DE69029521T2

DE69029521T2 - Ventil zur aufbereitung von dampf

Info

Publication number: DE69029521T2
Application number: DE69029521T
Authority: DE
Inventors: Roy Feiss; Max Kueffer
Original assignee: Keystone International Holdings Corp
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1989-07-10
Filing date: 1990-05-21
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2010-05-22
Also published as: ATE146863T1; US5005605A; EP0483168A4; DK0483168T3; JPH04506554A; MX163880B; EP0483168A1; EP0483168B1; FI920106A0; CN1048745A; WO1991000971A1; KR920701733A; HUT63240A; JP2853328B2; NO179723C; CA2017896A1; NO920099D0; AU5824090A; NO920099L; DE69029521D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Ventil zum gleichzeitigen Verringern der Temperatur und des Drucks von Wasserdampf. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung gerichtet auf ein Ventil zum Konditionieren von Dampf mit jeweils einer von mehreren neuartigen Düsenkonstruktionen.

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein verbessertes Konditionierventil. Derartige Ventile beseitigen die Notwendigkeit des Einsatzes herkömmlicher Druckreduzierventile und Heißdampfkühler sowie deren separater Temperatur- und Druckmeß- und -regelkreise. Typischerweise werden Konditionierventile für die präzise Temperatur- und Drucksteuerung in Turbinenbeipässen, für Trockenrollen, Luftvorwärmschlangen, Verbindungsleitungen, Prozeßreaktoren, Gebläse- und Verdichterantriebe, für Anlagenbeheizungen, die Heizölbeheizung, die Verdampferversorgung und zum Verstäuben von Dampf angewandt.
Bei Dampfkonditionierventilen wird dem gekühlten Wasserdampf bzw. zerstäubten Wasser überhitzer Dampf unter hohem Druck zugemischt. Ein solches Ventil ist aus der DE 33 23 990 bekannt, die ein ortsfestes Wasserrohr (8) offenbart, das in Längsrichtung des Ventils verläuft und an seinem unteren Ende Wasseraustrittsöffnungen enthält. Ein bewegbarer Ventilkörper (13) mit einem Drosselkorb mit Dampfzutrittsöffnungen (14) kann stromaufwärts in eine Offenstellung laufen. Bei der Aufwärtsbewegung des Ventilkörpers werden sowohl die Wasser- als auch die Dampföffnungen freigelegt, so daß Wasser und Dampf sich im Drosselkorb vermischen können. Der Drosselkorb ist von einem Gehäuse umgeben und das Wasser/Dampf-Gemisch strömt durch obere und untere Dampfaustrittsöffnungen (16, 18) im Gehäuseeinsatz aus.
Weiterhin offenbart die US 4 718 456 ein Ventil zum Konditionieren von Wasserdampf mit einem Zulauf (14) für Wasserdampf und mit einem rechtwinklig verlaufenden Ablauf (19, 21, 21a) für Dampf und gekühltes Wasser. Ein innerer Bereich bzw. eine stromaufwärtige Kammer (12) enthält eine ortsfeste Hülse (33), die perforiert ist und eine Dampfströmung in einen Ablaufbereich bzw. die stromabwärtige Kammer (19) erlaubt. Ein hin- und hergehender Kolben (57) ist in der Hülse (33) verschiebbar und steuert wahlweise die Dampfströmung durch Öffnungen (35b). Wird der Kolben (57) zunehmend stromaufwärts gezogen, werden mehr Öffnungen (35b) in der Hülse (33) freigelegt, so daß die Dampfströmung zunehmen kann. Mit einem mittigen hohlen Wasserschaft (58) kann die Lage des Stopfens eingestellt werden. An seinem dem Kolben (57) entgegengesetzten Ende enthält der Wasserschaft (58) Wasseröffnungen (61). Wird der Schaft (58) aufwärts gezogen, werden die Wasseröffnungen (61) zu einer Flüssigkeit aufnehmenden Kammer (28) hin freigelegt, so daß Wasser in die Kammer ein- und durch die Wasseröffnungen (60) ausströmen kann.
Bei den diesen bekannten Ventilen ist nachteilig, daß sie kompliziert aufgebaut und schwer zu steuern sind. Ein weiteres Problem bei diesen bekannten Konditionierventilen ist, daß die Konditionierung in der Nähe des Ventilelements stattfindet. Bei derartigen Konditionierventilen sind komplizierte Strukturen erforderlich, um gekühlten Dampf oder Wasser direkt in das Ventilelement zu geben, und die erforderliche gleichmäßige Verteilung des zerstäubten Wassers bzw. gekühlten Wasserdampfs war oft nicht erreichbar. Weiterhin trat der Bereich größter Turbulenz oft auf der Ablaufseite des Ventils stromabwärts des Ventilelements auf.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konditionierventil anzugeben, in dem eine minimale thermische Belastung und Ermüdung auftreten und das verbesserte Strömungseigenschaften zeigt. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine präzise Temperatursteuerung. Weiterhin ist es ein Ziel der Erfindung, eine vollständige Zerstäubung sicherzustellen und so die Dampfbildungs- und Temperatursteuerung zu optimieren und die Schalldämpfung zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Konditionierventil mit einem kanten- und eckenlos gestalteten Ventilgehäuse, das speziell daraufhin konstruiert wurde, thermische Belastungen und Ermüdungserscheinungen zu minimieren und die Strömungseigenschaften zu verbessern. Die Formgebung im Sinne eines glatten Strömungspfades vermeidet Strömungsabrisse und unerwünschte Wirbelstraßen und erhält daher einen niedrigen Schalldruck aufrecht. Die Erfindung enthält ein Wasserdosiersystem, das Rückkühlwasser zuführt und auf ein Strömungsverhältnis Wasser/Dampf ausgelegt ist, das der Stopfenstellung proportional und damit eine Funktion des Ventilhubs ist. Das erfindungsgemäße Ventil kann erhebliche Lastschwankungen aufnehmen, erhält aber dabei eine präzise Temperatursteuerung aufrecht.
Die vorliegende Erfindung enthält weiterhin neuartige Einspritzdüsen, die das Wasser gleichmäßig im Turbulenzbereich verteilen. Die erfindungsgemäßen Düsen gewährleisten ein vollständiges Zerstäuben und damit eine optimale Verdampfung sowie Temperatursteuerung. Die Schaildunterdrückung wird durch das Einspritzen von Wasser in den Bereich höchster Turbulenz verbessert.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Konditionierventil zum gleichzeitigen Verringern des Drucks und dr Temperatur von zulaufendem Wasserdampf nach Anspruch 1 und den Unteransprüchen offenbart.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die vorgehende Zusammenfassung sowie die folgende ausführliche Beschreibung werden aus den beigefügten Zeichnungen besser verständlich. Zur Erläuterung zeigen diese eine derzeit bevorzugte Ausführungsform; die Erfindung ist jedoch nicht auf genau die dargestellten Einzelheiten beschränkt.
Fig. 1 ist ein Schnitt durch das Konditionierventil nach der bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 2 ist ein Schnitt, der Einzelheiten des Wasserschafts und des Ablaufs der bevorzugten Ausführungsform ausführlicher zeigt;
Fig. 3 & 4 sind Schnitte durch die Zerstäuberdüsen der bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 5 ist ein Schnitt durch das Konditionierventil nach der bevorzugten Ausführungsform während des Betriebs;
Fig. 6 ist ein Schnitt durch eine alternative Düsenform;
Fig. 6A ist eine Schnitt durch die alternative Düsenform in der Ebene A-A der Fig. 6;
Fig. 7 ist ein Schnitt durch eine zweite alternative Düse für die bevorzugte Ausführungsform;
Fig. 7A ist ein Schnitt durch die zweite alternative Düse in der Ebene A-A der Fig. 7;
Fig. 7B ist ein Schnitt durch die zweite alternative Düse in der Ebene B-B der Fig. 7;
Fig. 8 ist ein Schnitt durch eine vierte alternative Zerstäuberdüse;
Fig. 8A ist ein Schnitt durch die vierte alternative Düse in der Ebene A-A der Fig. 8;
Fig. 8B ist ein Schnitt durch die vierte alternative Düse in de Ebene C-C der Fig. 8;
Fig. 8C ist ein Schnitt durch die vierte alternative Düse in der Ebene C-C der Fig. 8;
Fig. 9 zeigt eine fünfte Ausführungsform einer Düse für die bevorzugte Ausführungsform;
Fig. 9A ist ein Schnitt durch die fünfte alternative Düse in der Ebene A-A der Fig. 9;
Fig. 9B ist ein Schnitt durch die fünfte alternative Düse in der Ebene B-B der Fig. 9;
Fig. 10 ist ein Schnitt durch eine dritte alternative Düse für die bevorzugte Ausführungsform;
Fig. 10A ist ein Schnitt durch die dritte alternative Düse nach Fig. 10;
Fig. 10B ist einschnitt durch die dritte alternative Düse in der Ebene B-B der Fig. 10;
Fig. 11 ist ein Schnitt durch ein Winkel-Konditionerventil mit einem Druckverschlußdeckel; und
Fig. 12 ist eine weggebrochene Aufrißdarstellung eines Winkel-Konditionerventils mit aufgeschraubtem Verschlußdeckel.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen ggf. gleiche Bezugszahlen benutzt sind. Die Fig. 1 zeigt als Vertikalschnitt das Konditionierventil nach einer bevorzugten Ausführungsform. Das Ventil 10 weist dabei ein Gehäuse 12 mit einem Zulauf 14 zum Einspritzen von überhitztem Dampf und einen Ablauf 16 auf, durch den rückgekühlter Dampf (und Wasser) austreten. Das Gehäuse 12 hat daher ein erste bzw. Zulaufkammer 18 sowie eine zweite bzw. Ablaufkammer 20. Die Kammern werden von einem ringförmigen Sitz 22 getrennt, der auf einer einwärts vorstehenden Wandung im Gehäuse ausgebildet ist.
Die Sitzanordnung 24 trägt zwei konzentrische perforierte zylindrische Körbe. Der innere zylindrische Korb 26 ist zu einem stromaufwärtigen massiven Teil 27, der als Stopfen fungiert, und einen perforierten unteren Teil 29 unterteilt, durch den überhitzter Wasserdampf aus der Zulaufkammer einströmt Der äußere zylindrische Korb bzw. das perforierte äußere Gehäuse 28 erstreckt sich in die Ablaufkammer 20 hinein und übergreift den inneren zylindrischen Korb 26. Auch der äußere zylindrische Korb 28 enthält eine Perforation, durch die rückgekühlter Dampf in die Ablaufkammer 20 strömt. Der äußere zylindrische Korb 28 ist passend zur Ringsitzfläche 22 ausgeführt und nach innen umgebogen (vergl. bei 28a), um stehende Wellen aufzubrechen. Die beiden Korbe und die Sitzanordnung fungieren als Ventil zur Steuerung der Dampfströmung zwischen der Zu- und Ablaufkammer.
Das Ventilgehäuse enthält eine weitere Öffnung 33, auf die ein Verschluß 30 sowie eine Wasserschaftanordnung 31 aufgesetzt sind. Der innere zylindrische Korb 26 ist im Verschluß 30 gleitend verschiebbar angeordnet. Kolbenringe 32 umgeben den Stopfen 27 und erhalten den dichten Abschluß aufrecht. Der Verschluß 30 wird vom Segmentring 34 und einem Druckdichtring 36 im Gehäuse in der Sollage gehalten. Der Vorspannring 38 fängt den Verschluß 30 weiter ab.
Ein Wasserschaft 40 verläuft mittig durch den Verschluß 30, axial durch das Innere der zylindrischen Körbe und in die Ablaufkammer 20. Der Wasserschaft 40 weist an seinem stromaufwärtigen Ende Löcher 44 auf, die durch Verschieben mit einer Wasserzulaufleitung 42 ausrichtbar sind. Der Wasserschaft 40 verläuft durch die Öffnung 33 im Ventilgehäuse und ist am oberen Ende mit einer Packung 46 abgedichtet. Der Wasserschaft 40 und der Stopfen 27 sind innerhalb der Kappe 30 mit der Schaft-/Stopfen-Anordnung, d.h. durch Auf- und Abwärtsbewegen der Anordnung 48 verschieb- und daher verstellbar. Ein Ring 54 hält eine Druckhülse (nicht gezeigt) auf der Druckinutter der Packung (nicht gezeigt). Die Schaft-/Stopfen-Anordnung 48 läßt sich mit einer herkömmlichen mechanischen Vorrichtung in Längsrichtung verschieben. Eine perforierte Hülse 53 umgibt das obere Ende des Wasserschafts. Die Perforationslöcher 55 befinden sich am oberen Ende des Wasserschafts und erlauben den Zufluß von Wasser aus der Wasseranschlußleitung in die Löcher 44 im Wasserschaft 40.
Es sei nun anhand der Fig. 2, 3 und 4 die erste Ausführungsform der Wasserablaufdüse beschrieben. Die Fig. 2 zeigt den untersten Teil des Wasserschafts 40, der sich durch die zylindrischen Korbe 26, 28 erstreckt. Der Wasserschaft hat einen Ablauf in Form eine Düse 56, die in das Abschlußende bzw. in die Hülse 58 eingesetzt ist, die am stromabwärtigen Ende des Wasserschafts 40 an diesen angeformt ist. Die Düse 56 weist eine Folge von auswärts verlaufenden Ablaufkanälen 62 auf, die sich schräg abwärts erstrecken und Wasserstrahlen auswärts auf die Innenwandfläche der Hülse 58 richten. Das Kühlwasser tritt durch den zwischen der Düse 56 und der Hülse 58 gebildeten Ringspalt 66 aus.
Anhand der Fig. 1 und 5 sei nun die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zunächst zeigt die Fig. 5 das erfindungsgemäße Konditionierventil im geöffneten Zustand. Die Schaft-/Stopfen-Anordnung 48 ist in Stromaufwärtsrichtung gezogen, so daß der Ventilschaft 40 und der innere Korb 36 zum Verschluß 30 hin verschoben sind. Wasserdampf strömt durch den Zulauf 14 über dem Sitz 22 in das Gehäuse 12 und durch die Perforationslöcher im inneren Korb 29, wobei ein anfängliche Druckminderung erfolgt. Die Erfindung sieht um den äußeren Zylinder 28 herum einen engen Kanal 25 vor, der am Düsenende einen Saugeffekt bewirkt. Danach strömt der Dampf durch den inneren Korb 29 und durch den perforierten äußeren Korb 28 in die Ablaufkammer, wobei eine zweite kontrollierte Druckminderung entsteht. Gleichzeitig werden die Wasserlöcher 44 im stromaufwärtigen Abschnitt der Schaftanordnung 40 mit den Löchern 55 und der Wasserzulaufleitung 42 ausgerichtet. Kühlwasser strömt nun durch den Schaft zu und wird durch die Zerstäuberdüse 56 ausgespritzt. Der Dampf mischt sich mit dem Wasser und die Temperatur sinkt. Durch allmähliches Aufwärtsbewegen des Schafts läßt sich eine genaue Anzahl von Löchern im innen Korb 26 und im oberen Schaftteil 42 freilegen. Daher ist die eingespritze Kühlwassermenge der durch das Ventil strömenden Dampfmenge direkt proportional.
Durch die neuartige Konstruktion der oben beschriebenen Wasserdüse und die Strömungsdynamik des Ventils mischt sich das zerstäubte Wasser gründlich mit dem Dampf in der Ablaufkammer 20, ohne auf die Innenwandflächen des Ventilgehäuses aufzuschlagen. Im Betrieb bildet das Wasser eine dünne Schicht auf der Innenfläche der Hülse 58. Die schnellströmende Dampf-Grenzschicht auf den Innenwandflächen der Ablaufkammer 20 vermeidet die Bildung eines auf die Innwnadnflächen zu gebildeten Wasser-Sprühnebels und ein Aufschlagen des Wassers. Der Wasserdampf wird mit verringertem Druck und geringerer Temperatur in die stromabwärtige Leitung in einem Zustand abgegeben, in dem er an Instrumenten, Maschinenteilen, Ventilen oder Knieen keinen Schaden anrichten kann.
Die Fig. 1 zeigt die Schaft-/Korb-/Stopfen-Anordnung im geschlossenen Zsutand. Wie dargestellt, werden der Wasserschaft 40 und der zylindrische Korb 26 stromabwärts geschoben und der nicht perforierte Teil des inneren zylindrischen Korbs 26 liegt über dem Ringsitz 22. Die Lächer im oberen Wasserschaft sind von der Wasserzulaufleitung und der durchlöcherten Wasserhülse 53 abwärts abgezogen, so daß keines der Löcher im oberen Schaft des inneren Korb der Wasser- oder der Dampfströmung ausgesetzt ist.
Die vorliegende Erfindung ist vorgehend im Kontext eines Leitungsventils beschrieben, bei dem der Zu- und der Ablauf in der gleichen Bezugsebene liegen. Der Nutzen der vorliegenden Erfindung läßt sich jedoch auch mit einem Winkelventil wie dem in den Figuren 11 und 12 dargestellten erreichen. Das Ventil in Fig. 11 weist eine Druckverschlußkappe auf. Das Ventil der Fig. 12 hat einen aufgeschraubten Verschluß 30a sowie eine Geräuschdämpferplatte 61. Beide Ausführungsformen arbeiten genau so wie die zu den Fig. 1 - 5 diskutierte.
Zusätzlich zu der Düsenausführungsform, die oben zu den Fig. 2 - 4 diskutiert ist, läßt sich die vorliegende Erfindung auch mit einer der fünf alternativen Düsenformen verwenden, die die Fig. 6 - 10 zeigen. Eine erste alternative Düse ist in den Fig. 6 und 6A gezeigt. Die Düse der Fig. 6 weist einen Stopfenabschnitt 68 auf, der in das Ende der Hülse 58 am Wasserschaft eingesetzt ist. Der Stopfen 68 hat eine hohle rohrförmige Hülse 70, die sich in die Hülse 58 des Wasserschafts hinein erstreckt, sowie einen Endabschnitt 72, der sich nahe der äußeren Hülse 58 befindet und eine Wasserüberströmfläche 74 aufweist. Die Hülse 70 ist über ein Gewinde 75 mit der Innenwandfläche des Wasserschafts verbunden und bildet zwischen diesem und dem Stopfenende einen internen Wasserkanal. Wie der Schnitt der Fig. 6A zeigt, enthält die Hülse nahe dem Stopfenende mehrere Öffnungen bzw. stromabwärts verlaufende tangentiale Kanäle 78. Diese Kanäle verbinden das Innere der Hülse 70 mit dem Ringkanal 76.
Das Wasser strömt den Wasserschaft hinab und in den Kanal ein, den die Hülse 70 bildet. Von dort strömt das Wasser durch die tangential verlaufenden Kanäle 78, aus denen es radial und tangential in den Kanal 76 hinein beschleunigt wird, was ihm eine sehr schnelle Wirbelbewegung erteilt. Bei schwacher Wasserströmung füllt das Wasser dem Kanal 76 nicht vollständig aus, sondern haftet an der Innenwandfläche des Abschnitts 58 und tritt über die Lippe 58a aus.
Die Fig. 7 - 78 zeigen eine zweite alternative Ausführungsform der Düse. Wie bei der Ausführungsform der Fig. 6 und 6A wird hier ein Stopfen verwendet, der in den Wasserschaft eingesetzt ist. Der Stopfen enthält einen innere hohle Hülse 79, die in den Wasserschaft eingesetzt ist, aber sich verengt und zu einer Seitenwandung hin ausläuft, die einen Sitz 81 bildet. Ein federbetätigtes Ventilelement bzw. ein Kolben 80 sowie ein Schaft 82 erzeugen betrieblich einen Rückdruck zur Steuerung der Wasserströmung aus dem Wasserschaft. Der Kolben 80 und der Schaft 82 sitzen gleitend verschiebbar in einer zylindrischen Kolbenkammer 84, die in das Stopfenende eingesenkt ist. Dr Stopfen enthält weiterhin eine Bohrung 86, die die Längsverschiebung des Kolbenschafts aus dem Stopfenende heraus und in die Ablaufkammer 20 erleichtert. In diese Bohrung 86 ist ein Labyrinth 88 eingearbeitet, das Schmutz abfängt und Leckverluste verringert. Das Kolbenventil wird von einer Feder 90 aufwärtsgedrückt, die in er zylindrischen Kolbenkammer 84 angeordnet ist und am Sitz 81 eines Wasserkanals innerhalb des Wasserschafts anliegt, so daß ein Durchfluß des Wassers verhindert ist.
Im Betrieb drückt der Druck des Wassers im Wasserschaft das Kolbenventil 80 abwärts in die zylindrische Kolbenkammer und vom Sitz 81 ab (vergl. die strichpunktierten Linien A) Sobald das Kolbenventil vom Wasserdruck abwärts verschoben wird, legt es die Kanäle 91 sowie eine Vielzahl von tangentialen Kanälen 93 (Fig. 7A und 7B) frei, die längs in die Stopfenwände gebohrt sind. Die Seitenwandflächen des Kolbenventils enthalten ebenfalls ein Labyrinth 94, um Leckverluste geringzuhalten und Schmutz abzufangen. Bei anhaltendem Abwärtsdruck auf das Kolbenventil 80 tritt Rückkühlwasser nacheinander aus den Kanälen 91 aus und, sofern der Wasserdruck aus dem Ventilschaft hoch genug ist, in den zwischen dem Stopfenende und dem Wasserschaft gebildeten Ringkanal 97 ein. Das Stopfenende enthält weiterhin einen schmalen Ringkanal, durch den in der zylindrischen Kolbenkammer 84 enthaltenes Wasser aus dem System austreten kann.
In den beiden Ausführungsformen der Fig. 6 und 7 wird also eine Durchwirbelung zusammen mit einem Ringkanal verwendet. Das Wirbelbild wird mit tangentialen Öffnungen erzeugt, durch die das Wasser aus dem Stopfeninneren auf die Innenwandflächen der Hülse 58 des Wasserschafts gegeben wird. Bei schwacher und mittelstarker Strömung bewirkt die durch die Richtungsänderung der Flüssigkeit hervorgerufene radiale Geschwindigkeitskomponente eine Strömung entlang der Innenflächen des Wasserrohrs und einen Ablauf an der äußeren Ablaufkante in einem gleichförmigen Strömungsbild. Bei stärkerer Strömung wird der Ringspalt zu einer Drosselstelle. Folglich wird ein Sprühbild durch die Kombination der Wirbelgeschwindigkeit mit der Beschleunigung in der Ringöffnung entwickelt.
Die Fig. 8, 9 und 10 offenbaren drei weitere Düsenanordnungen. Diese Ausführungsformen verwenden jeweils eine Wirbeldüse. Die Fig. 10 zeigt eine Wirbeldüse mit tangentialen winkligen Speiseöffnungen. Bei dieser Ausführungsformen und denen der Fig. 8 und 9 ist der Düsenstopfen 99 in den Wasserschaft eingesetzt. Der Düsenstopfen 99 weist ein Stopfenende 98 auf, das am Ende des Wasserschafts anliegt und dieses dicht abschließt. Der Stopfen enthält einen Kammerbereich 100 und einen massiven Körper 102, der aufwärts in den Wasserschaft hinein verläuft. Der massive Körper enthält in der Umfangsfläche Strömungskanäle 104. Tangentiale Kanäle 105 verbinden die Kanäle 104 mit dem oberen Ende der Kammer 100. An das Ende des Stopfens ist ein Düsenstück 106 mit einem verjüngten Zulauf 108 und einer zylindrische Öffnung 110 angesetzt.
Im Betrieb strömt Wasser durch den Wasserschaft hinab. Sobald es den massiven Körper 102 erreicht, wird es zu den vier Kanälen 104 mit Rechteckquerschnitt gelenkt. Dann strömt es durch die Kanäle 104 hinab und in die tangentialen Kanäle 105 ein, die in der Kammer einen Wirbel 109 erzeugen, der durch die zylindrische Öffnung 110 der Düse austritt.
Die Fig. 8 - 8C stellen eine der der Fig. 10 ähnliche Düse dar. In der Fig. 8 sind der Stopfen und die Düse ebenso wie in der Ausührungsform nach Fig. 10 ein- bzw. angesetzt. Diese Ausführungsform verwendet ein federbetätigtes Kolbenventil 112 und einen Ventilsitz 115, der eine stromauf- von einer stromabwärtigen (Strömungs-) Kammer 114 bzw. 116 voneinander trennt. Der Ventilkolben 112 hat einen Schaft 113, der aufwärts in den Wasserschaft hinein und durch einen Hülsenabschnitt verläuft, der eine Kolbenkammer 118 bildet. Der Schaft 113 ist mit einem Ende eines gewölbten Endstücks 120 verbunden, das von einer in der Kolbenkammer 118 sitzenden Vorspanneinrichtung bzw. Feder 124 stromaufwärts gegen den Ventilsitz 115 aufwärts beaufschlagt wird. Der Schaft wird weiterhin von Flächen geführt, die vom stromaufwärtigen Ende der stromaufwärtigen Kammer her vorstehen. Diese Führungsfläche enthält ein Labyrinth 119 zum Abfangen von Schmutz und Verhindern von Leckverlusten zwischen der Kolbenkammer 118 und der oberen Srömungskammer 114. Das Kolbenventil 112 ist an das andere Ende des Schafts angesetzt und trennt die stromauf- von der stromabwärtigen Kammer. So wird die stromaufwärtige Kammer zwischen den Wandungen des Endstopfens, der Führung und dem Kolben gebildet. Die stromabwärtige Kammer liegt zwischen dem Kolbenventil und der Düse. Vier tangentiale Kanäle 121 verbinden die stromaufwärtige Kammer mit den Kanälen 104.
Im Betrieb strömt Wasser den Wasserschaft hinab und wird von dem gewölbten Endstück 120 in die vier rechteckigen Strömungskanäle 104 gelenkt. Dann strömt es in die tangentialen Kanäle 121 und aus diesen als Wirbel in die stromaufwärtige Kammer 114. Mit steigendem Wasserdruck in der stromaufwärtigen Kammer wird das vorbeaufschlagte Ventilelement stromabwärts gedrückt, so daß Wasser aus der stromaufwärtigen Kammer aus- und als Wirbel in die untere Kammer 116 einströmen kann. Das Wasser strömt dann durch die Düse 110 aus. Dieses Ventil verhindert eine Schnellverdampfung im Wasserschaft.
Die Fig. 9 - 9B zeigen eine 2-stufige federbeaufschlagte Wirbeldüse. Diese Auführungsform ist identisch zu der oben anhand der fig. 8 diskutierten, weist aber zusätzliche tangentiale Kanäle 122 zur stromabwärtigen Kammer 116 auf. Die Ausführungsform der Fig. 7 liefert daher durchgehend eine Verbindung zwischen den rechteckigen Strömungskanälen 104 und der unteren Kammer 116. Bei schwacher Wasserströmung bildet sich infolge der tangentialen Kanäle 122 ein konstanter Wasserwirbel in der Düse aus. Mit steigendem Druck in der stromaufwärtigen Kammer hebt das Kolbenventil vom Ventilsitz abwärts ab, so daß eine zusätzliche Strömung zwischen der stromauf- und der stromabwärtigen Kammer entsteht. Diese Ausführungsform schafft also ein 2-stufiges Einspritzventil.
Das Sprühbild der Wirbeldüsen der Fig. 8, 9 und 10 wird von den Verhältnis der Abmessungen von Düse und Öffnung, der von den tangentialen Zulauföffnungen erzeugten Radialbeschleunigung und der Konfigurations des Ablauföffnung(en) bestimmt. Infolge ihrer großen Austrittsöffnungen sind Wirbeldüsen gegenüber Schmutz und Fremdstoffteilchen tolerant. Ihr maximaler Durchsatz ist geringer als der einer Dralldüse gleicher Größe.
Für den Fachmann ist erkennbar, daß an den oben bechriebenen Ausführungsformen der Erfindung Anderungen möglich sind, ohne deren allgemeines erfinderisches Konzept zu verlassen. Die Erfindung ist daher nicht auf die hier speziell offenbarten Ausführungsformen beschränkt; vielmehr schließt sie alle Modifikatioonen ein, die die Erfindung nach den beigefügten Ansprüchen umfaßt.

Claims

1. Konditionierventil (10) zum gleichzeitigen Verringern des Drucks und der Temperatur von zuströmendem Wasserdampf mit

einem Ventilgehäuse (12), dessen Inneres zu einer ersten und einer zweiten Kammer unterteilt ist, wobei die erste Kammer (18) einen Zulauf (14) zum Einführen einer Strömung von überhitztem Dampf unter hohem Druck in das Konditionierventil und die zweite Kammer (20) einen Ablauf (16) zum Austreiben von konditioniertem Dampf aus dem Ventil aufweisen,

einem ringförmigen Sitz (22), der zwischen der ersten und der zweiten Kammer im inneren des Ventilkörpers befestigt ist,

einem am ringförmigen Sitz befestigten perforierten äußeren Gehäuse (28), das eine Dampfströmung in die zweite Kammer ermöglicht,

einem inneren zylindrischen Korb (26), der in das perforierte äußere Gehäuse (28) einschiebbar ist und in einer ersten Stellung eine Dampfströmung zwischen der ersten (18) und der zweiten Kammer (20) ermöglicht und in einer zweiten Stellung verhindert,

einem Wasserschaft (40), der durch die zylindrische Ventileinrichtung in die zweite Kammer hineinverläuft, um dieser Rückkühlwasser zuzuführen, wobei der Schaft so mit der zylindrischen Ventileinrichtung gekoppelt ist, daß letztere zwischen der ersten und der zweiten Stellung gleitend hinund herverschiebbar ist, und

einem Wasserventil (44, 53), das betrieblich mit einem stromaufwärtigen Teil des Wasserschafts (40) gekoppelt ist, um den Zustrom von Rückkühlwasser in den Wasserschaft (40) zu steuern, wobei das Wasserventil (44, 53) bei in der ersten Stellung befindlichem zylindrischem Korb (26) öffnet und in der zweiten Stellung befindlichem zylindrischem Korb (26) schließt,

wobei das perforierte äußere Gehäuse (28) von dem ringförmigen Sitz (22) in die zweite Kammer (20) sich erstreckt und

der innere zylindrische Korb (26) zwischen der ersten und der zweiten Kammer (18, 20) verläuft,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Düse (56, 99) am Ende des Wasserschafts (40) angeordnet ist, durch die zerstäubtes Wasser in die zweite Kammer (20) einspritzbar ist, um sich mit dem in die zweite Kammer (20) einströmenden Dampf zu mischen, wobei die Düse (56, 99)

ein Stopfenende (68) sowie

eine rohrförmige Hülse (70, 79) aufweist, die sich im Ende (58) des Wasserschafts (40) befindet, um einen ringförmigen Durchtrittskanal (76) zu bilden, wobei die Hülse (70, 79) am Stopfenende (68) eine Vielzahl tangentialer Öffnungen (78, 93, 121) enthält, um eine Wirbelströmung aus Wasser zu erzeugen, die durch den ringförmigen Kanal (76) in die zweite Kammer (20) austritt.

2. Konditionierventil nach Anspruch 1, bei dem der innere zylindrische Käfig (26) über einen Teil (29) seines Körpers eine Vielzahl von Öffnungen enthält, durch die Dampf aus der ersten (18) in die zweite Kammer (20) strömen kann, wenn der innere Korb (26) sich in seiner ersten Stellung befindet, wobei bei in seiner zweiten Stellung befindlichem innerem zylindrischen Korb (26) die Öffnungen gegen die Dampfströmung gesperrt sind.

3. Konditionierventil nach Anspruch 1, bei dem die Öffnungen eine Perforation sind.

4. Konditionierventil nach Anspruch 1, bei dem das Wasserventil (44, 53) Perforationen (44) im stromaufwärtigen Teil des Wasserschafts (40) aufweist, die mit einer Wasserzulaufleitung (42) ausgerichtet sind, wenn der innere Käfig (26) sich in seiner ersten Stellung befindet, und die gegen die Zulaufleitung (42) gesperrt sind, wenn der innere zylindrische Käfig (26) sich in seiner zweiten Stellung befindet.

5. Konditionierventil nach Anspruch 1, bei dem der Wasserschaft (40) ein Wasserrohr (40) aufweist.

6. Konditionierventil nach Anspruch 1, bei dem weiterhin in der Düse (56, 99)

die rohrförmige Hülse (70, 79) sich zu einem Ventilsitz (81) verengt und weiterhin eine Vielzahl von tangentialen Strömungsöffnungen (93) zwischen dem Ventilsitz (81) und dem Stopfenende (68) vorgesehen sind, die zwischen der rohrförmigen Hülse (70, 79) und dem ringförmigen Strömungskanal (76) einen Strömungspfad für Wasser bilden,

in die rohrförmige Hülse (70, 79) ein rückziehbares Ventilelement (80) hineinverläuft, das an den Ventilsitz (81) anlegbar ist und von dem aus dem Wasserschaft (40) wirkenden Wasserdruck rückziehbar ist, wobei das rückgezogene Ventilelement (80) die tangentialen Öffnungen (93) freilegt und den Wasserströmungspfad erzeugt, und

eine Feder (90) das Ventilelement (80) auf den Ventilsitz (81) drückt, um eine Wasserströmung durch die tangentialen Öffnungen (93) zu verhindern, bevor der Wasserdruck im Wasserschaft (40) eine vorbestimmte Höhe erreicht.

7. Das Konditionierventil nach Anspruch 1, worin das Stopfenende (68) der Düse (56) in das Ende (58) des Wasserschafts (40) eingreift und das Stopfenende (68) einen Innenraum (100) und einen in den Wasserschaft (40) hineinreichenden massiven Abschnitt (102) aufweist, wobei der massive Abschnitt (102) eine Vielzahl von Strömungskanälen (104) aufweist, die in das Ende (98) hineinreichen.

8. Konditionierventil nach einem oder mehrereren der vorgehenden Ansprüche, in dessen Düse (56, 99) weiterhin das Stopfenende (98) einen Innenraum aufweist, den ein Ventilsitz (115) zu einer stromaufwärtigen Kammer (114) und einer stromabwärtigen Kammer (116) unterteilt, wobei ein massiver Abschnitt (102) des Stopfenendes (98) weiterhin aufwärts in den Wasserschaft (40) hinein vorsteht und eine Vielzahl von Strömungskanälen (104) enthält, die zum Ende (58) hin verlaufen, wobei

eine Vielzahl von tangentialen Kanälen (121) die Strömungskanäle (104) mit der stromaufwärtigen Kammer (114) verbinden und in dieser einen Wasserwirbel erzeugen,

eine Ventileinrichtung (122) auf den Ventilsitz (115) aufsetzbar ist und öffnet, um eine Strömung des Wasserwirbels aus der stromaufwärtigen Kammer (114) in die stromabwärtige Kammer (116) zu ermöglichen, und

die Ventileinrichtung (112) von einer Einrichtung (124) auf den Ventilsitz (115) gedrückt wird, um eine Wasserströmung zwischen der stromauf- und der stromabwärtigen Kammer (114, 116) zu verhindern, bevor der Wasserdruck des Wirbels in der stromaufwärtigen Kammer (114) eine vorbestimmte Höhe erreicht hat.

9. Konditionierventil nach Anspruch 8, bei dem die Düse (56, 99) weiterhin einen zweiten Satz tangentialer Kanäle (122) aufweist, die die stromabwärtige Kammer (116) mit den Strömungskanälen (104) verbinden und in der stromabwärtigen Kammer (116) einen Wasserwirbel erzeugen.