Ventileinrichtung mit einem mit Hilfskraft steuerbaren Regelventil <B>für</B> Hochdruckdampfanlagen Die Erfindung betrifft eine mit einem mit Hilfs- kraft steuerbaren Regelventil für Hochdruckdampf anlagen versehene Ventileinrichtung.
Es kann sich beim Regelventil um ein hydraulisch oder pneuma tisch betätigtes Reduzierventil oder überströmventil oder um ein Hochdruckdampfventil zur Temperatur- regelung in Verbindung mit Heissdampfkühlern und dergl. handeln. Es ist bekannt, einem solchen Regel ventil ein Vorabsperrventil vorzuschalten, um eine sichere Abdichtung zwischen Hochdruck- und Nie derdrucknetz zu gewährleisten.
Bei bekannten An ordnungen dieser Art ist das Vorabsperrventil als gesonderte Ventileinheit ausgebildet, die in gleicher Weise wie das Regelventil von der vorhandenen Hilfskraft betätigt wird. Die Anwendung eines sol chen Vorabsperrventils verteuert die Kosten der Anlage erheblich, erfordert zusätzlichen Raum und belastet die Hilfskraftquelle mit vergrössertem Lei stungsbedarf.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäss da durch beseitigt, dass das Vorabsperrventil mit einem vom Dampfdruck betätigten Kolben verbunden und gemeinsam mit diesem in das Gehäuse des Regel ventils auf dessen Einlassseite eingebaut ist und dass der auf den Kolben des Vorabsperrventils wirkende Dampfdruck durch ein mit Hilfskraft betätigtes Hilfs- ventil steuerbar ist.
Durch den Einbau eines vom Dampfdruck betätigten Vorsteuerventils in das Ge häuse des Regelventils entsteht eine raumsparende Baueinheit, die in verschiedener Weise angewandt werden kann. Das eingebaute Vorabsperrventil kann so ausgebildet und geschaltet werden, dass es zugleich mit dem Regelventil geöffnet und geschlossen wird.
Es kann aber auch als vorgeschaltetes Sicherheits- ventil angewandt und beim überschreiten eines vor gegebenen Dampfdruckes im Niederdrucknetz bei geöffnetem Regelventil geschlossen werden. Es sind auch noch weitere Anwendungsmöglichkeiten einer solchen Baueinheit denkbar.
Zweckmässigerweise wird der Einbau des Vor- absperrventils in der Weise vorgenommen, dass der Dampfeinlassstutzen des Regelventils zwischen dem Ventilverschlusskörper des Vorabsperrventils und dessen Kolben angeordnet ist und dass sich an die Rückseite des Kolbens ein mit einer Auslassöffnung versehener Druckraum anschliesst,
der mit der Dampfzuleitung in Verbindung steht und in dem ein Schliessdruck entsteht.
In Fig. 1 und 2 sind Ausführungsbeispiele eines Regelventils mit Vorabsperrventil nach der Erfindung dargestellt, während die Fig. 3 und 4 schematisch die Ventileinrichtung nach der Erfindung zeigen.
Im Gehäuse 1 eines Hochdruckdampf-Regelven- tils ist ein entlasteter Ventilschlusskörper 2 mittels eines Ventilschaftes 3 geführt. Mit 4 ist eine Ventil- schliessfeder bezeichnet, die gegen den Kolben eines hydraulischen Stellmotors 5 abgestützt ist.
Auf der Einlassseite weist das Ventilgehäuse ei nen Zylinderansatz 6 auf, in dem ein mit einem Ven tilkegel 7 starr verbundener Kolben 8 geführt ist. Der Ventilkegel 7 ist mit einem zylindrischen Führungs ansatz 9 versehen, der axiale Durchlassöffnungen 10 besitzt.
Ein in das Ventilgehäuse 1 eingesetzter Ven- tilsitzring 11 arbeitet mit dem Ventilkegel 7 im Sinne eines Vorabsperrventils zusammen. Zwischen dem Kolben 8 und dem Führungsansatz 9 des Ventilke- gels 7 ist der Einlassstutzen 12 des Regelventils ange ordnet.
Im Kolben 8 ist eine axiale, mit einer Drossel 13' ausgestattete Bohrung 13 vorgesehen, die in einen auf der Rückseite des Kolbens 8 angeordneten Druckraum 14 mündet. Im Druckraum 14 ist eine Feder 15 untergebracht, die das Vorabsperrventil 7/11 in Schliessstellung zu bringen trachtet. Der Druckraum 14 ist durch einen Auslassstutzen 16 an eine Steuerleitung angeschlossen. Bei geschlossenem Regelventil wirkt der Druck des durch den Einlass stutzen 12 eintretenden Hochdruckdampfes auf die einander zugekehrten Flächen des.
Kolbens 8 und des Führungsansatzes 9. Der Dampfdruck wirkt auch da er durch die Durchlassöffnung 10 übertragen wird - auf eine den Ventilkegel 7 umgebende Ringfläche 17 auf der Vorderseite des Führungsansatzes 9 und bei geschlossenem Auslassstutzen 16 infolge der axialen Bohrung 13 auch auf der ganzen rückseitigen Kolbenfläche 18.
Da die Kolbenfläche 18 grösser ist als die Ringfläche 17, wird eine durch die Feder 15 unterstützte Schliesskraft durch den Hochdruck dampf erzeugt. Sobald jedoch der Auslassstutzen 16 geöffnet wird, der Dampf also aus dem Druckraum 14 entweichen kann, wird das Vorabsperrventil 7/11 gegen die Wirkung der Feder 15 geöffnet, da auf die Ringfläche 17 noch der volle Dampfdruck wirkt.
Dieses Öffnen erfolgt sehr plötzlich, im Bruchteil einer Sekunde, da zu Beginn der Öffnungsbewegung auch noch die Fläche des Ventilkegels 7 dem Dampf druck ausgesetzt wird, so dass sich die Öffnungskraft sprunghaft vergrössert. Wird der Auslassstutzen 16 wieder geschlossen, so- dass sich im Druckraum 14 der Dampfdruck wieder aufbauen kann,
dann sind alle Flächen des Kolbens 8 und des Ventilkegels 7 dem Dampfdruck ausgesetzt. In diesem Gleichge- wichtszustand wirkt die Feder 15 im schliessenden Sinne, so dass der Ventilkegel 7 auf dem Ventilsitz ring 11 zur Auflage kommt.
Da in diesem Zustand jedoch die Fläche des Ventilkegels 7 dem Dampf druck entzogen und nur von dem schwächeren Ge gendruck, der sich im Ventilgehäuse 1 einstellt, be- aufschlagt ist, vergrössert sich im Schliesszustand des Vorabsperrventils 7/11 die Schliesskraft um den vom Hochdruckdampf ausgeübten Anteil.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei spiel ist in dem Zylinderansatz 6 des Ventilgehäuses 1 ein Stufenkolben 19 geführt, der an seiner Vorder seite den Ventilkegel 20 trägt. Der von der kleineren Kolbenfläche 19' liegende, den Ventilkegel 20 um gebende Ringraum ist durch eine Kolbenbohrung 21, die eine Drossel 21' besitzt, mit dem Druckraum 14 verbunden, der sich an die grössere Kolbenfläche 19" anschliesst. Der vor der Kolbenstufe liegende Ring raum 22 ist durch eine ins Freie führende Leck dampfleitung 23 drucklos gehalten.
Bei geschlosse nem Auslassstutzen 16 wird durch den auf die grös- sere Kolbenfläche 19" wirkenden Druck des Hoch druckdampfes eine Schliesskraft erzeugt, während beim Öffnen des Auslassstutzens 16 durch den Dampfdruck auf die kleinere Kolbenfläche 19' und auf die Fläche des Ventilkegels 20 eine Öffnungskraft wirksam wird. Durch die Anwendung des Stufen kolbens 19 kann auf die Feder 15 des ersten Aus führungsbeispiels verzichtet werden.
Man kann natürlich die Leckdampfleiiung 23 zusätzlich mit als Steuerleitung ausnutzen, indem man durch ein Umschaltventil wechselweise den Auslass stutzen 16 oder die Leckdampfleitung abschliesst oder mit einem Auslass verbindet. Bei geöffnetem Auslassstutzen 16 und geschlossener Leckdampf- leitung 23 wirkt dann der Leckdampfdruck vor der Kolbenstufe im Ringraum 22 zusätzlich im Sinne einer Öffnungskraft.
Bei geschlossenem Auslassstut- zen 16 ist die Leckdampfleitung 23 durch das Um schaltventil geöffnet und der Ringraum 22 druck entlastet. Dabei kann der Auslassstutzen 16 auch so angeordnet werden, dass er von dem Stufenkolben 9 selbst bei Offenstellung abgeschlossen wird.
In Fig. 3 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung, bei welcher das in Fig. 1 oder Fig. 2 dargestellte Vorabsperrventil für das Regel ventil Anwendung findet.
Durch eine an die Hoch druckdampfleitung 24 angeschlossene Messdrucldei- tung 25 wird der Messdruck auf ein als Kraftschalter wirkendes Bourdonrohr 26 übertragen, durch das der Auslass 27 einer hydraulischen Steuerdrucklei- tung 28 bei ansteigendem Messdruck gedrosselt wird. Die Steuerdruckleitung 28 ist an den Stellmotor 5 des Regelventils angeschlossen.
Bei einer Erhöhung des Steuerdruckes wird der Ventilverschlusskörper 2 von seinem Ventilsitz abgehoben und der Dampf- auslass 29 des Regelventils freigegeben.
Durch das Vorabsperrventil 7/11, auf dessen Kolben 8 vom Hochdruckdampf bei abgeschlossenem Druckraum 14 in beschriebener Weise eine Schliess- kraft ausgeübt wird, ist der Dampfeinlass zum Regel ventil abgesperrt. Der Auslassstutzen 16 des Druck raumes 14 ist an eine Auslassleitung 30 angeschlos sen, die durch ein Hilfsventil 31 beherrscht ist. An die Steuerdruckleitung 28 ist eine Messdruckleitung 32 angeschlossen, durch die der Steuerdruck auf ein Bourdonrohr 33 übertragen wird.
Bei steigendem Steuerdruck öffnet das Bourdonrohr 33 den Auslass 34 einer Hilfssteuerleitung 35, die an einen Stell motor 36 des Hilfsventils 31 angeschlossen ist.
Sobald der Steuerdruck in der Leitung 28 steigt, also das Regelventil geöffnet wird, erfolgt durch die Hilfssteuerung 32-36 ein Öffnen des Hilfsventils 31, so dass der Druckraum 14 drucklos wird. Dadurch wird in schon beschriebener Weise das Vorabsperr- ventil 7/11 plötzlich geöffnet, so dass der Hoch- druckdampf in das Regelventil gelangen und zur Niederdruckseite durch den Auslass 29 abströmen kann.
Wird bei einer solchen überströmregelung das Vorabsperrventil mit einem Stufenkolben 19 nach Fig. 2 verbunden, so kann man anstelle des Hilfs ventils 31 auch ein Umschaltventil verwenden, das wechselweise den Auslass des Druckraumes 14 oder die Leckdampfleitung 23 (Fig. 2) abschliesst und öffnet. Durch die Hilfssteuerung 32-36 wird dafür gesorgt, dass das Vorabsperrventil 7/11 immer gleich zeitig mit dem Regelventil geöffnet und geschlossen wird.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ventileinrichtung wird das Vorabsperrventil 7/11, das den Hochdruck dampf-Eintritt zum Regelventil beherrscht, als Sicher heitsventil benutzt. Der Auslassstutzen 16 des Druck raumes 14 ist an eine Leitung 37 angeschlossen, von der eine mit einer Drossel 38 versehene Auslasslei- tung 39 abgezweigt ist. Die Leitung 37 steht über ein Hilfsventil 40 mit einem an die Hochdruckdampf leitung 24 angeschlossenen Leitungszweig 41 in Ver bindung.
Dieses Hilfsventil 40 ist durch eine Mess- druckleitung 42 mit der Dampfleitung auf der Niederdruckseite verbunden und wird geöffnet, sobald auf der Niederdruckseite ein zu grosser Dampfdruck entsteht. Bei geschlossenem Hilfsventil 40 ist der Druckraum 14 über die Drosselstelle 38 ständig mit der Auslassleitung 39 in Verbindung, so dass das Vorabsperrventil 7/11 durch den Druck des Hochdruckdampfes in schon beschriebener Weise offengehalten wird.
Sobald jedoch bei Überdruck in der Messdruckleitung 42 das Hilfsventil 40 geöffnet wird, strömt mehr Hochdruckdampf über den Lei tungszweig 41 in die Druckkammer 14 ungedrosselt ein, als über die Drosselstelle 38 abströmen kann, so dass in der Druckkammer 14 ein Schliessdruck entsteht, der das Vorabsperrventil 7/11 zum plötz lichen Schliessen veranlasst. Das erfolgt hier bei geöffnetem Regelventil.
In allen Fällen schliesst und öffnet das Vorab sperrventil plötzlich in Sekundenbruchteilen, da durch Verwendung des hohen Dampfdruckes grosse Schliess- und Öffnungskräfte zur Verfügung stehen.
Valve device with a servo-controllable control valve for high-pressure steam systems The invention relates to a valve device provided with a control valve for high-pressure steam systems that can be controlled with servo.
The control valve can be a hydraulically or pneumatically operated reducing valve or overflow valve or a high pressure steam valve for temperature control in connection with superheated steam coolers and the like. It is known to connect a shut-off valve upstream of such a control valve in order to ensure a secure seal between the high pressure and Nie derdrucknetz.
In known orders of this type, the shut-off valve is designed as a separate valve unit which is operated in the same way as the control valve by the auxiliary power available. The use of such a shut-off valve increases the cost of the system considerably, requires additional space and burdens the auxiliary power source with increased power requirements.
According to the invention, these disadvantages are eliminated by the fact that the pilot shut-off valve is connected to a piston actuated by the steam pressure and is installed together with this in the housing of the control valve on its inlet side and that the steam pressure acting on the piston of the pilot shut-off valve is actuated by an auxiliary valve is controllable.
By installing a pilot valve actuated by steam pressure in the housing of the control valve, a space-saving structural unit is created that can be used in various ways. The built-in shut-off valve can be designed and switched in such a way that it is opened and closed at the same time as the control valve.
However, it can also be used as an upstream safety valve and closed when a given vapor pressure in the low-pressure network is exceeded when the control valve is open. There are also other possible applications of such a unit conceivable.
The pilot shut-off valve is expediently installed in such a way that the steam inlet connection of the control valve is arranged between the valve closure body of the pilot shut-off valve and its piston and that a pressure chamber with an outlet opening is attached to the rear of the piston,
which is connected to the steam supply line and in which a closing pressure is created.
In Fig. 1 and 2 embodiments of a control valve with a shut-off valve according to the invention are shown, while FIGS. 3 and 4 show schematically the valve device according to the invention.
In the housing 1 of a high-pressure steam regulating valve, a relieved valve closing body 2 is guided by means of a valve stem 3. A valve closing spring, which is supported against the piston of a hydraulic servomotor 5, is denoted by 4.
On the inlet side, the valve housing has a cylinder extension 6 in which a piston 8 rigidly connected to a valve cone 7 is guided. The valve cone 7 is provided with a cylindrical guide attachment 9 which has axial passage openings 10.
A valve seat ring 11 inserted into the valve housing 1 works together with the valve cone 7 in the sense of a pilot shut-off valve. The inlet connector 12 of the control valve is arranged between the piston 8 and the guide extension 9 of the valve cone 7.
In the piston 8 there is provided an axial bore 13 equipped with a throttle 13 ′, which opens into a pressure chamber 14 arranged on the rear side of the piston 8. In the pressure chamber 14, a spring 15 is housed, which seeks to bring the pilot shut-off valve 7/11 into the closed position. The pressure chamber 14 is connected to a control line by an outlet connection 16. When the control valve is closed, the pressure of the high pressure steam entering through the inlet 12 acts on the surfaces of the facing each other.
Piston 8 and the guide attachment 9. The vapor pressure also acts because it is transmitted through the passage opening 10 - on an annular surface 17 surrounding the valve cone 7 on the front side of the guide attachment 9 and, when the outlet connection 16 is closed, due to the axial bore 13, also on the entire rear piston surface 18th
Since the piston surface 18 is larger than the annular surface 17, a closing force supported by the spring 15 is generated by the high pressure steam. However, as soon as the outlet connection 16 is opened, ie the steam can escape from the pressure chamber 14, the pilot shut-off valve 7/11 is opened against the action of the spring 15, since the full steam pressure is still acting on the annular surface 17.
This opening takes place very suddenly, in a fraction of a second, since at the beginning of the opening movement the surface of the valve cone 7 is also exposed to the steam pressure, so that the opening force increases by leaps and bounds. If the outlet connection 16 is closed again so that the steam pressure can build up again in the pressure chamber 14,
then all surfaces of the piston 8 and the valve cone 7 are exposed to the steam pressure. In this state of equilibrium, the spring 15 acts in the closing sense, so that the valve cone 7 comes to rest on the valve seat ring 11.
Since in this state, however, the surface of the valve cone 7 is withdrawn from the steam pressure and is only acted upon by the weaker counterpressure that occurs in the valve housing 1, the closing force increases by that exerted by the high-pressure steam when the shut-off valve 7/11 is closed Proportion of.
In the game Ausführungsbei shown in Fig. 2, a stepped piston 19 is guided in the cylinder attachment 6 of the valve housing 1, which carries the valve cone 20 on its front side. The annular space lying on the smaller piston surface 19 'and surrounding the valve cone 20 is connected by a piston bore 21, which has a throttle 21', to the pressure space 14 which adjoins the larger piston surface 19 ". The ring in front of the piston stage Space 22 is kept pressureless by a leakage steam line 23 leading into the open.
When the outlet port 16 is closed, the pressure of the high-pressure steam acting on the larger piston surface 19 "generates a closing force, while when the outlet port 16 is opened, the steam pressure acts on the smaller piston surface 19 'and the surface of the valve cone 20 By using the stepped piston 19, the spring 15 of the first exemplary embodiment can be dispensed with.
Of course, the leakage steam line 23 can also be used as a control line by alternately connecting the outlet 16 or closing the leakage steam line or connecting it to an outlet through a switching valve. When the outlet connection 16 is open and the leakage steam line 23 is closed, the leakage steam pressure in front of the piston step in the annular space 22 also acts in the sense of an opening force.
When the outlet connection 16 is closed, the leakage steam line 23 is opened by the switching valve and the pressure in the annular space 22 is relieved. The outlet connection 16 can also be arranged in such a way that it is closed off by the stepped piston 9 even in the open position.
In Fig. 3 is an embodiment of the valve device, in which the valve shown in Fig. 1 or Fig. 2 for the control valve is used.
Through a measuring pressure line 25 connected to the high-pressure steam line 24, the measuring pressure is transmitted to a Bourdon tube 26 acting as a power switch, through which the outlet 27 of a hydraulic control pressure line 28 is throttled when the measuring pressure rises. The control pressure line 28 is connected to the servomotor 5 of the control valve.
When the control pressure increases, the valve closure body 2 is lifted from its valve seat and the steam outlet 29 of the control valve is released.
The steam inlet to the control valve is shut off by the pre-shut-off valve 7/11, on the piston 8 of which the high-pressure steam exerts a closing force in the manner described when the pressure chamber 14 is closed. The outlet connection 16 of the pressure chamber 14 is connected to an outlet line 30 which is controlled by an auxiliary valve 31. A measuring pressure line 32 through which the control pressure is transmitted to a Bourdon tube 33 is connected to the control pressure line 28.
When the control pressure rises, the Bourdon tube 33 opens the outlet 34 of an auxiliary control line 35, which is connected to a servomotor 36 of the auxiliary valve 31.
As soon as the control pressure in the line 28 rises, that is to say the control valve is opened, the auxiliary control 32-36 opens the auxiliary valve 31 so that the pressure chamber 14 is depressurized. As a result, the pre-shutoff valve 7/11 is suddenly opened in the manner already described, so that the high-pressure steam can reach the control valve and flow out to the low-pressure side through the outlet 29.
If, in such an overflow control, the shut-off valve is connected to a stepped piston 19 according to FIG. 2, instead of the auxiliary valve 31, a switching valve can also be used, which alternately closes and opens the outlet of the pressure chamber 14 or the leakage steam line 23 (FIG. 2). The auxiliary control 32-36 ensures that the pre-shut-off valve 7/11 is always opened and closed at the same time as the control valve.
In the valve device shown in Fig. 4, the shut-off valve 7/11, which dominates the high pressure steam entry to the control valve, is used as a safety valve. The outlet port 16 of the pressure chamber 14 is connected to a line 37 from which an outlet line 39 provided with a throttle 38 is branched off. The line 37 is connected via an auxiliary valve 40 to a line branch 41 connected to the high pressure steam line 24.
This auxiliary valve 40 is connected to the steam line on the low-pressure side by a measuring pressure line 42 and is opened as soon as too high a steam pressure arises on the low-pressure side. When the auxiliary valve 40 is closed, the pressure chamber 14 is constantly connected to the outlet line 39 via the throttle point 38, so that the pilot shut-off valve 7/11 is kept open by the pressure of the high-pressure steam in the manner already described.
However, as soon as the auxiliary valve 40 is opened at overpressure in the measuring pressure line 42, more high-pressure steam flows unthrottled into the pressure chamber 14 via the branch 41 than can flow out via the throttle point 38, so that a closing pressure is created in the pressure chamber 14, which the pilot valve 7/11 caused it to close suddenly. This takes place here with the control valve open.
In all cases, the preliminary shut-off valve suddenly closes and opens in fractions of a second, as the high steam pressure makes great closing and opening forces available.