DE3603978A1 - Kondensatableiter - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kondensatableiter mit einem Leitflächen aufweisenden Ringraum zwischen einer hohlzylindrischen Trennwand und einem Gehäuse, bei dem der Ringraum
und der Innenraum der Trennwand mit einem Einlaß, einem Auslaß und einem Auslaßventil in Verbindung stehen.
U Kondensatableiter dieser Art sind bekannt und dienen zum Ableiten von Kondensatwasser in Gas-, beispielsweise Druckluft-
und Dampfleitungen vorzugsweise unter dem Einfluß der bei einer Fluidrotation wirksam werdenden Zentrifugalkraft
nach außen.
Bei derartigen, mit Zentrifugalkraft arbeitenden Kondensatableitern
rotiert das Gas im oberen Teil eines Gehäuses und werden Wassertropfen unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft
nach außen geschleudert und auf diese Weise abgetrennt. Das Gas gelangt alsdann zu einem Auslaß, während die abge- a
trennten Wassertropfen über ein Auslaßventil im unteren Teil des Ableitergehäuses nach außen geführt werden.
Herkömmliche Kondensatableiter weisen eine hohlzylindrische Trennwand im oberen Teil ihres Gehäuses auf und demgemäß
einen Ringraum zwischen der Trennwand und der Gehäusewandung. In diesem Ringraum befinden sich Leitflächen, während
der Ring- und der Innenraum des Hohlzylinders mit einem Einlaß, einem Auslaß und einem Auslaßventil in Verbindung
stehen. Demgemäß wird das durch den Einlaß zuströmende Gas im Ringraum in Rotation versetzt, so daß die Wassertropfen
unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft nach außen geschleudert werden. Die auf diese Weise abgeschiedenen Wassertropfen
fließen nach unten und werden über das Auslaßventil
abgeleitet. Im Zentrum des Rotationsstroms gelangt das Gas über den Innenraum der hohlzylindrischen Trennwand zum Auslaß
des Abscheiders.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei den herkömmlichen
Kondensatableitern die Wassertropfen selbst bei einer starken Rotation nur zum Teil auszentrifugiert werden und
demgemäß der Grad der Kondensatabscheidung begrenzt ist.
Ursächlich hierfür ist die Tatsache, daß die Kondensatableitung lediglich den sich aus der Gasrotation ergebenden
Naturgesetzen folgt und demgemäß das Gas unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft je nach seiner Masse mehr oder weniger
zur Peripherie hinwandert, so daß sehr kleine Wassertröpfchen von außen nach innen längs der Oberfläche wandern und
somit zusammen mit dem Gas dem Abscheiderauslaß zugeführt werden.
; Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Grad
der Kondensatabscheidung in einem Abscheider der in Rede stehenden Art zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken Wassertropfen einzufangen und positiv nach außen zu schleudern;
sie besteht darin, daß bei einem Kondensatableiter der eingangs erwähnten Art an der Außenseite des Trennwandzylinders
Schrägrippen und sich von deren oberen Enden bis zu deren unteren Enden erstreckende, stufenförmig in Zwischenwände
an den unteren Enden der Schrägrippen übergehende Spiralrippen angeordnet sind.
Demgemäß verlaufen bei einem erfindungsgemäßen Kondensatableiter die schräg nach unten geneigten Rippen in dem Ring-
raum zwischen dem Trennwandzylinder und der Gehäusewandung,
so daß sich die Bewegungsrichtung des Gases beim Durchströmen des Ringraums entsprechend dem Schrägrippenverlauf einstellt.
Demzufolge rotiert das Gas im Ringraum aufgrund seiner Kontinuität und ergibt sich eine Rotation auch oberhalb
und unterhalb der Schrägrippen. Das Gas tritt somit rotierend in den Ringraum ein, den es ebenfalls rotierend
wieder verläßt. Da die Spiralrippen, nach außen geneigt, zwischen den oberen und den unteren Enden der Schrägrippen
verlaufen, bewegt sich das Gas weiter nach außen als der Tangentialen an den Ringraum entspricht, und wird in einem
günstigeren Zustand gegen die Innenwandung des Abscheidergehäuses bewegt. Da zudem die Ringraumbreite längs der
Schrägrippen von oben nach unten abnimmt, erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit entsprechend und erreicht am unteren
Ende der Schrägrippen ihren höchsten Wert.
Schließlich führt der stufenweise Übergang der Spiralrippen in die radialen Zwischenwände am Ende der Schrägrippen zu
einer sprunghaften Erweiterung des Ringraums im Bereich der Zwischenwände. Daraus ergibt sich wegen der Gasrotation ein
Druckabfall im Bereich der Zwischenwände, aufgrund dessen sich die an den benachbarten Flächen haftenden Wassertropfen
an den Verbindungskanten zwischen den Spiralrippen und den Zwischenwänden sammeln, von denen sie aufgrund der
starken Rotationsströmung bzw. der sich hier einstellenden maximalen Strömungsgeschwindigkeit weg und gegen die Innenwandung
des Abscheidergehäuses geblasen werden.
Besonders vorteilhaft wirkt sich bei dem erfindungsgemäßen Kondensatableiter aus, daß die Trennung von Gas und Wasser
nicht nur auf der aus der Gasrotation resultierenden Zentri-
fugalkraft beruht, sondern die Wassertropfen an den Kanten zwischen den Spiralrippen und den Zwischenwänden positiv
zusammengeführt werden sowie die Rotationsgeschwindigkeit ihr Maximum gerade an diesen Kanten erreicht, so daß die
Wassertropfen von den Kanten weg- und gegen die Innenwandung des Ableitergehäuses geblasen werden. Daraus ergibt
sich ein extrem hoher Abscheidegrad.
Dieser basiert nicht nur auf einer Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit, sondern auch darauf, daß die Breite des
Ringraums am Ende der Schrägrippen ihr Minimum erreicht und demgemäß die Rotationsgeschwindigkeit in der wichtigsten
Zone, d.h. am Ende der Schrägrippen am größten ist. Demzufolge ist die Rotationsgeschwindigkeit beiderseits der kritischen
Kanten verhältnismäßig gering, so daß die Wassertropfen nicht zusammen mit dem Gas in Auslaßrichtung abgesaugt
oder auch die Wasseroberfläche am Auslaßventil und damit dessen Funktion gestört wird.
Besondere Vorteile, insbesondere ein hoher Abscheidegrad ergeben sich, wenn an der Außenseite der hohlzylindrischen
Trennwand sich von den oberen Enden der Schrägrippen aufwärts erstreckende Längsrippen angeordnet sind und demgemäß
das in den Ringraum eintretende Gas während seiner Rotationsbewegung auf die Längsrippen trifft, so daß auch die
Wassertropfen teilweise auf die Längsrippen treffen sowie haften bleiben und auf diese Weise aus dem Gas abgeschieden
werden.
Weist zumindest eine Außenoberfläche der Trennwand, zu der auch die Schräg- und die Spiralrippen gehören, eine gewisse
Rauhigkeit wie etwa eine Birnenschale auf, dann haften die Wassertropfen leichter auf dieser Fläche und ergibt sich
eine gewisse Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit des Gases in der Nachbarschaft der betreffenden Oberfläche,
was ein Einfangen der Wassertropfen auf der Oberfläche möglich macht. Die in dieser Weise auf der Oberfläche abgeschiedenen
Wassertropfen sammeln sich an den obenerwähnten Verbindungskanten und werden gegen die Innenoberfläche des
Ableitergehäuses geblasen. Somit lassen sich Wassertropfen durch Haften an der rauhen Oberfläche aus dem Gas abscheiden.
Weitet sich der untere Teil des Trennwandzylinders allmählich auf, um sich der Gehäusewandung zu nähern, erhöht sich
in diesem Bereich die Rotationsgeschwindigkeit des Gases und wird dadurch weiterhin Wasser abgeschieden sowie gegen
die Innenoberfläche des Abscheidergehäuses geblasen. In diesem Falle sollte der Neigungswinkel der trichterförmigen
Zylinderöffnung, bezogen auf die Vertikale 25 bis 30° betragen
und im Hinblick auf ein optimales Ergebnis bei 35 liegen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Kondensatableiter mit einem Reduzierventil,
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Ventilsitz,
Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Fig.
2 und
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Trennwandzylinders.
Der erfindungsgemäße Kondensatableiter A ist als integrierender Bestandteil eines Reduzierventils B für eine Dampfleitung
ausgebildet.
Das Reduzierventil besteht aus einem eine Druckeinstellfeder 1 enthaltenden Federgehäuse 2, einem ein Führungsventil
3 enthaltenden Ventilgehäuse 4, einem ein Hauptventil 5 enthaltenden Flanschstück 6, einer Abscheidekammer 7 in
einem Abscheidergehäuse 8 und einem Bodendeckel 9 jeweils aus einem Gußwerkstoff.
Zwischen dem Federgehäuse 2 und dem Ventilgehäuse 4 ist
eine dünne Metallplatte 10 als Diaphragma eingespannt.
Das untere Ende der Druckeinstellfeder 1 ist mit der Oberseite
der Diaphragmaplatte mit Hilfe einer Scheibe 11 verbunden, während die Unterseite der Diaphragmascheibe 10 mit
der Oberseite einer Kappe 13 am Ende einer Ventilstange 12 des Führungsventils 3 in Verbindung steht. Der oberhalb der
Diaphragmascheibe 10 befindliche Ventilraum steht über einen Durchlaß 14 mit der Atmosphäre in Verbindung, während
der unterhalb der Diaphragmascheibe 10 befindliche Raum über einen Durchlaß 15 mit einem Auslaßkanal 23 verbunden
ist.
Eine Stellschraube 17 erstreckt sich durch ein Lagerstück 16 aus rostfreiem Stahl und ist mit Hilfe einer Sicherungsmutter
18 drehgesichert; sie hält an ihrem freien Ende eine Stahlkugel 20 in einem Schuh 19 am oberen Ende der Druckeinstellfeder
1.
Das außenliegende Ende der Stellschraube 17 ist mit Hilfe einer auf das Federgehäuse 2 aufgeschraubten Kappe 21 geschützt
.
Das Flanschstück 6 weist einen Einlaßkanal 22 und einen Auslaßkanal 23 mit einer waagerechten Zwischenwand auf, in
die ein Ventilsitz mit einer Ventilöffnung eingeschraubt ist. Unterhalb der Ventilöffnung 25 befindet sich das Hauptventil
5, dessen Ventilkörper mit Hilfe einer Schraubenfeder im Ventilsitz gehalten wird. Nach oben hin steht der
Ventilkörper mit einem Kolben 26 in Verbindung.
Das Führungsventil 3 befindet sich zwischen einem zum Einlaßkanal 22 führenden Kanal 27 einerseits und einem zu einem
Raum oberhalb des Kolbens 27 führenden Durchlaßkanal 28; es besteht aus einer sich durch einen Ventilsitz 29
erstreckenden Ventilstange 12 und einem am unteren Ende der Ventilstange angeordneten, nach oben federbelasteten Ventilstück
30. In dem Durchlaßkanal 27 ist ein Sieb 31 angeordnet.
Der Kolben 26 gleitet in einem Zylinder 32 im Innern des Flanschstücks 6; er weist zwei periphere Ringnuten auf, in
denen sich Federn und Kolbenringe aus Polytetraflouräthylen befinden. Der Kolben 26 weist des weiteren eine Öffnung 33
auf, die die obere und die untere Kolbenseite verbindet und das Abströmen einer gewissen Gasmenge von der Oberseite des
Kolbens und damit eine gewisse Druckkontrolle ermöglicht.
Das Hauptventil 5 ist von einem Doppelzylinder 34 aus einem geraden Außenzylinder und einem längeren im oberen und im
unteren Teil divergierenden bzw. sich trichterförmig erwei-
ternden Innenzylinder umgeben. Außerhalb des Doppelzylinders 34 befindet sich ein Sieb 35, während in der Zylinderachse
eine mit dem Zylinder verbundene Führungshülse 36 für einen mit der Ventilplatte des Hauptventils 5 verbundenen
Führungsstab angeordnet ist. Der Einlaßkanal 22 steht über das Sieb 35 mit einem Ringraum 37 zwischen den beiden
Zylindermänteln in Verbindung, während das Innere des Doppelzylinders 34 über die Ventilöffnung 25 des Hauptventils
mit dem Auslaßkanal 23 verbunden ist.
In dem Ringraum 37 befinden sich mit dem Doppelzylinder verbundene Leitflächen 38. Der Doppelzylinder 34 mit seinen
Leitflächen 38 besteht aus Präzisionsguß und besitzt im Bereich des einströmenden Gases eine Oberflächenrauhigkeit
wie etwa eine Birnenschale; er läßt sich auch nach anderen Gießverfahren oder auch im Wege einer spanenden Bearbeitung
herstellen, solange mindestens die Außenoberfläche hinreichend rauh ist.
Bei einem nach dem Wachsausschmelzverfahren hergestellten
Doppelzylinder beträgt die Oberflächenrauhigkeit etwa 15 bis 50 um maximale Rauhtiefe Rm nach der japanischen Indu-
max
strienorm JIS (B 0601). Bei hinreichend rauher Oberfläche,
d.h. einer Oberflächenrauhheit von mindestens 10 R er-
max
gibt sich hinsichtlich der Kondensatabscheidung eine gute Trennwirkung. Diejenigen Zylinderflächen, die eine Rauhigkeit
etwa wie eine Birnenschale aufweisen sollten, sind in den Fig. 2 und 3 mit C gekennzeichnet.
Wie sich aus den vergrößerten Darstellungen der Fig. 2 bis 4 ergibt, bestehen die Leitflächen 38 jeweils aus einer vom
oberen Teil des Innenzylinders abstehenden und sich bis zum Außenzylinder erstreckenden Längsrippe 39, einer sich unmittelbar
anschließenden, zwischen Außen- und Innenzylinder verlaufenden Schrägrippe 40 sowie einer sich von der Ober-
seite der Schrägrippe 40 erstreckenden, spiralförmig vom
Innen- zum Außenzylinder verlaufenden Spiralrippe 41. Die Spiralrippe 41 ist derart schräggestellt, daß sich in der
Draufsicht der Fig. 4 eine etwa keil- bzw. sichelförmige Oberfläche der Schrägrippe 40 ergibt. Das untere Ende der
Spiralrippe 41 ist unter Bildung einer Stufe mit einer radialen Zwischenwand 42 verbunden. Im Ringraum zwischen
den beiden Zylindern befinden sich insgesamt fünf Leitflächen 38 dieser Art.
Der untere Teil des Innenzylinders erweitert sich trichterförmig und endet mit vorgegebenem Abstand von der Innenwandung
des Außenzylinders; sein Öffnungswinkel θ in bezug auf die Vertikale beträgt 35° und liegt im Hinblick auf eine
gute Trennwirkung bei 25 bis 50°.
Der untere Ventildeckel 9 ist über Schraubbolzen mit dem unteren Ende des Ablextergehäuses 8 verbunden und begrenzt
die Abseheidekammer 7 mit einem kugelförmigen Schwimmerventil
43.
Im Deckel 9 befindet sich ein Auslaß-Ventilsitz 44 an der
Innenseite einer Auslaßöffnung 45. Die Schwimmerkugel 43 befindet sich im Inneren einer Fangkappe 46 mit einer unteren
Öffnung 47. In der Fangkappe 46 befinden sich Belüftungsöffnungen
48.
Ein über den Einlaßkanal 22 eintretendes Gas wird mit Hilfe der Schrägrippen 40 in Rotation versetzt, um mitgeführte
Wassertropfen auszuscheiden und auszuzentrifugieren. Die Längsrippen 39 leiten das einströmende Gas senkrecht aus
dem von den Schrägrippen 40 verursachten Rotationsstrom und
bewirken eine Geschwindigkeitsabnahme des Rotationsstroms und richten diesen mehr nach unten. Dabei treffen die
Wassertropfen teilweise auf die Längsrippen 39 und bleiben dort haften.
Die Spiralrippen 41 leiten den Rotationsstrom weiter nach außen als der Tangentialrichtung des Ringraums 37 entspricht.
Am unteren Ende der Schrägrippen 40 erreicht die Ringraumbreite ihr Minimum und die Strömungsgeschwindigkeit
ihr Maximum. Da die unteren Enden der Spiralrippen 41 stufig mit den radialen Zwischenwänden bzw. Schrägrippenenden
verbunden sind, vergrößert sich die Breite des Ringraums 37 plötzlich an der Verbindungskante zwischen den
Spiralrippen 41 und den Zwischenwänden 42 als Begrenzung. Demzufolge tritt während der Fluidrotation hier eine Druckabnahme
ein und sammeln sich die an der Rippenoberfläche anhaftenden Wassertropfen an den Verbindungskanten. Die
sich sammelnden Wassertropfen werden von den Verbindungskanten durch den starken Rotationsstrom weg und gegen die
Innenwandung des Ableitergehäuses 8 einschließlich der Innenwandung des Außenzylinders geblasen.
Die auf diese Weise abgeschiedenen Wassertropfen fließen an der Innenwandung des Außenzylinders und des Ableitergehäuses
8 nach unten, während das Gas am unteren Ende des Doppelzylinders 34 vorbei in den Innenzylinder ein und in
Richtung des Hauptventils 5 sowie zum Auslaßkanal 23 strömt und das abgeschiedene Wasser durch die Öffnung 47 in die
Fangkappe 46 gelangt sowie das darin befindliche Gas durch die Belüftungsöffnungen 48 herausdrückt. Je nach dem Wasserstand
bewegt sich die Schwimmerkugel 43 auf und ab, wobei sie die Auslaßöffnung des Ventilsitzes 44 öffnet und
schließt, so daß nur Wasser durch die Auslaßöffnung 45 abströmt .
Claims (6)
1. Kondensatableiter mit einem Leitflächen aufweisenden Ringraum zwischen einer hohlzylindrischen Trennwand
und einem Gehäuse, bei dem der Ringraum und der Innenraum der Trennwand mit einem Einlaß, einem Auslaß und
einem Auslaßventil in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite der Trennwand (34)
Schrägrippen (40) und sich von deren oberen Enden allmählich bis zu deren unteren Enden erstreckende,
stufenförmig in Zwischenwände (42) an den unteren Enden der Schrägrippen übergehende Spiralrippen (41) angeordnet
sind.
2. Kondensatableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Außenseite der Trennwand (34) sich von den oberen Enden der Schrägrippen (40) aufwärts erstreckende
Längsrippen (39) angeordnet sind.
3. Kondensatableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenoberfläche der Trennwand (34) eine Rauhigkeit wie eine Birnenschale aufweist.
4. Kondensatableiter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der untere
Teil der Trennwand (34) allmählich der Gehäusewand nähert und mit der Vertikalen einen Winkel von 25
bis 50 einschließt.
5. Kondensatableiter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand
(34) aus zwei im Abstand voneinander konzentrisch angeordneten Hohlzylindern besteht.
6. Kondensatableiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Enden des Innenzylinders trichterförmig erweitert sind und der Außenzylinder eine geringere
Höhe als der Innenzylinder besitzt.
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