DE3246244A1

DE3246244A1 - Steam cooling device

Info

Publication number: DE3246244A1
Application number: DE19823246244
Authority: DE
Inventors: Karl 6050 Offenbach Gruner
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 1982-12-14
Filing date: 1982-12-14
Publication date: 1984-06-14
Also published as: DE3246244C2

Abstract

In the device for cooling superheated steam, a cooling fluid is supplied to the steam flow by a flow divider 1 which is connected to a cooling-fluid supply pipe 4 and is built into the flow path of a housing 11 provided with inlet and outlet openings 6 and 7 respectively. The flow divider 1 can consist e.g. of a cylindrical hollow body, the cylindrical wall of which is provided with openings for dividing up and swirling the steam flowing through. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Küh- The invention relates to a device for cooling

lung von insbesondere überhitztem Dampf od.dgl. durch Einführung einer Kühlflüssigkeit wie Kühlwasser in den Dampf strom. Zu diesem Zweck wurden bisher Drosseleinrichtungen mit zusätzlichen Einspritzöffnungen verwendet, bei denen die eingespritzte Kühiflüssigkeit von dem Dampfstrahl erfaßt, beschleunigt und von der Dampfströmung mitgerissen wird. Da der Drossel strahl häufig nahezu Schallgeschwindi-gkeit erreicht und bei üblichen Abmessungen der Einrichtung die Beschleunigungsstrecke für die zugeführte Kühlflüssigkeit kürzer als 1 m ist, beträgt die Zeit, innerhalb der die Flüssigkeit in Tropfen zerteilt und dadurch einem erhöhten Wärmeübergang ausgesetzt wird, nur wenige ms, was bei den meisten Anwendungsfällen nicht ausreicht, um die Verdampfungstemperatur zu erreichen. Wegen geringer Relativgeschwindigkeit in der Dampfströmung und kleiner werdender Temperaturdifferenz wird der Wärmeübergang auf die Flüssigkeitstropfen immer kleiner und erreicht mit der Verdampfungstemperatur ein Minimum. Dadurch sind lange Strömungswege bis zum Erreichen der Kühltemperatur erforderlich, die oft nicht eingehalten werden können.ment of particularly superheated steam or the like. by introducing a Cooling liquid, such as cooling water, flows into the steam. To this end have been hitherto Throttle devices with additional injection openings are used, in which the injected cooling liquid captured by the steam jet, accelerated and by the Steam flow is entrained. Since the throttle often emits almost the speed of sound reached and with the usual dimensions of the device the acceleration distance for the supplied coolant is shorter than 1 m, the time is within which divides the liquid into drops and thereby increases heat transfer is suspended, only a few ms, which is not sufficient for most applications, to reach the evaporation temperature. Because of the low relative speed in the steam flow and the decreasing temperature difference is the heat transfer on the liquid droplets getting smaller and smaller and reached with the evaporation temperature a minimum. This means that there are long flow paths until the cooling temperature is reached required, which can often not be adhered to.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, welche durch kurze, aufeinanderfolgende Beschleunigungs- und Verzögerungsstrecken eine sehr intensive Vermischung von Kühl flüssigkeit und Dampf mit sehr hohen Wärmeübergangszahlen bewirkt. The invention is based on the object of creating a device which by short, successive acceleration and deceleration distances a very intensive mixing of cooling liquid and vapor with very high Causes heat transfer coefficients.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühl flüssigkeit dem Dampf mittels einer den Durchströmungsquerschnitt des Dampfes in eine Vielzahl von einzelnen Strömungskanälen aufteilende, mit Teilstromöffnungen versehene Vorrichtung zugeführt wird. This object is achieved in that the cooling liquid the steam by means of a the flow cross-section of the steam in a large number Device which divides individual flow channels and is provided with partial flow openings is fed.

Vorzugsweise kann gemäß der Erfindung zu diesem Zweck ein bei Drosselventilen od.dgl. an sich zur Erzielung einer Geräuschminderung bekannter Strömungsteiler verwendet werden, in den die Kühlflüssigkeit eingeleitet und in einer Vielzahl starke Verwirbelungen erzeugender Strömungskanäle mit dem Dampf in Wärme- und Stoffaustausch gebracht wird. Solche Strömungsteiler können z.B. aus vom Dampf durchströmten Lochplatten, Lochzylindern oder sonstigen, mit engen, verwinkelten Durchtrittskanälen, Poren od. Preferably, according to the invention, a throttle valve can be used for this purpose or the like. flow dividers known per se to achieve a noise reduction be used in which the cooling liquid is introduced and in a variety of strong Turbulence generating flow channels with the steam in heat and material exchange is brought. Such flow dividers can e.g. consist of perforated plates through which the steam flows, Perforated cylinders or other pores with narrow, angled passages or

dgl versehenen Körpern bestehen, die in die Dampfleitung, insbesondere in Drosselventile, Absperrventile oder Dampfumformventile eingebaut werden. Als besonders wirksam haben sich Strömungsteiler erwiesen, die aus einem Drahtgewebe gebildet sind, z.B. zum Einbau in Ventile aus einem zylindrischen oder ringförmigen Wickelkörper aus spiralförmig in mehreren Lagen gewickeltem Maschendrahtgewebe.Like provided bodies exist that are in the steam line, in particular be installed in throttle valves, shut-off valves or steam converting valves. as Flow dividers made from a wire mesh have proven particularly effective are formed, e.g. for installation in valves from a cylindrical or ring-shaped Winding body made of wire mesh wrapped in several layers in a spiral.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die zugeführte Kühlflüssigkeit praktisch vollständig bereits innerhalb der Drosselvorrichtung bzw. in dem Strömungsteiler verdampf wird. Dadurch erreicht der dort abströmende Dampf schon nahezu den gewünschten Zustand. Die außerordentlich feine Verteilung der Kühlflüssigkeit in kleinste Tropfen mit sehr großer Oberfläche hat zur Folge, daß die Verdampfungszeit für die restliche Flüssigkeit im Abströmrohr nur noch einen Bruchteil der bisher -bekannten Anlagen beträgt. Material schäden durch Erosion können nicht auftreten. Außerdem wird durch die Aufteilung der Strömung in viele Teilströme das übliche Drosselgeräusch der Strömung vermieden. The invention achieves that the supplied cooling liquid practically completely already within the throttle device or in the flow divider will evaporate. As a result, the steam flowing off there almost reaches the desired level State. The extremely fine distribution of the coolant in tiny drops with a very large surface has the consequence that the evaporation time for the remaining Liquid in the discharge pipe is only a fraction of the previously known systems amounts to. Material damage through erosion cannot occur. In addition, through the division of the flow into many partial flows the usual throttle noise of the Flow avoided.

In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht, nachstehend erläutert und in den Ansprüchen gekennzeichnet. In the drawing, the invention is in various embodiments illustrated, explained below and characterized in the claims.

Abb. 1 zeigt im senkrechten Längsschnitt ein Einsitzventil mit einem eingebauten Strömungsteiler und Kühlwasserzuleitung von oben, Abb. 2 in größerem Maßstab einen Ausschnitt aus einem solchen Ventil mit einem Strömungsteiler aus einem Drahtgewebewickel mit der Kühlwasserzul eitung, Abb. 3 zeigt im Ausschnitt A eine Variante der Kühlwasserzuleitung, und Abb. 4 zeigt im Längsschnitt ein Einsitzventil mit Strömungsteiler entsprechend Abb. 1, jedoch mit Kühlwasserzuleitung von unten. Fig. 1 shows a single-seat valve with a vertical longitudinal section built-in flow divider and cooling water supply from above, Fig. 2 in a larger one Scale a section of such a valve with a flow divider a wire mesh wrap with the cooling water supply line, Fig. 3 shows in section A a variant of the cooling water supply line, and Fig. 4 shows a longitudinal section a single-seat valve with flow divider according to Fig. 1, but with cooling water supply from underneath.

Bei der in Abb. 1 dargestellten Einrichtung zur Dampfkühlung ist in einem Ventilgehäuse 11 ein Strömungsteiler 1 zwischen einem Ventilsitzring 9 und einem Haltering 2 eingespannt. Der Dampf tritt in den Gehäuseinlaß 6 ein und strömt durch den Drosselspalt zwischen dem Ventilsitz 9 und einem Drossel kegel 8, der mittels einer Kegel stange 10 von außen bis zum dichten Abschluß verstellbar ist. Der aus dem Drosselspalt austretende Dampf strömt durch den Strömungsteller 1, der den Drosselkegel 8 zylinderförmig umschließt und von dem Haltering 2 in seiner Lage gehalten wird. In einen Gehäusedeckel 12 ist ein Einlaßrohr 4 für das Kühlwasser eingebaut, das in einen Hohlraum 5 des Halteringes 2 mündet. Das einfließende Kühlwasser gelangt über mehrere Bohrungen 3 in das Innere des vom Dampf durchströmten Strömungsteilers 1, wo es in einer Vielzahl ungleichförmig verlaufender Strömungskanäle stark verwirbelt und in Wärme- und Stoffaustausch mit dem Dampf gebracht wird. Der gekühlte und entspannte Dampf strömt über die Auslaßöffnung 7 zum Verbraucher. In the device for steam cooling shown in Fig. 1 in a valve housing 11, a flow divider 1 between a valve seat ring 9 and a retaining ring 2 clamped. The steam enters the housing inlet 6 and flows through the throttle gap between the valve seat 9 and a throttle cone 8, the rod 10 by means of a cone adjustable from the outside to a tight seal is. The steam emerging from the throttle gap flows through the flow plate 1, which surrounds the throttle cone 8 in the shape of a cylinder and of the retaining ring 2 in its Location is held. In a housing cover 12 is an inlet pipe 4 for the cooling water installed, which opens into a cavity 5 of the retaining ring 2. The incoming cooling water reaches the interior of the flow divider through which the steam flows via several bores 3 1, where it swirls strongly in a multitude of irregular flow channels and brought into heat and material exchange with the steam will. Of the cooled and relaxed steam flows through the outlet opening 7 to the consumer.

Abb. 2 zeigt in einem Schnitt den inneren Aufbau einer derartigen Einrichtung, wobei der Strömungsteiler 1 aus gewickeltem Drahtgewebe ausgeführt ist. Der Drahtgewebewickel 20 ist zwischen gelochten Zylindern 21 und 22 angeordnet. Vom inneren Zylinder 21 strömt der überhitzte Dampf durch die Öffnungen 23 dem Wickel 20 zu, und durch die Öffnungen 25 im äußeren Zylinder 22 strömt der gekühlte Dampf ab. Fig. 2 shows in a section the internal structure of such Device whereby the flow divider 1 is made of wound wire mesh is. The wire mesh roll 20 is arranged between perforated cylinders 21 and 22. The superheated steam flows from the inner cylinder 21 through the openings 23 of the roll 20 to, and through the openings 25 in the outer cylinder 22 flows the cooled steam away.

Eine Variante der Kühlwasserzuleitung ist in Abb. 3 dargestellt. Hier ist ein Ringspalt 26 mit dem Hohlraum 5 des Halteringes 2 durch Bohrungen 27 verbunden. Bei dieser Anordnung wird die Kühlflüssigkeit durch den Ringspalt 26 als Rieselfilm gleichmäßig dem Innenzylinder 21 des Strömungsteilers 20 zugeführt, wo sie von dem einströmenden Dampf erfaßt wird. A variant of the cooling water supply line is shown in Fig. 3. Here is an annular gap 26 with the cavity 5 of the retaining ring 2 through bores 27 tied together. With this arrangement, the cooling liquid flows through the annular gap 26 evenly fed as a falling film to the inner cylinder 21 of the flow divider 20, where it is captured by the incoming steam.

Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in Abb. 4 dargestellt. Bei dieser Ausführung wird die Kühlflüssigkeit über ein Zuleitungsrohr 34 und einen Ringkanal 35 im Ventilsitzring 39 dem Strömungsteiler 2 von unten her zu931 eitet. Another variant of the device according to the invention is shown in Fig. 4 shown. In this version, the cooling liquid is supplied via a supply pipe 34 and an annular channel 35 in the valve seat ring 39 the flow divider 2 from below to931.

Die Erfindung beschränkt sich im übrigen nicht auf die dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern sie umfaßt auch alle sonstigen Varianten ii Rahmen der wesentxlichen Erfindungsmerkmale. In addition, the invention is not limited to the ones shown and embodiments described above, but also includes all other variants ii framework of the essential features of the invention.

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Claims

Dampfkühl einrichtung P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Einrichtung zur Kühlung von überhitztem Dampf od.dgl. Steam cooling device P a t e n t a n s p r ü c h e: 1. Device for cooling superheated steam or the like.

durch Einführung von Kühlflüssigkeit in den Dampfstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit dem Dampf mittels einer den Durchströmungsquerschnitt des Dampfes in eine Vielzahl von einzelnen Strömungskanälen aufteilendels mit Teilstromöffnungen versehenetivorrichtung zugeführt wird. by introducing cooling liquid into the vapor stream, characterized in that that the cooling liquid to the vapor by means of a flow cross-section of the Dividing steam into a large number of individual flow channels with partial flow openings providedetivorrichtung is supplied.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Zuführung der Kühlflüssigkeit in den Dampfstrom aus einem in den Durchströmungsweg eines mit Ein- und Austrittsöffnungen versehenen Gehäuses eingebauten Strömungsteiler besteht, der an eine Kühlflüssigkeitszuleitung angeschlossen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the device for feeding the cooling liquid into the vapor stream from one into the flow path a built-in flow divider with inlet and outlet openings exists, which is connected to a coolant supply line.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler in das Ventilgehäuse (11) eines Absperr- oder Drosselventils zwischen dem Gehäuseeinlaß (6) und dem Gehäuseauslaß (7) angeordnet ist.3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the flow divider in the valve housing (11) of a shut-off or throttle valve is arranged between the housing inlet (6) and the housing outlet (7).

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler gleichzeitig in an sich bekannter Weise als Einbauelement zur Geräuschdämpfung ausgebildet ist.4. Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized characterized in that the flow divider at the same time in a known manner is designed as a built-in element for noise reduction.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler aus einem im wesentlichen zylindrischen Hohlkörper (1) besteht, dessen Zylinderwandung mit Durchbrechungen, Strömungskanälen od.dgl. zur Aufteilung und Verwirbelung des durchströmenden Dampfes versehen ist.5. Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized characterized in that the flow divider consists of a substantially cylindrical Hollow body (1) consists, the cylinder wall of which has openings, flow channels or the like. is provided for dividing and swirling the steam flowing through.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler aus einem ringförmigen Wickelkörper (20) aus spiralförmig in mehreren Lagen gewickelten Maschendrahtgewebe besteht.6. Device according to claim 5, characterized in that the flow divider from an annular winding body (20) made of spirally wound in several layers Wire mesh is made of.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtwickelkörper (20) zwischen einem gelochten Innenzylinder (21) und einem gelochten Außenzylinder (22) angeordnet ist.7. Device according to claim 6, characterized in that the wire winding body (20) between a perforated inner cylinder (21) and a perforated outer cylinder (22) is arranged.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler (1; 20) zwischen dem Ventilsitzring (9, 39) eines Ventilkegels (8) und einem am Gehäusedeckel (12) eines Ventilgehäuses (11) abgestützten Haltering (2) eingespannt'ist.8. Device according to one or more of claims 1 to 7, characterized characterized in that the flow divider (1; 20) between the valve seat ring (9, 39) a valve cone (8) and one on the housing cover (12) of a valve housing (11) supported retaining ring (2) is clamped.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl flüssigkeit in das Innere des Strömungsteilers (1, 20) eingeführt wird.9. Device according to one or more of claims 1 to 8, characterized characterized in that the cooling liquid in the interior of the flow divider (1, 20) is introduced.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit durch den Haltering (2) hindurch in den Strömungsteiler (1) eingeführt wird.10. Device according to claim 8 and 9, characterized in that the coolant through the retaining ring (2) into the flow divider (1) is introduced.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (2) einen an eine Kühlflüssigkeitszuleitung (4) angeschlossenen Hohlraum (5) aufweist, aus dem Bohrungen (3) od.dgl. in das Innere der Zylinderwandung des Strömungsteilers (1) führen.11. The device according to claim 10, characterized in that the Retaining ring (2) has a cavity connected to a coolant supply line (4) (5), from the holes (3) or the like. into the interior of the cylinder wall of the Guide flow divider (1).

12. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit durch den Ventilsitzring (39) hindurch in den Strömungsteiler (1) eingeführt wird.12. Device according to claim 8 and 9, characterized in that the cooling liquid through the valve seat ring (39) into the flow divider (1) is introduced.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzring (39) einen nach dem Strömungsteiler (1) hin offenen Ringkanal (35)(oder einen Hohlraum mit Bohrungen ähnlich Anspruch 11) enthält, der an eine Kühlflüssigkeitszuleitung (34) angeschlossen ist.13. Device according to claim 12, characterized in that the Valve seat ring (39) an annular channel (35) (or a cavity with bores similar to claim 11), which is connected to a coolant supply line (34) is connected.

14. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Dampf angeströmte Seite des Strömungsteilers (1 bzw. 20) bzw. des gelochten Innenzylinders (21) von der Kühlflüssigkeit berieselt wird.14. Device according to one or more of claims 1 to 8, characterized characterized in that the side of the flow divider (1 resp. 20) or the perforated inner cylinder (21) is sprinkled with the coolant.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (5) des Halteringes (2) durch Bohrungen (27) oder einen entsprechenden Ringkanal mit einem Ringspalt (26) zur Bildung eines Rieselfilmes verbunden ist (Abb. 3).15. Device according to claim 14, characterized in that the Cavity (5) of the retaining ring (2) through holes (27) or a corresponding one Annular channel is connected to an annular gap (26) to form a trickle film (Fig. 3).