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DE3313888A1 - Kondensatableiter mit bimetall-schnappelementen - Google Patents

Kondensatableiter mit bimetall-schnappelementen

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DE3313888A1
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DE
Germany
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snap elements
bimetal snap
bimetal
closure part
steam trap
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DE3313888A
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Werner Dipl.-Ing. 2805 Stuhr Föller
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Gestra GmbH
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GESTRA KONDENSATABLEITER
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16T—STEAM TRAPS OR LIKE APPARATUS FOR DRAINING-OFF LIQUIDS FROM ENCLOSURES PREDOMINANTLY CONTAINING GASES OR VAPOURS
    • F16T1/00—Steam traps or like apparatus for draining-off liquids from enclosures predominantly containing gases or vapours, e.g. gas lines, steam lines, containers
    • F16T1/02—Steam traps or like apparatus for draining-off liquids from enclosures predominantly containing gases or vapours, e.g. gas lines, steam lines, containers with valves controlled thermally
    • F16T1/08—Steam traps or like apparatus for draining-off liquids from enclosures predominantly containing gases or vapours, e.g. gas lines, steam lines, containers with valves controlled thermally by bimetallic strips or plates

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  • Sink And Installation For Waste Water (AREA)

Description

GESTRA Kondensatableiter -1042-
GmbH & Co. KG
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Kondensatableiter wie er im Oberbegriff des Hauptanspruches spezifiziert angegeben ist.
Bei Kondensatableitern wird zur Vermeidung von Erosionen am Verschlußteil sowie zur Herabsetzung der Schmutzanfälligkeit angestrebt, sie nach Einleitung des Öffnungsvorganges möglichst weit öffnen und nach Ableitung des Kondensates wieder gänzlich schließen zu lassen. Um möglichst wenige Typen bevorraten zu müssen ist es wünschenswert, die Funktion innerhalb eines großen Druckbereiches aufrechtzuerhalten.
Bekannt ist ein Kondensatableiter (DE-OS 29 48 686), bei dem Bimetall-Schnappelemente Verwendung finden. Bei diesem Kondensatableiter springt nach Erreichen bestimmter Temperaturen das Verschlußteil in die Schließstellung hinein und nach bestimmten Abkühlungen aus der Schließstellung heraus. Die Bimetal1-Schnappelemente sind so angeordnet, daß sich ihre Ausbiegungen addieren, während sie alle einheitlich dem gleichen Kraftfluß unterworfen sind. Bei niedrigeren Temperaturen und Drücken übernehmen die schwächer bemessenen Elemente den Schnappvorgang; bei höherem Druck die stärker bemessenen. Letztere unterbinden dann gleichzeitig den Schnappvorgang der schwächer bemessenen. Dies hat zur Folge, daß die schwächeren Bimetall-Schnappelemente bei hohen Temperaturen und Drücken extrem hohen Spannungen ausgesetzt sind, so daß der Druck- ■ bereich, auf den das Prinzip anwendbar ist, begrenzt bleibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kondensatableiter der eingangs genannten Art zu schaffen, der in einem großen Druckbereich einsetzbar ist, ohne daß die Bimetall-Schnappelemente unzulässig hohen Spannungen ausgesetzt sind.
Durch die im Anspruch 1 angegebenen Erfindungsmerkmale wird dieses Ziel erreicht.
Die Kräfte der einzelnen Bimetall-Schnappelemente kommen addierend auf das Verschlußteil zur Einwirkung, sobald jeweils ihre Schnapptemperaturen überschritten sind. Da jedoch die Bimetall Schnappelemente hinsichtlich des Kraftflusses von ihrem ortsfesten Widerlager zum Widerlager am Schaft des Verschlußteiles voneinander unabhängig sind, stehen die schwächeren Bimetall-Schnappelemente
copy
GESTRA KondensataDleiter -1U42-
GmbH & Co. KG
nicht unter der Einwirkung der hohen Kräfte der stärkeren Bimetal 1-Schnappelemente. Der Kondensatableiter kann daher in einem weiten Druckbereich eingesetzt werden, ohne daß unzulässig hohe Spannungen in den Bimetall-Schnappelementen auftreten.
Die Unteransprüche geben besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.
Werden gemäß Anspruch 2 zum einen die Minima und zum anderen die Maxima der Federkraftisothermen zur Deckung gebracht, so wird bei der Kraftaddition der für den Schnappvorgang verantwortliehe Unterschied zwischen Maximum und Minimum am ausgeprägtesten.
Mit den Merkmalen der Ansprüche 3 und 4 ergeben sich nach dem Schließen nicht nur die höchstmöglichen Dichtkräfte am Verschlußteil, sondern bei Temperaturabsenkung auch ein schlagartiges öffnen ohne vorhergehende Schleichbewegung.
Bei unterschiedlichen Schnapptemperaturen der einzelnen Bimetall-Schnappelemente entsprechend Anspruch 5 wird die Oberbrükkung eines großen Einsatzdruckbereiches nicht durch lineare Kraftsteigerung erreicht, sondern es entsteht ein polygonartiger Verlauf einander zugeordneter Kräfte und Schnapptemperaturen, so daß der Kondensatableiter mit nahezu gleichbleibendem Temperaturabstand von der Dampfspannungskurve öffnet und schließt.
Der Anspruch 6 ermöglicht es, die Form bzw. Geometrie der verschiedenen Bimetall-Schnappelemente möglichst gleich bzw. in einem günstigen konstruktiven Rahmen zu halten.
Die Anordnung nach Anspruch 7 gestattet schließlich, die einzelnen Bimetall-Schnappelemente individuell über die ihnen zugeordneten Widerlager einzujustieren. Mit dieser Anordnung können an die Herstellungspräzision der Bimetall-Schnappelemente geringere Forderungen gestellt werden, da z. B. etwas von der Auslegung abweichende Schnapphubbereiche durch relative Einjustierung der Widerlager wieder kompensiert werden können.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kondensatabieiters dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführung der Steuereinheit des Kondensatableiters in Offenstellung,
Fig. 2 die Steuereinheit aus Fig. 1 in Schließstellung bei niedrigem Betriebsdruck,
GESTRA Kondensatableiter -1042-
GmbH&Co.KG
Fig. 3 die Steuereinheit aus Fig. 1 in Schließstellung bei
hohem Betriebsdruck,
Fig. 4 ein Diagramm mit Bimetall-Federkraftisothermen, die über den Verschlußteil hub aufgetragen sind, Fig. 5 ein Diagramm mit einer Sattdampfkurve sowie den
Schließ und Öffnungstemperaturen, Fig. 6 eine zweite Ausführung der Steuereinheit des
Kondensatabi eiters in Offenstellung und Fig. 7 die Steuereinheit aus Fig. 4 in Schließstellung bei niedrigem Betriebsdruck.
Eine Trennwand 1 zwischen der Vor- und Niederdruckseite eines nicht dargestellten Kondensatabi eitergehäuses weist eine Durchlaßbohrung 2 für das abzuleitende Kondensat auf und trägt eine Steuereinheit. Diese umfaßt einen Sitzkörper 3, drei vordrucksei tig angeordnete, scheibenförmige, zentral gelochte Bimetall-Schnappelemente 4, 5, 6 sowie ein niederdruckseitig angeordnetes Verschlußteil 7 mit einem Schaft 8. Der Sitzkörper 3 weist einen zentralen Durchlaß 9 und einen Ventilsitz 10 auf, mit dem das Verschlußteil 7 zusammenwirkt.
In den Figuren 1 bis 3 weist der Sitzkörper 3 ein ortsfestes Widerlager 11 auf, auf dem die Bimetall-Schnappelemente 4, 5, 6 mit ihrem Außenrand aufliegen, während sie mit ihrem Innenrand an einem Widerlager 12 des Schaftes 8 angreifen.
Im kalten Zustand sind alle drei Bimetall-Schnappelemente 4, 5, 6 zum Ventilsitz hin konvex durchgewölbt (Fig. 1). Das Verschlußteil 7 gibt den Durchlaß 9 frei und Kondensat kann abfließen. Bei steigender Temperatur bewegen sich die Bimetall-Schnappelemente 4, 5, 6 zunächst schleichend in Schließrichtung bis ihre jeweilige Schnapptemperatur erreicht ist, um durchzuspringen. Für den Fall von Bimetall-Schnappelementen 4, 5, 6 mit zueinander unterschiedlichen Schnapptemperaturen sind die Öffnungsund Schließvorgänge im Diagramm Fig. 4 dargestellt. Auf der Abszisse sind die Hübe H der Bimetall-Schnappelemente 4, 5, 6 sowie des Verschlußteiles 7 aufgetragen. Der Koordinaten-Nullpunkt entspricht der Schließstellung. Auf der Ordinate sind die Kräfte aufgetragen, wobei mit K4 die bei beispielhaften Temperaturen ti bis t3 von dem Bimetall-Schnappelement 4 auf das Verschlußteil 7 ausübbaren Federkräfte bezeichnet sind, während K5 die entsprechenden Federkräfte
GESTRA Kondensawoleiter
GmbH & Co. KG
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des Bimetall-Schnappelementes 5 kennzeichnen. Die im Diagramm für K4 und K5 eingezeichneten Kurven bilden Federkraftisothermen. Die Federkräfte K4, K5 wirken in Schließrichtung so lange die Federkraftisothermen auf der positiven Ordinate liegen. Sie wirken theoretisch in Öffnungsrichtung, wenn sie negativ sind. Da die Bimetall-Schnappelemente 4, 5, 6 nur einseitig an den Widerlagern 11, 12 anliegen, sind jedoch diese negativen Kräfte nicht auf das Verschlußteil 7 übertragbar.
Mit Kö ist die vom Druckgefälle am Verschlußteil 7 bestimmte und auf letzteres in Öffnungsrichtung einwirkende Kraft bezeichnet. Sie ist im wesentlichen hubunabhängig.
Die Position bzw. der Hub des Verschlußteiles 7 ist vom Gleichgewicht der Öffnungsdruckkraft Kö und den Federkräften K4, K5, K6 der Bimetall-Schnappelemente 4, 5, 6 bzw. deren Summen bestimmt und kann nur im Schnittpunkt der Kraftlinien für die herrschenden Temperaturen und Drücke liegen.
Steigt demnach bei Öffnungskräften bis Köl die Temperatur von ti nach t2, so bewegt das Bimetall-Schnappelement 4 das Verschlußteil 7 schleichend aus der Offenstellung (rechts im Diagramm) bis zur Hubposition A, um es danach aus dieser Lage sprungartig in die Schließstellung zu bringen. Die Bimetall-Schnappelemente 5, 6 verbleiben währenddessen in einer zum Ventilsitz 10 hin konvex durchgewölbten Form (Fig. 2). Die den verschiedenen Schließ-Schnapptemperaturen zugeordneten Kräfte K4 bilden sich auf der durch die Minima der Federkraftisothermen gehenden Senkrechten A ab. Diese Zuordnung führt im Diagramm Fig. 5 zu einer ersten Geraden 13.
Bei höheren Temperaturen als t2, z. B. bei t3, ist auch das Bimetall-Schnappelement 5 in der Lage, über den gesamten Hubbereich positive, d. h. in Schließrichtung wirkende Kräfte aufzubringen. Die Federkraftisothermen der Bimetall-Schnappelemente 4 und addieren sich demnach zur Resultierenden "K4 + 5, t3". Steigt bei höheren Öffnungsdruckkräften als Köl, beispielsweise bei der Kraft Kö2, die Temperatur bis t3, so bewegen folglich die Bimetall-Schnappelemente 4 und 5 gemeinsam das Verschlußteil 7 aus der Offenstellung schleichend bis zur Position A, um es danach zusammen schnappend in die Schließstellung zu bringen. Hierbei verbleibt das Bimetall-Schnappelement 6 in seiner zum Ventilsitz 10 hin konvex
GESTRA Kondensatableiter -1042-
0°·Κ6 _,_ 3313838
durchgewölbten Form.
Auf der Senkrechten durch A addieren sich demnach die Kräfte der Bimetall-Schnappelemente 4 und 5, so daß bei gleichem t die Kraftdifferenz zunimmt. Im Diagrammm Fig. 5 entsteht eine zweite Gerade 14 mit größerer Steigung. Das sinngemäß Gleiche wiederholt sich, wenn auch das Bimetall-Schnappelement 6 wirksam wird (Fig. 3), wodurch eine dritte noch steilere Gerade 15 des in Fig. 5 dargestellten Polygonzuges entsteht.
Aus dem Diagramm Fig. 4 geht hervor, daß der öffnungsvorgang eine Umkehrung des Schließvorganges darstellt. Wenn die Maxima der Federkraftisothermen der Schließstellung entsprechen oder jenseits von ihr, z. B. auf der Senkrechten durch B liegen, wird der Kondensatableiter z. B. bei der Kraft Köl aus der Schließstellung "zu" bis Punkt C sprungartig öffnen, sobald die Temperatur des Bimetall-Schnappelementes 4 von t2 auf ti gefallen ist. Im Diagramm-Fig. 5 ergibt sich deshalb für das üffnen ein zweiter Polygonzug 13', 14', 15', der lediglich in der Temperatur etwas niedriger liegt. Die in Fig. 5 eingezeichnete Kurve SD gibt für verschiedene Drücke die jeweilige Sattdampftemperatur an, bei welcher der Kondensatableiter jeweils spätestens geschlossen sein muß.
Das Diagramm Fig. 5 zeigt, daß die angestrebte Wirkung über einen großen Druckbereich erreicht wird. Dies ist deshalb möglich, weil die einzelnen Bimetall-Schnappelemente 4, 5, 6 hinsichtlich des Kraftflusses vom ortsfesten Widerlager 11 zum Widerlager 12 am Verschlußteil-Schaft 8 voneinander unabhängig sind.
Dadurch stehen die schwächeren Bimetall-Schnappelemente 4, 5 nicht unter der Einwirkung der hohen Federkräfte der stärkeren Bimetal I-Schnappelemente 5, 6 und sind deshalb keinen unzulässig hohen Spannungen ausgesetzt.
In der Ausführungsform nach den Figuren 6 und 7 trägt der Sitzkörper 3 zwei zentrale, ortsfeste Widerlager 16, 17. Auf jedem von ihnen stützt sich ein Bimetall-Schnappelement 4, 5 mit seinem Innenrand ab. An den Außenrändern der beiden Bimetall-Schnappelemente 4, 5 greifen schüsseiförmige Stege 18, 19 an, die mit ihrem Innenrand auf zwei auf dem Verschlußteil-Schaft 8 angeordnete Widerlager 20, 21 einwirken. Diese sind zur Einstellung des Kondensatableiter axial verstellbar ausgebildet.
GESTRA Kondensatableiter -1042-
GmbH & Co. KG
Bei steigender Temperatur bewegen sich, wie bereits zu den Figuren 1 bis 3 beschrieben, die Bimetall-Schnappe!emete 4, 5 aus der Offenstellung anfänglich schleichend in Schließrichtung. Bei Erreichen seiner zugehörigen Schnapptemperatur schnappt das Bimetall-Schnappelement 4 durch und hebt über den Steg 19 und das Widerlager 21 das Verschlußteil 7 an seinem Schaft 8 in die Schließstellung an. Das Bimetall-Schnappelement 5 verbleibt währenddessen in seiner zum Ventilsitz 10 hin konkav durchgewölbten Form, so daß beim Schließhub des Verschlußteiles 7 das Widerlager 20 von dem Steg 18 abhebt (Fig. 7). Bei höheren Öffnungskräften des Verschlußteiles 7,,d. h. bei höheren Drücken und entsprechend höheren Temperaturen, schnappen beide Bimetall-Schnappelemente 4 und 5 durch und bringen die Stege 18, 19 an den Widerlagern 20, 21 zum Angriff, so daß dann addierend deren beider Schließkräfte auf das Verschlußteil 7 einwirken. Damit gilt das zuvor bezüglich der Anpassung des Polygonzuges von Schnappgeraden 13, 14 der Bimetall-Schnappelemente 4, 5 an die Dampfspannungskurve SD Gesagte.
GESTRA Kondensatableiter -1042-
Liste der Bezugszeichen
1 Trennwand
2 Durchlaßbohrung
3 Sitzkörper
4, 5, 6 Bimetall-Schnappelemente
7 Verschlußteil
8 Schaft
9 Durchlaß
10 Ventilsitz
11, 12 Widerlager
13,14,15 Gerade
13', 14',15' Gerade
16, 17 Widerlager
18, 19 Stege
20, 21 Widerlager
A Federkraft!sothermen-Mi nima
B Federkraft!sothermen-Maxima
C Schnappunkt
H Hub
K4,K5,K6 Federkräfte
Köl, KÖ2 üffnungskräfte
SD Dampfspannungskurve
tl.t2.t3 Temperaturen
. AO- Leerseite -
COPV

Claims (7)

  1. GESTRA Kondensatableiter Bremen, d. 12.04.1983
    GmbH & Co. KG TS-Bs/Cg -1042-
    Kondensatableiter mit Bimetall-Schnappelementen
    Patentansprüche
    [ 1./Kondensatableiter mit einem niederdruckseitig angeordneten Verschlußteil, das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und von einer im Hochdruckraum des Kondensatabi eiters angeordneten, aus Bimetall-Schnappelementen bestehenden Steuereinheit über einen Schaft betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bimetall-Schnappelemente (4, 5, 6) mit ihrem einen Ende an ortsfesten (11; 16, 17) und mit ihrem anderen Ende an am Schaft (8) angebrachten Widerlagern (12; 20, 21) direkt oder über Stege (18, 19) abstützen, wobei die dem Schaft (8) zuzuordnenden Enden der Bimetall-Schnappelemente (4, 5, 6) sich bei Temperaturerhöhung in •4Schließrichtung bewegen und die Widerlager (11, 12; 16, 17, 20s 21) so angeordnet sind, daß das Verschlußteil (7) innerhalb des Schnapphubes der einzelnen Bimetall-Schnappelemente (4, 5, 6) an dem Ventilsitz (10) zu Anlage kommt.
  2. 2. Kondensatableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maxima und Minima der Federkraft! sothermen der einzelnen Bimetall-Schnappe!emente (4, 5, 6) in Bezug auf die Schließstellung des Verschlußteiles (7) bei gleichen Hüben (A, B) liegen.
  3. 3. Kondensatableiter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Maxima der Federkraftisothermen der Schließstellung des Verschlußteiles (7) entspricht.
  4. 4. Kondensatableiter nach Anspruch 1 und 2, d a durch gekennzeichnet, daß die Maxima (B) der Federkraftisothermen jenseits der Schließstellung des Verschlußteiles (7) liegen.
    COPY
    tbiKH KOnaenba tool euer . -iu-r<--
    nbH & Co. KG
  5. 5. Kondensatableiter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetal1-Schnappelemente (4, 5, 6) zueinander unterschiedliche Schnapptemperaturen aufweisen.
  6. 6. Kondensatableiter nach Anspruch 5, dadurch
    gekennzei chnet , daß die verschiedenen Bimetall-Schnappelemente (4, 5, 6) aus Bimetallen unterschiedlicher spezifisch-thermischer Ausbiegung bestehen.
  7. 7. Kondensatableiter nach einem ..oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl mehrere ortsfeste Widerlager (16, 17) als auch mehrere am Schaft (8) vorgesehene Widerlager (20, 21) den Bimetall-Schnappelementen (4, 5) zugeordnet sind und die Widerlager (20, 21) stellbar ausgebildet sind.
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