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Kondenswasserabscheider
Die Erfindung betrifft einen Kondenswasserabscheider, dessen Innenraum durch einen scheibenförmigen Ventilteller in eine Druckkammer und eine Austrittskammer unterteilt ist, wobei sowohl die Austrittskammer als auch der in diese hineinragende Eintrittskanal einen ringförmigen Ventilsitz aufweisen.
Bei einer bekannten Ausführung eines derartigen Kondenswasserabscheiders weist der Ventilteller an der Unterseite eine Kerbe auf, durch welche eine dauernde Verbindung zwischen der Druckkammer und der Austrittskammer hergestellt wird. Dies bedingt einen raschen Druckabfall in der Druckkammer, wodurch der Teller sehr rasch öffnet und Dampf verloren geht. Weiters wird bei dieser Ausführungsart durch das Hochziehen des Absaugstutzens in der Austrittskammer das Kondensat unnötig angesammelt, anstatt es ungehindert abfliessen zu lassen.
Diese Nachteile werden dadurch vermieden, dass bei einem Kondenswasserabscheider mit einer Ventilkammer, an deren einer Wand zwei einem Ein- und einem Austrittskanal zugeordnete Ventilsitze vorgesehen sind und mit einer einzigen, lose angeordneten Scheibe als Ventilkörper, wobei die Wand eine nach dieser Scheibe hin ausgesparte, die Mündungsstelle des Eintrittskanals ringförmig und abstandsgleich umgebende Austrittskammer aufweist, dtie beim Abheben der Scheibe über den Ringspalt zwischen Scheibe und Kammerseitenwand mit der Druckkammer über der Scheibe verbunden ist, gemäss der Erfindung die Scheibe in ihrer Schliesslage auf beiden Ventilsitzen allseits dichtend, die Druckkammer von der Austrittskammer vollständig abschliessend anliegt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch den Kondenswasserabscheider, wobei sich der Ventilkörper in der Schlussstellung befindet, Fig. 2 denselben Schnitt wie Fig. 1, aber mit von seinen Sitzen abgehobenem Ventilkörper, Fig. 3 einen Grundriss des Kondenswasserabscheiders, ohne den oberen Gehäuseteil und den Ventilkörper,
Fig. 4 einen Schnitt durch eine Variante des
Ventilkörpers.
Der dargestellte Kondenswasserabscheider, der im folgenden auch "Kondenstopf oder kurz "Topf" genannt wird, besitzt ein Ge- häuse 1, dessen oberer Teil 2 als Kappe aus- gebildet ist und das einen Hohlraum 3 aufweist. In diesem Hohlraum befindet sich der Ventilkörper 4 in Form einer flachen, kreisförmigen Scheibe, welcher den Hohlraum in eine obere Kammer D und in eine untere Kammer A unterteilt, die aus später ersichtlichen Gründen als Druckkammer, resp. Austrittskammer bezeichnet werden. Die Scheibe 4 ist so gross, dass ein enger ringförmiger Spalt 5 zwischen ihrem Rand und der inneren Oberfläche 3a der kreiszylindrischen Seitenwand des Hohlraumes 3 vorhanden ist. Der Ein- und Austrittskanal des Topfes sind tnit 6, resp. 7 bezeichnet.
Der Eintrittskanal 6 ist an denjenigen Teil einer Dampfanlage anzuschliessen, aus dem Kondenswasser abzuscheiden ist. Zur Verbindung mit der Anlage kann der Topf mit Anschlussgewinden oder Flanschen versehen sein, was nicht dargestellt ist.
In der Mitte wird die kreisrunde, untere Kammer A begrenzt durch einen Ventilsitz 8. der die Ventilmündung 9 des Eintrittskanals 6 umgibt. Wenn der Ventilkörper auf dem erwähnten Sitz 8 ruht, schliesst er die Ventilmündung 9 vollständig. Der Austrittskanal 7 des Topfes ist zwischen den beiden Sitzen 8 und 10 an die Austrittskammer A angeschlossen.
Aussen wird die Austrittskammer begrenzt durch einen weiteren Ventilsitz 10. Dieser Sitz ist ganz getrennt vom Eintritts-Ventilsitz 8 und hat absolut nichts zu tun mit dem Abschliessen des Hohlraumes 3 vom Eintrittskanal 6. Er ist im Gegenteil zwischen die untere Kammer A und die obere Kammer D gesetzt, die letztere befindet sich auf der Rückseite (hinter) dem Ventilkörper 4. Indem der Ventilsitz 10 in Verbindung mit dem
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Ventilkörper 4 zusammenarbeitet, dient er nur dazu, um den Durchfluss des Fluidums vom Innern der untern Kammer A in die obere Kammer D zu regulieren bzw. um die obere Kammer von der untern vollständig ab- zuschliessen. Zwischen diesen Kammern ist keinerlei andere Verbindung vorhanden, z. B. kein Loch in der Scheibe 4 oder kein Kanal im Gehäuse.
Es wird dadurch vermieden, dass dauernde Dampfverluste entstehen, wie bei gewissen bekannten Kondenstöpfen, die ebenfalls zwei durch einen Ventilkörper getrennte Kammern aufweisen. Es wird ferner auch vermieden, dass sich durch Verstopfung, Verkalkung od. a. Änderungen dieser Verbindungen die Funktionscharakteristik des Topfes im Laufe der Zeit ändert.
Beide Sitze 8 und 10 sind zur Illustration rund und flach dargestellt. Sie sind so gezeigt, dass sie in der gleichen Ebene liegen, wobei letztere senkrecht zur Achse der Scheibe 4 steht. Die Sitze können aber auch anders als rund und flach sein und können auf verschiedenen Höhen angeordnet sein, vorausgesetzt, dass jene Teile des Ventilkörpers, welche mit diesen zusammenarbeiten, so geformt und entsprechend gelegen sind, dass sie gleichzeitig mit beiden Sitzen zusammentreffen und sich davon abheben.
Wenn der Topf an eine Dampfanlage angeschlossen ist, funktioniert er auf folgende Weise : Nehmen wir als Beispiel an, dass die Anlage kalt ist, und dass sie aufgeheizt wird bzw. Dampf in dieselbe eingelassen wird. Unter diesen Umständen wird normalerweise Luft und Kondensat in der Anlage sein. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ventilkörper 4 entweder auf seinen Sitzen 8, 10 ruhen oder nicht, je nach der Lage, welchen der Topf in bezug auf die Vertikale einnimmt. Der Topf kann nämlich in beliebiger Lage angeordnet werden, nicht nur in der Lage nach Fig. 1 und 2, in der das Gewicht der Scheibe 4 im Sinne eines Schliessens der Ventile wirkt. Dieses Gewicht spielt nur eine ganz vernachlässig- bare Rolle.
Wenn der Ventilkörper anfangs in geöffneter Stellung ist, wird der Druckanstieg in der Anlage die Luft und das Kondensat ungehindert durch den Topf nach aussen befördern.
Wenn der Ventilkörper anfangs in geschlossener Stellung ist, wird er sofort angehoben wegen des Druckes von Luft oder Kondensat, welcher auf seine Unterseite einwirkt bei der Ventilmündung 9 des Eintrittskanals 6, was wieder freien Durchfluss der Luft und des Kondensates durch den Topf erlaubt.
Der freie Durchfluss des Kondenswassers wird andauern, bis dessen Temperatur den Punkt erreicht, wo ein Teil davon infolge der Druckminderung sich in Dampf verwan- delt, wenn es durch den Eingangssitz 8 fliesst.
Der grösste Teil dieses Dampfes wird durch den Austrittskanal 7 ausströmen, aber ein
Teil davon wird durch das offene Ventil 10,
4 und den ringförmigen Spalt 5 strömen, und in die obere Kammer D eintreten, so dass in dieser Kammer ein Druck entsteht.
Wenn dieses Phänomen fortdauert und an Intensität zunimmt, wird der Druck in der Kammer D, welcher auf die Rückseite des Ventilkörpers einwirkt, genügend Kraft haben, um diesen auf den Eingangssitz 8 zu pressen, so jeg- lichen Durchfluss von der Anlage her kom- plett verhindernd, und gleichzeitig den Ven- tilkörper auf seinen Sitz 10 zu pressen, um die Kammer D von der Kammer A wirksam abzuschliessen.
Es sei in diesem Zusammenhang hervorge- hoben, dass, wenn das Stadium erreicht ist. wo das durch den Topf fliessende Fluidum, hauptsächlich aus Dampf besteht, der eine beträchtliche Geschwindigkeit erreicht, ein Teil des Dampfes bei dieser Geschwindigkeit längs der unteren Seite der Ventilscheibe 4 bis zur Wandoberfläche 3a strömen wird, wo der Dampf anprallt und durch den Spalt 5 in die Druckkammer D abgelenkt wird, was einen raschen Druckanstieg und damit ein rasches Schliessen der Ventile 8, 4 und 10, 4 zur Folge hat. Die kinetische Energie des Dampfes wird dabei in der oberen Kammer D in potentielle Energie (Druckenergie) verwandelt.
Wenn der Ventilkörper 4 sich in der beschriebenen Weise auf die Sitze 8, 10 gesetzt hat, werden die Ventile geschlossen bleiben so lange, als di : e durch den Druck in der Kammer D von hinten auf den Ventilkörper wirkende Kraft grösser ist als die Kraft, die von vorne auf ihn einwirkt, einerseits durch durch den Druck in der Anlage bei der Ventilmündung 9 und anderseits durch den noch in der Austrittskammer A herrschenden Austrittsdruck.
Der Druck in der Kammer D wird sich jedoch verringern, da der in letzterer befindliche Dampf sich durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung abkühlen wird, so dass nach einer gewissen Zeit die Kraft, die auf die Rückseite des Ventilkörpers einwirkt, kleiner wird als die Kraft, die auf dessen Vorderseite einwirkt. Wenn dieser Zustand erreicht ist, hebt sich der Ventilkörper von seinen beiden Sitzen ab, und die Flüssigkeit hat wieder freien, ungehinderten Durchgang durch den Topf, bis sich die vorstehenden Funktionen wiederholen, wobei das Schliessen umso schneller erfolgt, und umso länger dauert, je weniger Kondenswasser von der Anlage her in den Eintrittskanal 6 gelangt.
Bei richtiger Anpassung der Dimensionen des Kondenstopfes an den Dampfdruck, der beliebig hoch
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oder niedrig sein kann, wiederholt sich das
Spiel in einer solchen Zeitfolge, dass prak- tisch nur Kondenswasser durch den Topf strömt und in der Anlage der Dampf sehr trocken bleibt. Für die Anpassung der
Schnelligkeit, mit dem der Ventilkörper sich bewegt, an die Betriebsverhältnisse, ist die
Beschaffenheit seiner unteren Oberfläche sehr wichtig.
In den Fig. 1 und 2 ist die mit den Sitzen zusammenwirkende Seite des Ventilkörpers ge- zeigt in der Form einer flachen, glatten
Oberfläche, was eine rasche Strömung und somit einen raschen Druckanstieg in der Kammer D gewährleistet. Wenn jedoch die
Speisung dieser Kammer zu rasch vor sich geht, bei den vorliegenden Betriebsbedin- gungen, so kann man dieselbe verlangsamen, indem man die untere Oberfläche des Ventilkörpers mit Mitteln versieht, um eine Turbulenz in der Strömung zu erzeugen. Eine Form von solchen Mitteln ist in Fig. 4 gezeigt. Hier hat man auf der unteren Seite des in Variante gezeigten Ventilkörpers 4 eine Anzahl von konzentrischen Rillen 11 angebracht.
Diese Rillen können einen Querschnitt von irgend einer gewünschten Form haben, aber in der Darstellung dieser Figur ist der äussere Teil von jeder Rille normal zur unteren Oberfläche des Ventilkörpers, während der innere Teil geneigt ist in einem Winkel von zirka 500 zu der gleichen Oberfläche.
Diese Rillen, von denen eine beliebige Anzahl vorhanden sein kann, dienen dazu, eine Turbulenz zu erzeugen, welche die Strömung bremst, um den Schliessvorgang des Ventilkörpers zu verzögern. Eine solche Turbulenz kann auch erzeugt werden, indem man die untere Seite des Ventilkörpers mit irgendwelchen Einkerbungen versieht, die eine andere als die gezeigte Ringform haben, oder indem man auf der erwähnten Oberfläche nach unten hervorstehende Rippen anbringt. Ein anderer Weg, um die periodische Funktion des Ventilkörpers auf die Betriebsverhältnisse abzustimmen, ist die Dimension der Kammern, der Ventilscheibe und der Ventilsitze beim Entwurf des Kondenswasserabscheiders entsprechend zu wählen.
Man muss sich in diesem Zusammenhang natürlich bewusst sein, dass, weil die Häufigkeit der periodischen Bewegungen des Ventilkörpers stark vom Charakter der Anlage, an welche der Topf angeschlossen wird, abhängt und im besonderen von den darin vorhandenen Dampfdrücken, von der Kondensatmenge, welche in der Anlage anfällt und eventuell noch nach andern Faktoren es unmöglich ist, bestimmte Massverhältnisse festzusetzen, die für alle Fälle passen.
Es kann zweckmässig sein, das Verhältnis zwischen der wirksamen Oberfläche auf der
Druckkammerseite der Scheibe 4 (also deren obere Fläche abzüglich der vom Ventilsitz 10 vorspringenden Ringfläche) und dem Quer- schnitt der Ventilmündung 9 gleich zu machen dem Verhältnis zwischen der Differenz von
Eintrittsdruck und Austrittsdruck einerseits und der Differenz zwischen den Drücken in den Kammern D und A anderseits.
Bei richtiger Anpassung an die Betriebs- bedingungen, wird, wie bereits erwähnt, der
Kondenstopf die Anlage wirksam freihalten von unerwünschter Luft oder Kondensat, mit einem Minimum an Verlust von nützlichem
Dampf, und werden beträchtliche Einsparungen erzielt im Vergleich zu irgendeinem Topf, bei dem Ein- und Austrittsseite dauernd durch
Leck-Öffnungen verbunden sind.
Für die befriedigende Funktion des beschrie- benen Topfes ist es wichtig, dass bei jeder
Lage des Ventilkörpers Dampf hinter den- selben gelangen kann. Dies kann z. B. sicher- gestellt werden durch den nach innen ge- richteten Vorsprung 12 der Kappe 2. Statt- dessen könnte der Ventilkörper auf der Seite der Druckkammer D einen Vorsprung auf- weisen. In beiden Fällen wird verhindert, dass das Volumen der Druckkammer im Verlaufe der Bewegungen des Ventilkörpers unendlich klein werden könnte.
In den Zeichnungen sind das Gehäuse mit Kappe und die inneren Teile des Topfes kreisförmig dargestellt. In der Praxis jedoch können diese Teile auch irgendeine andere gewünschte Form haben. Es wurde kein Versuch gemacht, in diesen Zeichnungen rein bauliche Details der Konstruktion der verschiedenen Teile des Topfes zu zeigen. Es ist somit keineswegs nötig, dass der Ventilsitz 10 den Eintritts-Ventilsitz 8 koaxial umgibt und vollständig von ihm getrennt ist, es könnte z. B. auch ein erhöhter Steg beide Sitze verbinden.
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