1. Funktion und Betrieb von Kondensatableitern

    

   1. Funktionsprinzip von Kondensatableitern

1. 1. In diesem Abschnitt werden Konstruktion und Funktionsprinzip der verschiedenen Typen von Kondensatableitern beschrieben.

       

      1. Glockenkondensatableiter

          

         

          

         Abbildung 2.1: Glockenkondensatableiter

         
         
         

         Abbildung 2.2: Betrieb von Glockenkondensatableitern

          

         1. 1) Zu Beginn des Dampfablasses werden Kondensat und Luft mit niedriger Temperatur in den Kondensatableiter geleitet. Zu dieser Zeit befindet sich die Glocke am Boden des Kondensatableiters, das Ventil ist vollständig geöffnet. Das Kondensat wird ungehindert über das Ventil und die Luft über den Entlüfter abgelassen.

         2.  

         3. 2) Nach Erwärmen der Leitung wird die Temperatur des abgelassenen Kondensats schrittweise erhöht.

         4. 3) Nach Ablassen des Kondensats wird Dampf in den Kondensatableiter geleitet, der den Raum der Glocke ausfüllt. Die Glocke erhält Auftrieb.

         5.  

         6. 4) Mit entsprechendem Auftrieb wird die Glocke angehoben und schließt so das Ventil.

             

            Das Kondensat fließt zurück in den Ableiter. Der Dampf in der Glocke wird über den Entlüfter abgeblasen, die Glocke füllt sich mit Kondensat. Der Auftrieb der Glocke verringert sich, die Glocke sinkt und das Ventil wird wieder geöffnet. Der Vorgang des Öffnens und Schließens des Ventils wiederholt sich.

      2. Kugelschwimmer-Kondensatableiter (mit Hebelschalter)

          

         

         Abbildung 2.3: Kugelschwimmer-Kondensatableiter (Ausgleichsventilsystem mit Doppelbohrung)

          

         

          

         Abbildung 2.4: Funktionsprinzip von Kugelschwimmer-Kondensatableitern

          

         1. (1) Zu Beginn des Dampfablasses wird Luft ungehindert durch den vollständig geöffneten thermostatischen Entlüfter an der Oberseite des Ableiters abgeblasen. Gleichzeitig füllt sich der Ableiter nach und nach mit kaltem Kondensat, die Kugel wird angehoben.

         2.  

         3. (2) Durch den Auftrieb öffnet die Kugel über einen Hebel das Ventil an der Unterseite des Ableiters, sodass das Kondensat abgeleitet werden kann.

         4. Mit Ansteigen der Kondensattemperatur wird die Luft vollständig abgeblasen. Anschließend schließt sich der Entlüfter. Kondensat mit hoher Temperatur wird nur durch das Ventil an der Unterseite des Ableiters abgeleitet. Danach werden Kondensat und Dampf mit hoher Temperatur in den Ableiter geleitet.

         5.  

         6. (3) Mit abnehmender Kondensatmenge sinkt die Kugel. Kondensat wird kontinuierlich durch die angepasste Ventilöffnung abgelassen.

      3. Kugelschwimmer-Kondensatableiter (ohne Hebelschalter)

          

         

          

         Abbildung 2.5: Kugelschwimmer-Kondensatableiter (ohne Hebelschalter)

          

         In Abbildung 2.5 wird ein Kugelschwimmer-Kondensatableiter ohne Hebelschalter dargestellt. Im Unterschied zur Ausführung mit Hebelschalter übernimmt die Kugel hier direkt die Öffnen-/Schließfunktion des Ventils. Das Funktionsprinzip entspricht jedoch der Ausführung mit Hebelschalter.

      4. Thermostatische Kondensatableiter

          

         1. Temperaturkontrollableiter

             

            

             

            Abbildung 2.6: Temperaturkontrollableiter

             

            

             

            Abbildung 2.7: Funktionsprinzip von Temperaturkontrollableitern

             

            1. (1) Zu Beginn des Dampfablasses sind die Bimetallscheiben allesamt flach. Der Ventilhalter wird durch eine Feder nach oben gedrückt. Das Ventil ist dadurch vollständig geöffnet. Kondensat und Luft mit geringer Temperatur werden ungehindert aus der Dampfleitung abgeleitet.

            2.  

            3. (2) Mit Ansteigen der Kondensattemperatur wölben sich die Bimetallscheiben und drücken den Ventilhalter gegen die Federspannung nach unten. Dadurch wird das Ventil allmählich geschlossen. Wenn die Kondensattemperatur steigt und sich der Einstelltemperatur nähert, wölben sich die Bimetallscheiben weiter, das Ventil ist nur noch leicht geöffnet.

            4.  

            5. (3) Wenn das Kondensat die Einstelltemperatur erreicht, wird das Ventil vollständig geschlossen.

                

               Nun wird Zustand (2) beibehalten oder die Schritte (2) und (3) werden wiederholt.

            6.  

         2. Kondensatableiter mit Membrankapsel

             

            

             

            *Das Thermoelement von Miyawaki des Kondensatableiters mit Membrankapsel heißt Diathermo.

             

            Abbildung 2.8: Kondensatableiter mit Membrankapsel

             

            

             

            Abbildung 2.9: Thermosensorelement (Diathermo)

             

            Wie in Abbildung 2.9 dargestellt, handelt es sich bei dem Thermosensorelement um eine Metallkapsel, die mit einer Mischung aus Wasser und Alkohol gefüllt ist, deren Sättigungstemperatur knapp unter der von Wasser liegt. Bei niedrigen Temperaturen liegt diese Flüssigkeitsmischung in flüssigem Aggregatzustand vor (a). Unter hohen Temperaturen verdampft die Mischung und dehnt sich aus. Dabei wird die Membran nach unten gegen das Ventil gedrückt (b). Bei niedrigen Temperaturen kondensiert die Mischung erneut, sodass sich wieder Zustand (a) einstellt. Das Ventil wird bei Ausdehnung der Mischung geschlossen, bei Zusammenziehen geöffnet.

            Der Unterschied in der Sättigungstemperatur von Wasser und der Flüssigkeitsmischung bleibt auch bei Druckänderungen nahezu konstant. Daher öffnet sich das Ventil unabhängig vom Druck bei einer Temperatur, die unter der Sättigungstemperatur des Dampfs liegt.

             

            

             

            Abbildung 2.10: Funktionsprinzip von Kondensatableitern mit Membrankapsel

             

            1. (1) Zu Beginn des Dampfablasses ist das Ventil vollständig geöffnet. Kaltes Kondensat und Luft werden ungehindert abgeleitet.

            2.  

            3. (2) Wenn die Temperatur des Kondensats steigt, dehnt sich die Membran der Kapsel aus, sodass das Ventil geschlossen wird.

            4.  

            5. (3) Mit weiterem Anstieg der Kondensattemperatur und der weiteren Ausdehnung der Membran ist das Ventil nun geschlossen.

            6.  

            7. (4) Durch Wärmeabgabe kühlt sich das Kondensat ab und der Druck im Thermoelement verringert sich. Wenn der Druck unter den Umgebungsdruck sinkt, öffnet sich das Ventil wieder.

          

         Während des normalen Betriebs werden die Schritte (3) und (4) kontinuierlich wiederholt.

      5. Thermodynamische Kondensatableiter

          

         

          

         Abbildung 2.11: thermodynamische Kondensatableiter mit Scheibe

          

         

          

         Abbildung 2.12: Funktionsprinzip von thermodynamischen Kondensatableitern mit Scheibe

          

         1. (1) Zu Beginn des Dampfablasses wird die Scheibe durch den Druck auf der Primärseite nach oben gedrückt. Kaltes Kondensat und Luft werden ungehindert abgeleitet.

         2.  

         3. (2) Fließt nun heißes Kondensat in den Ableiter, bildet sich Dampf.

         4. (3) Heißes Kondensat fließt zwischen Scheibe und Scheibensitz, dadurch bilden sich in der Druckkammer Entspannungsdampf und ein wenig Kondensat. Dadurch steigt der Druck in der Kammer, sodass sich auch der Druck auf der Oberseite der Scheibe erhöht. Außerdem sinkt der Druck an der Unterseite der Scheibe, da Dampf mit hoher Geschwindigkeit vorbeigeleitet wird, sodass sich das Ventil schließt.

         5.  

         6. (4) Wenn das Kondensat erneut in den Ableiter fließt, bleibt das Ventil geschlossen, bis der Dampf in der Druckkammer durch Wärmeabgabe kondensiert und der Druck sinkt. Der Druck auf der unteren Seite der Scheibe übersteigt den Druck auf der Oberseite der Scheibe, sodass sich das Ventil öffnet.

 

Der Vorgang des Öffnens und Schließens des Ventils wird kontinuierlich wiederholt.

 

 

Für die Drücke, über die das Öffnen und Schließen gesteuert wird, gilt Folgendes:

 

 

Der Druck auf der Primärseite, der Druck in der Druckkammer und der Druck auf der Sekundärseite des thermodynamischen Kondensatableiters mit Scheibe ist mit P1, P2 und P3 bezeichnet, die Flächen, über die Druck auf die Scheibe wirkt, mit A1, A2 und A3.

 

 

Abbildung 2.13: Drücke beim Vorgang des Öffnens und Schließens

 

 

Wie aus Abbildung 2.13 hervorgeht, wird die Kraft zum Öffnen des Ventils durch den Druck auf der Primär- und Sekundärseite hervorgerufen. Die Größe der Kraft berechnet sich durch P1 × A1 bzw. P3 × A3. Der Druck in der Druckkammer hingegen bildet die Kraft zum Schließen des Ventils und lässt sich über P2 × A2 berechnen.

 

 

Das Ventil wird geöffnet bzw. geschlossen, wenn Kräfte gemäß den folgenden Formeln auf die Scheibe wirken.

 

 

Öffnen des Ventils: P1 × A1＋ P3 × A3 ＞ P2 × A2
Schließen des Ventils: P1 × A1＋ P3 × A3 ＜ P2 × A2

 

 

Wie bereits bei der Erläuterung des Funktionsprinzips ausgeführt, tritt das Kräfteverhältnis beim Öffnungsvorgang des Ventils zu Beginn des Dampfablasses ein, wenn kein Druck in der Druckkammer aufgebaut ist oder Druck in der Druckkammer aufgrund von Dampfkondensierung sinkt. Das oben beschriebene Kräfteverhältnis beim Schließvorgang des Ventils tritt ein, wenn der Druck auf der Unterseite der Scheibe aufgrund des Durchflusses von Dampf mit hoher Geschwindigkeit sinkt und der Druck in der Druckkammer die Kraft der Drücke auf Primär- und Sekundärseite übersteigt.