entwässerungsleitung 7, wobei der Durchmesser der Durchgangsbohrung 16 mindestens dem Innendurchmesser der Kolbenstange 13 entspricht und mindestens vier Durchgangsbohrungen 17 angeordnet sind. Die Durchgangsbohrungen 17 des unteren Ventilkolbens 15 sind dermaßen angeordnet, daß sie, gleichmäßig verteilt auf einem Teilkreis, frei zwischen dem Innendurchmesser der Ventil- Druckfeder 19 und dem Außendurchmesser der Kolbenstange 13 zu liegen kommen.

Der Rohrabschnitt 9 des Entwässerungsventils 8 besitzt, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, einen gegenüber der ankommenden und weiterführenden Entwässerungsleitung 7 vorzugsweise größeren Rohrquerschnitt. Der Rohrabschnitt 9 besteht aus mehreren, miteinander verbundenen Rohreinzelabschnitten (9a, 9b, 9c, 9d, 9e), deren Innendurchmesser im wesentlichen fluchtend zueinander verlaufen. Die Rohreinzelabschnitte 9a und 9e, die die Verbindung zu der Entwässerungsleitung herstellen, können aus aufgebohrten Deckeln, die als Halbzeug verfügbar sind, bestehen. Der Rohreinzelabschnitt 9c ist mit einem zentrisch angeordneten Dichtkragen 20 ausgebildet.

Die in den Fig. 1 bis 5 vorkommenden Pfeile zeigen die Strömungsrichtung des Kondensates an.

Bezugszeichenliste

1Dampferzeuger

2Entlüftungsstation

3Anfahrentspanner

4Sicherheitsventil

5Ausblaseleitung

6Schalldämpfer

7Entwässerungsleitung

8Entwässerungsventil

9Rohrabschnitt

9a-eRohreinzelabschnitte

10Begrenzungsring

11Oberer Ventilkolben (stromaufwärts gelegener Ventilkolben)

12Durchgangsbohrung im oberen Ventilkolben

13Kolbenstange

14Längsschlitz

15Unterer Ventilkolben (stromabwärts gelegener Ventilkolben)

16Durchgangsbohrung im unteren Ventilkolben

17Durchgangsbohrung im unteren Ventilkolben

18Dichtring

19Ventil-Druckfeder

20Dichtkragen

21Auflagering

22Schweißring

23Zwischenüberhitzer-Stichleitung


Anspruch[de]
  1. 1. Selbsttätiges Entwässerungsventil zum Ableiten von Kondensat aus Ausblaseleitungen nach Sicherheitsventilen, insbesondere an Dampferzeugern, bestehend aus einem Ventilgehäuse und einem darin von dem Druck des ausgeblasenen Dampfes und gegen eine Ventil- Druckfeder zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung axial betätigten Ventilkolben mit Kolbenstange, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. a) das Ventilgehäuse durch einen Rohrabschnitt (9) der Entwässerungsleitung (7) gebildet ist, in den senkrecht zur Kondensatströmungsrichtung ein Dichtkragen (20) eingesetzt ist, in dem die Kolbenstange (13) koaxial geführt ist und kondensatstromaufwärts oberhalb des Dichtkragens (20) ein Ventilkolben (11) sowie kondensatstromabwärts unterhalb des Dichtkragens (20) ein weiterer Ventilkolben (15) vorhanden und jeweils mit der Kolbenstange (13) verbunden ist und zwischen einem kondensatstromabwärts angeordneten Auflagering (21) und dem weiteren Ventilkolben (15) die Ventil-Druckfeder (19) anliegt,
    2. b) der kondensatstromaufwärts gelegene Ventilkolben (11) wie auch der kondensatstromabwärts gelegene weitere Ventilkolben (15) mit mehreren in Strömungsrichtung des Kondensates angeordneten Durchgangsbohrungen (12, 17) versehen ist, wobei diese Durchgangsbohrungen (12, 17) jeweils gänzlich auf den Raum zwischen Kolbenstangen - Außenwand und Rohrabschnitts - Innenwand ausgerichtet sind,
    3. c) die Kolbenstange (13) aus einem Rohr gebildet ist, dessen in Strömungsrichtung des Kondensates stromabwärtige Seite offen ist und am Außenumfang mit einem Dichtring (18) versehen ist, und über dessen Umfang mehrere gleichmäßig verteilte Längsschlitze (14) angeordnet sind, die im offenen Zustand des Entwässerungsventiles (8) sich oberhalb und unterhalb des Dichtkragens (20) erstrecken und die im geschlossenen Zustand des Entwässerungsventiles (8) sich unterhalb des Dichtkragens (20) erstrecken, wobei der Dichtring (18) dichtend auf dem Dichtkragen (20) aufliegt.
  2. 2. Selbsttätiges Entwässerungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante der Ventil-Druckfeder (19) derart bemessen ist, daß bei einer Druckdifferenz von vorzugsweise ≥ 2 bar zwischen Ein- und Austritt das Entwässerungsventil (8) geschlossen ist.
  3. 3. Selbsttätiges Entwässerungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrungen (12) im kondensatstromaufwärts gelegenen Ventilkolben (11) gleichmäßig verteilt auf einem Teilkreis liegen, so daß die Durchgangsbohrungen (12) zwischen dem Außendurchmesser der Kolbenstange (13) und dem Innendurchmesser des Rohrabschnittes (9) frei liegen.
  4. 4. Selbsttätiges Entwässerungsventil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrungen (17) im weiteren kondensatstromabwärts gelegenen Ventilkolben (15) gleichmäßig verteilt auf einem Teilkreis liegen, so daß die Durchgangsbohrungen (17) zwischen dem Außendurchmesser der Kolbenstange (13) und dem Innendurchmesser der Ventil-Druckfeder (19) frei liegen.
  5. 5. Selbsttätiges Entwässerungsventil nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtquerschnittsfläche der Durchgangsbohrungen (12) im Ventilkolben (11) derart bemessen ist, daß der Ventilkolben (11) in dem Rohrabschnitt (9) bei einem anstehenden Druck von im wesentlichen 15 bar eine Drossel bildet.
  6. 6. Selbsttätiges Entwässerungsventil nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bei geöffnetem Entwässerungsventil (8) oberhalb des Dichtkragens (20) ausgebildete Gesamtöffnungsquerschnitt der Längsschlitze (14) der Kolbenstange (13) vorzugsweise der Querschnittsfläche der Entwässerungsleitung (7) entspricht.
  7. 7. Selbsttätiges Entwässerungsventil nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil-Druckfeder (19) vorzugsweise als zylindrische Schraubendruckfeder ausgebildet ist.
  8. 8. Selbsttätiges Entwässerungsventil nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (9) aus mehreren, miteinander verbundenen Rohreinzelabschnitten (9a, 9b, 9c, 9d, 9e) besteht und deren Innendurchmesser im wesentlichen fluchtend zueinander verlaufen.
  9. 9. Selbsttätiges Entwässerungsventil nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Durchgangsbohrung (16) mindestens dem Innendurchmesser der Kolbenstange (13) entspricht.
  10. 10. Selbsttätiges Entwässerungsventil nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil-Druckfeder (19) aus einem hitzebeständigen Material ausgebildet ist.
  11. 11. Selbsttätiges Entwässerungsventil nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflagering (21) durch einen am Rohrabschnitt (9) befestigten Schweißring (22) fixiert ist.
  12. 12. Selbsttätiges Entwässerungsventil nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (18) als Rohr ausgebildet ist.






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