DE1094542B

DE1094542B - Einrichtung zur Drosselung gasfoermiger Mittel, insbesondere von Dampf

Info

Publication number: DE1094542B
Application number: DEM27255A
Authority: DE
Inventors: Heinz Mika
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-05-31
Filing date: 1955-05-31
Publication date: 1960-12-08

Description

DEUTSCHES

Die Drosselung eines gasförmigen Mittels, insbesondere von Dampf, führt erfahrungsgemäß, vor allem in der Nähe des kritischen Druckgefälles und darüber hinaus im überkritischen Gebiet, zu heftigen Schwingungserscheinungen, die nicht nur einen außerordentlich heftigen Störungslärm erzeugen, sondern darüber hinaus das Druckminderorgan, die anschließenden Flansche, Rohrleitungen usw. stark gefährden. Der Vorschlag, hinter der Drosselzone einen mit Bohrungen versehenen Kegel einzubauen, der den gedrosselten Dampfstrom in eine Vielzahl quergerichteter Ströme aufteilt, bringt zwar eine gewisse, aber keine ausreichende Besserung der Strömungsverhältnisse.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur geräuscharmen Drosselung gasförmiger Mittel, vorzugsweise von Dampf, in Rohrleitungen, insbesondere mit einem Absperr- oder Drosselventil. Dabei macht die Erfindung von der Erkenntnis Gebrauch, daß man zur Schaffung von wesentlich günstigeren Strömungsverhältnissen zur Drosselung Viellochplatten verwendet und hierbei das gesamte Druckgefälle in mehrere Teilgefälle aufteilt, wobei für jedes Teilgefälle mindestens eine Viellochplatte erforderlich ist. Demgemäß werden bei der Einrichtung nach der Erfindung mehrere hintereinandergeschaltete Drosselplatten verwendet.

Ein bereits früher vorgeschlagenes Druckreduzierventil zur geräusch- und vibrationsarmen Drosselung strömender gasförmiger Medien, insbesondere zur Druckreduzierung von Dampf, macht bereits von einer Drossel strecke mit einer Anzahl von Siebplatten Gebrauch. Die einzelnen Platten bilden durch Übereinanderschichtung in einem konischen Rohr in geringem Abstand und Versetzung der Durchtrittsöffnungen gegeneinander ein labyrinthartiges Verzweigungssystem, bei dem durch besondere Gestaltung und Anordnung der Platten sowie geeignete Verteilung und Anzahl der Durchtrittsöffnungen erreicht wird, daß eine vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit an keiner Stelle des labyrinthartigen Verzweigungssystems überschritten wird und der freie Querschnitt der einzelnen Durchtrittsöffnungen klein, insbesondere kleiner als 100 mm² ist. Das Verhältnis des gesamten Durchtrittsquerschnittes einer Platte zur Gesamtfläche derselben kann dabei größer als 1:6, zweckmäßig 1: 4, bemessen sein.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung kommen ebenfalls als Drosselplatten dienende Viellochplatten, die im Abstand voneinander angeordnet sind, zur Verwendung. Die Erfindung besteht darin, daß bei Anordnung von Drosselplatten, bei denen die Summe der engsten Querschnitte aller Bohrungen jeder Drosselplatte höchstens ein Drittel des freien Querschnitts

Einrichtung

zur Drosselung gasförmiger Mittel,
insbesondere von Dampf

Anmelder:

Heinz Mika,

Hamburg-Harburg, Seehafenstr. 20

Heinz Mika, Hamburg-Harburg,
ist als Erfinder genannt worden

vor der Drosselplatte beträgt und die bohrungsfreie Plattenfläche mindestens zwei Drittel der gesamten Plattenfläche ausmacht und die ,in einem konisch ausgebildeten Rohrstück eingesetzt sind, der Abstand zwischen je zwei Drosselplatten ein Mehrfaches der Plattendicke beträgt.

Es ist an sich bereits eine Anordnung bekanntgeworden, welche drei hintereinandergeschaltete Drosselscheiben aufweist. Es handelt sich hierbei um ein Sicherheitsventil mit Gegendruckkammer und Hilfsventil, bei dem in das Abflußrohr eine Anzahl mit Bohrungen versehener Drosselscheiben eingesetzt ist. Im Gegensatz zu der Einrichtung nach der Erfindung sind aber bei der bekannten Anordnung die Drosselscheiben nur mit einem Abstand voneinander angeordnet, der etwa der Stärke einer Beilagscheibe entspricht; daher fehlt bei der bekannten Anordnung ein zur Erzielung einer wirkungsvollen Geräuschdämpfung notwendiger Ausgleichsraum hinter jeder Drosselplatte, wie ihn die Erfindung vorsieht, damit sich in diesem Raum die Dampfströmung beruhigen kann. Die Länge eines solchen Ausgleichsraumes ist so groß zu bemessen, daß die aus den einzelnen Bohrungen austretenden Dampfstrahlen ihre hohe Geschwindigkeit verlieren und damit eine Rückwandlung der kinetischen Energie in Wärme durch Bildung kleinster Wirbel stattfindet. Weiterhin soll der engste Querschnitt einer Drosselbohrung nicht größer sein als ein Vierzigste! der Summe der engsten Querschnitte aller Bohrungen einer Drosselplatte. Das bedeutet, daß in einer Platte mindestens 40 Bohrungen vorhanden sein müssen und im ungünstigsten Grenzfall der Querschnitt einer Bohrung nicht größer als

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ein Hundertzwanzigstel des Querschnitts an der Einbaustelle sein darf.

Beispiel:

In einem Rohr mit 100 mm Durchmesser müssen mindestens 40 Bohrungen von höchstens 9,1 mm Durchmesser vorhanden sein. Bei Versuchen wurden vorwiegend Bohrungen mit 4 mm Durchmesser angewandt. Die Länge einer Bohrung beträgt zur Erzielung günstiger Verhältnisse ein Mehrfaches ihres Durchmessers. Je langer die Bohrungen sind, je stärker also die Platte ist, um so günstiger ist die Wirkung. Eine starke Platte hat außerdem den Vorteil, daß sie nicht so leicht in Schwingungen gerät. Wie man die Bohrungen anordnet, ist an sich nicht erheblich, wenn nur der gesamte Plattenquerschnitt möglichst gleichmäßig ausgenutzt wird. Für die Erfindung ist es auch unerheblich, ob der Strömungskanal rund oder eckig ist. Die Bohrungen können nach der Austrittsseite zu konisch erweitert sein.

Rechnerisch läßt sich ein allgemein gültiges Optimum von Bohrungsdurchmesser, Plattenfläche und Bohrungslänge nicht ermitteln. Die oben angegebenen W^rerte wurden durch Versuchsreihen als Grenzwerte gefunden, bei denen sich eine vorteilhafte Wirkung im Sinne der Erfindung zeigte.

Die Ausführungsform der Vielloch-Drosselplatte hängt von der Menge und Art des zu drosselnden Mediums ab, vom zu verarbeitenden Druckgefälle und den gestellten Ansprüchen an Geräuschlosigkeit. Der maximal verlangte Mediumstrom bestimmt den Gesamtquerschnitt der Einbaustelle. Er richtet sich nach den Volumenverhältnissen auf der Abströmseite, um dort die in Dampf- und Gasleitungen üblichen technischen Geschwindigkeiten zu erhalten.

Mit steigendem Gesamtdruckgefälle und steigenden Ansprüchen an Geräuschlosigkeit wächst die Zahl der vorzusehenden Platten, was gleichbedeutend ist damit, daß das pro Platte zu drosselnde Gefälle kleiner wird. Es bestehen nun bekannte rechnerische Beziehungen zwischen der Belastung, die eine Platte infolge des Druckunterschiedes aufnehmen muß, und ihrer Größe, so daß Art und Festigkeit des verwendeten Materials ihre Stärke bestimmen. Mit der so ermittelten Plattenstärke liegt die Bohrungslänge fest. Die Volumen- und Mengenverhältnisse vor und hinter jeder Platte bestimmen das zu wählende Minimum für die Summe der Querschnitte aller Bohrungen, wobei zunächst nach der Durchflußformel für Blenden gerechnet wurde. Der oben angegebene Wert von 40 Bohrungen pro Platte ist als unterer Grenzwert gefunden worden, bei dem ein Fortschritt im Sinne einer geräuschlosen und schwingungsfreien Dampfreduzierung deutlich wird. Mit steigenden Ansprüchen an Geräuschlosigkeit wählt man eine höhere Zahl an Bohrungen. Bohrungszahl und der oben ermittelte Gesamtquerschnitt bestimmen den Durchmesser der einzelnen Bohrungen, wol>ei die Durchflußbeiwerte mit zunehmender Länge und abnehmendem Durchmesser kleiner werden. Für Dampfmengen über 10 t/h wurden Bohrungen von 4 mm Durchmesser erfolgreich angewendet. Der Verschmutzungsgrad des Mediums (mitgeführte Salze od. ä.) werden den geringsten noch tragbaren Bohrungsdurchmesser bestimmen, was auf Grund von Erfahrungen festzustellen wäre.

Es kommt also darauf an, die gesamte Dampfmenge in viele gleichgerichtete Teilströme aufzuteilen. Die optimalen Beziehungen bei einem bestimmten Gefälle wurden insbesondere mit zwei hintereinandergeschalteten Drosselplatten ermittelt, von denen die eine 170, die andere 300 Bohrungen aufwies. Jeder einzelne Teilstrom stellt nur ein sehr kleines Dampfgewicht dar. Die kinetische Energie der aus den Drosselbohrungen mit hoher Geschwindigkeit austretenden Dampfstrahlen wird durch die sich bei der Nachentspannung bildenden Wirbel hauptsächlich in Wärme umgesetzt. Infolge des kleinen auf die einzelne Bohrung entfallenden Dampfgewichtes sind aber die Wirbel selbst nur klein und

ίο werden sich wahrscheinlich gegenseitig vernichten. Es wird auf diese Weise das Entstehen eines großen Wirbelfeldes aus einer großen Dampfmasse verhindert und damit das Auftreten der bereits erwähnten gefährlichen Schwingungen. Das hat außerdem den großen Vorteil der Geräuschminderung, einmal wegen der verringerten Wirbelbildung und zum andern deshalb, weil die Drosselplatte einen großen Schallwiderstand darstellt.

Der Vorteil der neuen Anordnung liegt weiter

ao daran, daß man derartige Vielloch-Drosselplatten hinter einem gebräuchlichen Absperr- oder Druckminderventil einbauen kann, wobei Schieber oder Eckventile mit einem geraden Austritt des Mediums hinter der Absperr- oder Drosselstelle vorzuziehen sind.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Vielloch-Drosselplatten dargestellt. A ist der Ventilkegel, B der Ventilsitz eines Eckventils. C und D sind Vielloch-Drosselplatten gemäß der Erfindung. Ob man zwischen den Teilen A und B bereits eine Drosselung erzielt oder diese Teile nur zur Absperrung verwendet, hängt vom Verwendungszweck der Einrichtung ab. Wichtig ist in jedem Falle die Verarbeitung eines Teiles des Druckgefälles in den beiden Lochplatten C und D. Weiter zeigt die Figur bei E die Möglichkeit, zwischen den Platten C und D Wasser zur Kühlung einzuspritzen, wie es bei Dampfventilen an sich allgemein bekannt ist.

In Fig. 2 ist ein Beispiel einer ausgeführten Drosseleinrichtung mit fünf Platten dargestellt, wobei jede Platte 100 Bohrungen aufweist. Das mit fallendem Druck zunehmende Volumen des Dampfes zwingt zur Erweiterung der Rohrleitung, um in diesem keine zu großen Geschwindigkeiten zu erhalten. In Querschnittsänderungen ist dann nicht mit Strahlablösung und großen Wirbelfeldern — die Geräusche und Schwingungen hervorrufen können — zu rechnen, wenn die Erweiterung allmählich verläuft und — bei Wasserdampf beispielsweise — einen Winkel von 8° nicht übersteigt.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur geräuscharmen Drosselung gasförmiger Mittel, vorzugsweise von Dampf, in Rohrleitungen, insbesondere mit einem Absperr- oder Drosselventil, unter Verwendung von in Abstand voneinander angeordneten, als Drosselplatten dienende Viellochplatten, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von Drosselplatten, bei denen die Summe der engsten Querschnitte aller Bohrungen jeder Drosselplatte höchstens ein Drittel des freien Querschnitts vor der Drosselplatte beträgt und die bohrungsfreie Plattenfläche mindestens zwei Drittel der gesamten Plattenfläche ausmacht und die in einem konisch ausgebildeten Rohrstück eingesetzt sind, der Abstand zwischen je zwei Drosselplatten ein Mehrfaches der Plattendicke beträgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der engste Querschnitt einer Drosselbohrung nicht größer als ein Vierzigstel

der Summe der engsten Querschnitte aller Bohrungen einer Drosselplatte ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge einer Bohrung ein Mehrfaches ihres Durchmessers ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungsachse in bekannter Weise der Strömungsachse parallel ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen mindestens eines Teiles der Bohrungen gegen die Strömungsachse unter einem Winkel geneigt sind, der nicht größer als 15° ist.

6. Einrichtung nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in der Strömungsrichtung konisch erweitert sind.

7. Einrichtung nach einem der Voransprüche mit mindestens zwei in der Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Vielloch-Drosselplatten, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Drosselplatten Zuführungsbohrungen für Einspritzwasser vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 147 395, 270 025;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 067 652.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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