Verfahren und Vorrichtung zur Entspannung hoher Drücke und zur Regelung der Menge von unter hohem Druck strömenden Medien In Anlagen zur Energieerzeugung und Anlagen der chemischen Technik liegt der Fortschritt häufig in der Anwendung und Beherrschung zunehmend hoher Druckstufen. Die Aufgabe, die Menge eines unter hohem Druck strömenden Mediums zu regeln, bzw. ein unter hohem Druck stehendes Medium zu drosseln und regelbar auf niedere Druckstufen zu entspannen, erfordert daher ständig verbesserte Vorkehrungen und Mittel, um die Druckenergie schwingungs- und ge räuscharm sowie möglichst wirbelfrei herabzusetzen.
Die hierfür bekannten Drosselventile, Kolben schieber und mit mehreren parallel angeordneten Düsen versehenen Düsenregelschieber sind für sehr hohe Druckgefälle wenig geeignet, da ihre einstufige, meist überkritische Druckreduzierung im allgemeinen starke Wirbel und Freistrahlschwingungen auslöst, die die Dauerfestigkeit des Materials beeinflussen und schliess lich auch Geräusche verursachen, die häufig oberhalb der menschlichen Schmerzschwelle liegen. Bei einstu figen Düsenregelschiebern unterdrückt der fast gerad linige, in viele Einzelwege unterteilte Strömungsdurch gang zwar die Wirbelbildung weitgehend, jedoch nicht in allen Fällen ausreichend.
Bei sehr hohen Druck gefällen werden daher in seinem Austrittsstutzen mehr stufige, nicht regelbare Drosseleinbauten mit Strahl- aufteilung verwendet.
Es ist möglich, durch die Anordnung zusätzlicher Drosseleinbauten vor oder hinter einem in einer Stufe geregelten Drosselquerschnitt starken Wirbeln und Schwingungen zu begegnen. Derartige Drosselein bauten, z. B. Lochzylinder, Strömungsgleichrichter, Leitkreuze, Lochdrosselscheiben sowie Kugelaufschüt tungen können nur für einen bestimmten, meist für einen maximalen Mengendurchsatz ausgelegt werden. Sie verlieren bei einem geringeren Durchsatz stark an Wirkung, insbesondere können sie die Strömungs geschwindigkeit im gedrosselten Düsenquerschnitt nicht herabsetzen. Bei gegenüber dem maximalen Durchsatz verringerten Mengen wird daher der wesent liche Umfang der geforderten Entspannung wieder auf den einzigen regelbaren Drosselquerschnitt der Anord nung zurückverlagert.
Damit treten erneut die nach teiligen Schwingungen und Geräusche sowie ein erhöhter Verschleiss in der Drosselarmatur auf, wenn auch mit etwas geringerer Energie entsprechend der Teillast. Der Nachteil dieser Drosselarmaturen liegt also darin, dass alle zusätzlichen Drosseleinbauten einen während des Betriebes nicht veränderlichen, starren Drosselquerschnitt aufweisen.
Im allgemeinen werden mehrstufige, starre Drossel einbauten bei der Entspannung von Dämpfen, Gasen oder von siedenden Flüssigkeiten, entsprechend der Volumenvergrösserung mit von Stufe zu Stufe zu nehmendem freiem Drosselquerschnitt und grösser- werdendem Wirbelraum ausgeführt. So sind insbeson dere für die Ableitung von Kondensat aus Dampf anlagen stufenförmig ausgebildete Entspannungs ventile mit mehrfacher, durch Wärmefühler geregelter Drosselung und zwischengeschalteten Wirbelkammern bekannt. Das zu entspannende Medium passiert der artige temperaturabhängige, regelbare<B>.</B> Stufendüsen- ventile in einem geschlossenen Strom.
Andere be kannte, nach dem Düsenprinzip arbeitende Ent spannungsvorrichtungen zerlegen den Strom des zu entspannenden Mediums zwar in zwei Teilströme, sind jedoch weder in ihren Düsenquerschnitten noch in<B>'</B> den dazwischenliegendenWirbelräumen verstell- oder regel bar. Als Kondensatableiter sind sie im übrigen nur für die Aufgabe gebaut, Kondensat durchzulassen und den nachströmenden voluminösen Dampf möglichst vollständig abzusperren. Das Verfahren nach der Erfindung vermeidet die obengenannten, bei der Entspannung höherer Druck gefälle und der Regelung der Menge von unter hohem Druck stehenden Medien festgestellten Nachteile.
Es besteht darin, dass der Strom des zu entspannenden Mediums in Teilströme getrennt und in einem nach geordneten Entspannungsraum vereinigt wird, an schliessend mindestens ein weiteres Mal in Teilströme getrennt und in einem weiteren nachgeordneten Ent spannungsraum wiederum vereinigt wird. In zwei oder mehr derartig hintereinandergeschalteten Entspan nungsstufen wird der Querschnitt der Teilströme z. B. gleichzeitig oder in den einzelnen Stufen voneinander unabhängig geregelt.
Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens kennzeichnet sich durch mindestens zwei binterein- andergeschaltete, vorteilhaft nach dem Düsenprinzip wirkende Entspannungsstufen mitje einem die Drossel öffnungen enthaltenden Körper,<B>je</B> einem zugehörigen, dessen Öffnungsquerschnitte freigebenden oder ver schliessenden, stetig regelbaren Absperrorgan und<B>je</B> einem nachgeordneten Entspannungsraum.
Mit der Zerlegung des durch den Drosselquer schnitt strömenden Mediums in viele Einzelstrahlen, wird die dem unter Druck stehenden Medium inne wohnende Energie weitgehend aufgeteilt. Die geringere Strömungsenergie der einzelnen Strahlen kleinen Quer schnitts vermindert in Verbindung mit einer strömungs technisch günstigen Ausbildung der Drosselöffnungen die Gefahr des Auftretens von Geräuschen und Schwin gungen wesentlich. Die gleichzeitige Hintereinander- schaltung mehrerer Drosselquerschnitte setzt ein zu entspannendes Druckgefälle stufenweise herab, im allgemeinen bis ins unterkritische Gebiet, so dass sich durch diese Massnahme eine erhebliche Verringerung der Wirbelenergie hinter jeder Drosselstufe ergibt.
Durch die während des Betriebes mögliche stufenlose Veränderung parallel- und hintereinandergeschalteter Drosselquerschnitte bleiben diese Vorteile bei der Drosselung von hohen Drücken und von grossen Strömun'gsquerschnitten auch für unterschiedliche Durchsatzmengen und bei der Teilbelastung der Dros selvorrichtung erhalten.
Die stufenweise hintereinandergeschalteten Drossel querschnitte können<B>je</B> nach dem Verwendungszweck der Vorrichtung und<B>je</B> nach dem geforderten Regel umfang entweder einzeln oder in Gruppen gemeinsam oder in allen Stufen gleichzeitig verändert werden, in dem die Betätigungsglieder entsprechend geschaltet oder angetrieben werden. Eine Drosselvorrichtung nach der Erfindung lässt sich nach der Schieber- oder nach der Ventilbauweise ausführen. Bei einer Schieber- ausführung kann das die Drosselöffnungen freigebende und abschliessende Absperrorgan konstruktiv als Plattenschieber, als Drehschieber oder auch als Kol benschieber gestaltet sein.
Ferner können die Drossel querschnitte in sämtlichen Stufen oder nur in der ersten Stufe, bzw. nur in einer ersten Stufengruppe dicht abschliessend ausgeführt werden, während die -übrigen Stufen der Vorrichtung auch nicht absolut dicht ab- schliessende veränderliche Drosselquerschnitte erhalten können.
Die die Drosselquerschnitte der einzeinen Stufen freigebenden und schliessenden Absperrorgane können, wie bereits erwähnt, entweder stufenweise einzeln eder in Stufengruppen zusammengefasst gemeinsam oder in sämtlichen Stufen gemeinsain betätigt werden. Ge meinsam betätigte Absperrorgane können die Drossel querschnitte in mehreren Stufen mit jeweils dem glei chen proportionalen Betrag des gesamten freien<B>Öff-</B> nungsquerschnittes freigeben oder schliessen oder auch in jeder in der Strömungsrichtung des Mediums nach folgenden Drosselstufe um einen anderen grösseren oder kleineren Betrag.
Die einzelnen Drosselquer schnitte bzw. Strömungswege jeder Stufe, durch die die Teilströme des zu entspannenden Mediums hindurch- treten, kann man entweder etwa doppelt konusförmig n-üt zunächst enger- und dann wieder weiterwerden.den. Bohrungen ausführen, oder mit im Längsschnitt düsen.- förmiger Begrenzung der Bohrungen nach an sich be kannten Düsenvorbildern. Ganz allgemein lassen sich Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens so gestalten, dass z.
B. in jeder Stufe ein fester Sitzkörper die einzelnen Drosselbohrungen enthält und dass ein darübergeführtes Absperrorgan diese Bohrungen ganz oder teilweise freigibt.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert: Die Fig. la zeigt eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens im Längsschnitt, die Fig. lb die gleiche Vorrichtung im Querschnitt durch eine ein Antriebs mittel für die Absperrorgane enthaltende Drosselstufe. In einem abgesetzt erweiterten Gehäuse a sind für eine stufenweise Entspannung bzw. Drosselung des nach Fig. la in Pfeilrichtung -unter hohem Druck ein tretenden Mediums Düsenplattein. <B>b</B> angeordnet und mit dem Gehäuse druckdicht verbunden.
Zur Teilung des Stromes des zu entspannenden Mediums besitzt jede Düsenplatte<B>b,</B> auf zwei gegenüberliegenden Quadranten verteilt, eine Anzahl Öffnungen x, die in derFig. lamitgleichbleibendemDurchtrittsquerschnitt wiedergegeben, vorzugsweise jedoch düsenförmig aus geführt sind. Über jeder Düsenplatte<B>b</B> ist<B>je</B> ein kreis- förrniger Steuerschieber c angeordnet, der in zwei gegenüberliegenden Quadranten mit sektorförmigen Durchbrechungen entsprechend dem flächenmässigen Umfang der Düsenöffnungen eines Quadranten jeder Düsenplatte<B>b</B> versehen ist.
Die Steuerschieber c sind in diesem Fall über sämtliche Stufen hinweg mit einer in zentralen Bohrungen der Düsenplatten<B>b</B> gelagerten Welle<B>d</B> fest verbunden. Bei einer Drehbewegung der Welle<B>d</B> werden die nicht durchbrochenen Quadranten der Schieberc über die die Düsenöffhungenx aufweisen den Quadranten der Düsenplatten<B>b</B> geführt und ver kleinern oder vergrössern dabei deren Durchtritts- querschnitt. Zur Ausführung der Drehbewegung der Welle ist, zweckmässig in einer Stufe geringeren Druk- kes,
eine Spindel bzw. ein am Ende mit einem Auge versehener Stösse]<B>k</B> von aussen her durch eine Stopf büchse in den Entspannungsraum n dieser Stufe ein- geführt. Der Stössel<B>k</B> ist seinerseits über einen im Führungsschlitz<B>1</B> des Steuerschiebers c dieser Stufe gelagerten Gleitstein mit Führungszapfen e an den mit der Welle<B>d</B> fest verbundenen Steuerschieber c ange- lenkt. Mittels mehrerer Spindeln bzw. Stössel<B>k</B> und einer entsprechend geteilten Welle<B>d</B> können die Dros selquerschnitte der Drosselstufen. auch gruppenweise getrennt verändert werden.
Durch den in Pfeilrichtung wirkenden Druck des zu drosselnden Mediums wird der Steuerschieber c der ersten Stufe gegen die zuge hörige Düsenplatte<B>b</B> gepresst und sorgt für einen dich ten Abschluss der abgedeckten Düsenöffnungen x.
Die Verteilung der Düsenöffnungen x auf<B>je</B> zwei gegenüberliegende dass die Düsenöffnungen Quadranten in benachbarten wird so vorgenommen Drosselstufen <B>'</B> jeweils im anderen Quadrantenpaar liegen. Der durch die Öffnungen des einen.
Quadranten einer Düsen platte<B>b</B> hindurchtretende geteilte Strom des Mediums trifft dabei zunächst auf die nicht durchbrochene Quadrantenfläche des Steuerschiebers c der benach barten Stufe, wird dort abgelenkt und findet erst nach einer Richtungsumkehr im zugehörigen Entspannungs raum n den Weg durch die freien Düsenöffnungen dieser Stufe. Dieser Vorgang wiederholt sich von Stufe zu Stufe, wobei in den aufeinanderfolgenden Stufen in an sich bekannter Weise sowohl die freien Öffnungs querschnitte der Drosselbohrungen als auch das Volu men der Entspannungs- oder Wirbelräume n zwischen den einzelnen Stufen zunehmen.
Sofern es notwendig ist, die Drosselung des Stromes eines Mediums in der beschriebenen Vorrichtung mit einer Beeinflussung der Temperatur oder der Zusam mensetzung des bereits entspannten oder des zu ent spannenden Mediums zu verbinden, kann in einer der Drosselstufen ein zweites, wärmeres oder kälteres Medium eingeführt werden. Die Zumischung erfolgt z. B. über eine im Gehäuse a vorgesehene Düse<B>f</B> mit zentraler Bohrung oder über eine Ringdüse. Hat das Gemisch der beiden Medien keine oder nur eine geringe verschleissende Wirkung, so ist es zur besseren Durch- mischung zweckmässig, das zusätzliche Medium schon in eine Zwischenstufe einzubringen.
Zur weiteren Mischung beider Medien kann ferner nach der letzten Stufe ein Mischkorb angeordnet sein, der aus einem Rohr von etwa der lichten Weite der Vorrichtung an ihrem Ausgang besteht, in das ein festes Lochsieb h, und ein lösbares Lochsieb h, eingebaut ist. Zwischen diesen beiden Sieben sind zur Erhöhung der Turbulenz und zur besseren Vermischung zweier Medien Wider standskörper i schüttelfest eingelegt, die richtungs ändernd und zugleich nochmals druckvermindernd wirken.
Zweckmässig wird der Mischkorb<B>g</B> mit einem Flansch versehen, der sich zwischen dem Anschluss- flansch der Vorrichtung und einem gegenüberliegenden Flansch druckdicht festlegen lässt. Ferner kann nach jeder Drosselstufe durch den Stutzen m bereits ge drosseltes Medium abgenommen werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens in der Ventilbauweise. In einem ab- gesetzt erweiterten Ventilgehäuse a sind ein mehr gliedriger mit Düsenöffnungen x versehener Sitzkörper <B>b,</B> und, mit diesem lösbar oder unlösbar fest verbunden, die Sitzkörper<B><I>b, b,</I></B> und<B>b,</B> der nachfolgenden Drossel stufen angeordnet. Die in den Sitzkörpern<B>b</B> gleitenden, kolbenartigen Absperrorgane c sind an einer gemein samen Spindel<B>d</B> befestigt. Der Absperrkörper c,'ver- hindert durch seinen dichten Abschluss im Sitzkörper<B>b,</B> den Durchtritt des Mediums durch die Drosselöff nungen x.
Beim Senken der Spindel<B>d</B> gleiten alle<B>Ab-</B> sperrorgane c gemeinsam und mit gleichem Hub aus dem sie umschliessenden Sitzkörper<B>b</B> und geben<B>je</B> nach ihrer Stellung den Durchtritt des Mediums durch die Drosselöffnungen x frei. Die Drosselöffnungen sind in diesem Fall als nutenähnliche Schlitze ausgeführt. Derartige nutenähnliche Schlitze nehmen ebenso wie die Entspannungs- und Wirbelräume n jeder Stufe in ihren räumlichen Abmessungen nach der Niederdruck seite hin zu. Die Dichtungsfläche im Sitzkörper<B>b,</B> wird zweckmässig so angeordnet, dass sie im Strömungs schatten des durchtretenden Mediums liegt.
In ent sprechender Weise wird auch die Dichtungsfläche des Absperrorgans c, in den Strömungsschatten verlegt oder wird durch eine vorgezogene Kante gegen ein direktes Auftreffen des Mediums geschützt. Die Fig. 2 zeigt rechts in den Kolbenabsperrorganen c27-c. an geordnete, als nutenähnliche Schlitze ausgeführte Drosselöffnungen x. Die Drosselöffnungen x kön nen auch, wie es die linke Seite der Fig. 2 zeigt, in den die Absperrorgane umgebenden Sitz körpern b,--b4 angeordnet sein.
Man kann also die Drosselöffnungen grundsätzlich entweder in den be wegten Absperrorganen oder in den sie umgebenden festenSitzkörpernanordnen. BeigenügendernHub der Abspc,rrorgane gegenüber den festen Sitzkörpem kön nen sie sich aber auch teilweise in jeweiligen Absperr organen c und teilweise in den sie umgebenden Sitz körpern<B>b</B> befinden. Statt der Ausführung der Drossel öffnungen x als nutenähnliche Schlitze sind auch düsenförmige Bohrungen möglich, die nach Fig. <I>3a</I> in die Absperrkörper c oder nach Fig. <B>3b</B> in die Sitzkörper <B>b</B> eingebracht werden.
Durch eine radiale Führung der Absperrorgane c lässt sich erreichen, dass gegenüber liegende Durchtrittsöffnungen x beim Öffnen und Schliessen auf der gleichen radialen Fläche bleiben, <B>d.</B> h. Absperrorgane müssen bei den in den Fig. 2 und<B>3</B> dargestellten Ausführungsformen gegen Verdrehen gesichert werden. Andernfalls sind, wie es die Fig. 3c zeigt, die Drosselöffnungen x, auf der jeweiligen Druck seite durch einen Ringkanal ol und die Drosselöff nungen X2 auf der Entspannungsseite durch einen Ringkanal o2 über den ganzen Umfang der Trenn flächen hinweg miteinander zu verbinden.
Beim An heben der Absperrorgane c wird dann der Ringkanal o, jeder Stufe, zunächst um das Mass der Überdeckung verschoben, ohne dass das Medium durchtreten kann, und anschliessend werden allmählich die Drosselöff nungen mehr und mehr freigegeben. In diesem Fall wirken die gegenüberliegenden Ringkanäle<I>o, o,</I> wie kleine Wirbelräume zwischen unabhängigen Drossel- öffnungen x, und x. in den Absperrorganen c und den <I>zugehörigen Sitzkörpern<B>b.</B></I>
Die Fig. 4 zeigt eine der Fig. 3c wesensähnliche Anordnung der Düsenöffnungen x, und x2, bei der die Düsenaustritts- und -eintrittsöffnungen <B>je</B> in einer radialen Ebene liegen und der gewünschte Drossel querschnitt durch Verdrehen des Absperrorganes ein gestellt wird. Diese Anordnung kann in Verbindung mit einer sich drehenden Welle<B>d</B> der Vorrichtung nach Fig. <B>1</B> in einer bestimmten Drosselstufe der Vorrich tung angewandt werden.
Es ist möglich, die oben beschriebenen Ausfüh rungsformen miteinander zu kombinieren. Es lässt sich z.B. durch Anordnung von teleskopartig ineinander- greifenden Hohlwellen bzw. Spindeln eine Regelung des Druckes oder der Durchflussl#enge in bestimmten Drosselstufen der Vorrichtung in Verbindung mit einem ventilartigen Abschluss einzelner Stufen oder Stufengruppen durchführen.
Bei allen beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung können die Drosselöffnungen und die von den einzelnen Strahlen des zu entspannenden Mediums direkt beaufschAagten Flächen durch Aufbringung von Überzügen aus Sonderstählen hinreichend verschleiss fest ausgeführt werden.