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Die Erfindung betrifft ein Regelventil zur Regelung eines Volumenstroms nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Dampfturbine nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 7.
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Zur Regelung von Volumenströmen innerhalb von Rohrleitungen werden die verschiedensten Arten von Regelventilen eingesetzt. Sehr häufig werden dabei rotatorisch regelbare Ventile eingesetzt, bei denen es sich bei der Betätigungsachse des Ventils um eine Drehachse handelt. Die rotatorischen Regelventile können als Zylinderventil oder als einfache Regelklappe ausgebildet sein. Rotatorisch regelbare Ventile haben den Vorteil, dass sie sehr einfach vom Aufbau sind. Die Ansteuerung der Rotationsachse und damit der Antrieb des Ventils erfolgt vorzugsweise über Servomotoren. Diese sind in der Lage das Ventil in kleinen Schritten zu bewegen und so eine gute Regelgenauigkeit zu gewährleisten. Beim Einsatz dieser Servomotoren in einer thermisch belasteten Umgebung, beispielsweise im Einströmbereich von Dampfturbinen kann es jedoch aufgrund der starken thermischen Belastung zu einem Ausfall der Servomotoren kommen. Beim Ausfall der Servomotoren verharren die Servomotoren in ihrer aktuellen Position, so dass ein selbstständiges Schließen nicht mehr möglich ist. Aus diesem Grund sind insbesondere bei Regelventilen an Dampfturbinen zusätzliche Sicherheitseinrichtungen vorzusehen. Die zuvor beschriebenen Regelventile und ihr Einsatz bei Turbinen sind beispielsweise aus der
EP 2000632 A1 bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Regelventil zur Regelung eines Volumenstroms innerhalb einer Rohrleitung bereitzustellen, welches beim Ausfall des Stellmotors des Regelventils selbstständig in eine vorbestimmte Position fährt.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Regelventil zur Regelung eines Volumenstroms innerhalb einer Rohrleitung, wobei das Regelventil um eine Rotationsachse drehbar in der Rohrleitung angeordnet ist und entsprechend seiner Drehstellung ein von dieser Drehstellung abhängigen Strömungsquerschnitt innerhalb der Rohrleitung freigibt, zeichnet sich dadurch aus, dass die Rotationsachse des Regelventils zwischen zwei Enden eines Drehbalkens angeordnet ist und wobei der Drehbalken im Bereich des ersten Endes mit einem Linearantrieb gekoppelt ist und wobei der Drehbalken im Bereich des zweiten Endes mit einem Rückstellelement gekoppelt ist, welches bei einem Ausfall des Linearantriebs, das Regelventil in eine vorbestimmte Position, insbesondere eine Schließposition, bewegt.
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Das selbstständige Schließen des Regelventils beim Ausfall der Antriebsenergie bzw. des Linearantriebs wird dadurch erreicht, dass zum Bewegen des Ventils ein Drehbalken verwendet wird, dass an einem Ende des Drehbalkens ein Linearantrieb zum Bewegen des Ventils vorgesehen ist und das am anderen Ende ein Rückstellelement angeordnet ist, welches beim Ausfall des Linearantriebs das Regelventil in eine vorbestimmte Position bewegt. Um die Rückstellung des Ventils zu gewährleisten ist die Verwendung eines Linearantriebs anstelle der bisher verwendeten Servomotoren notwendig.
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Das erfindungsgemäße Regelventil hat einen sehr einfachen Aufbau, und gewährleistet trotzdem, dass beim Ausfall des Antriebs des Regelventils das Regelventil in eine vorbestimmte Position, insbesondere eine Schließposition, bewegt wird. Durch die Verwendung eines solchen selbstschließenden Ventils kann unter Umständen auf zusätzliche Sicherheitsvorrichtungen verzichtet werden. Das Regelventil eignen sich insbesondere zur Regelung von Dampfvolumenströmen im Bereich des Einströmgehäuses von Dampfturbinen, da hier hohe thermische Belastungen auftreten, die bei der Verwendung von Servomotoren häufig zu deren Ausfall führen. Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Regelventils wird die Betriebssicherheit der Dampfturbinen deutlich erhöht.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Linearantrieb ein elektrisch angetriebener Linearmotor oder ein Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder ist. Diese Arten von Linearantrieben sind besonders einfach vom Aufbau und zudem preiswert. Sie erfüllen darüber hinaus die Aufgabe einer hinreichend genauen Steuerung des Drehbalkens.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Rückstellelement eine Druck- oder Zugfeder aufweist. Die Rückstellung mittels Druck- bzw. Zugfeder stellt eine einfache und sehr robuste Ausführungsform eines Rückstellelementes dar.
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Weiterhin bevorzugt ist das Regelventil ein Zylinderventil oder eine Regelklappe. Beide Ausführungen sind wiederum einfach im Aufbau und sehr robust.
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Erfindungsgemäß bevorzugt ist das Regelventil in einem Winkel zwischen 0° und 90° um die Rotationsachse drehbar. Durch eine Drehverstellung im Bereich von 0° bis 90° lässt sich eine hohe Regelgenauigkeit erzielen und der Durchströmquerschnitt kann zwischen 0 und dem vollen Durchströmungsquerschnitt variiert werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Regelventil ein Dampfventil zur Steuerung oder Regelung des Dampfvolumenstroms im Einströmgehäuse einer Dampfturbine ist. Wie bereits weiter oben beschrieben weisen Dampfturbinen insbesondere im Einströmgehäuse hohe thermische Belastungen auf, wodurch die bislang verwendeten Regelventile, insbesondere deren Antriebe häufig ausfallen. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils kann bei einem Ausfall des Ventils sichergestellt werden, dass das Ventil in eine vorbestimmte Stellung bewegt wird. Dies ist mit den bislang verwendeten Servomotoren nicht möglich, diese verharren in ihrer aktuellen Position.
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Die Erfindung umfasst weiterhin eine. Dampfturbine mit einem Einströmgehäuse, durch welches Dampf in die Dampfturbine einleitbar ist, wobei der Zufluss des Dampfes mit wenigstens einem Regelventil entsprechend den oben beschriebenen Ausführungen regelbar ist.
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Ausführungsbeispiele sowie weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Regelventils zur Regelung eines Volumenstroms innerhalb einer Rohrleitung;
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2 eine Draufsicht auf das in 1 dargestellte Regelventil.
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Bei den Figuren handelt es sich jeweils um stark vereinfachte Darstellungen, bei denen nur die wesentlichen zur Beschreibung der Erfindung notwendigen Bauteile gezeigt sind. Insbesondere ist in den Figuren die Rohrleitung nicht dargestellt.
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Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Regelventil 1 zur Regelung eines Volumenstroms innerhalb einer Rohrleitung. Zur besseren Darstellbarkeit ist die Rohrleitung in 1 nicht dargestellt. Das Regelventil 1 besteht aus einem Ventilkörper 2 der um eine Rotationsachse 3 drehbar in der Rohrleitung angeordnet ist. Je nach Drehstellung des Ventilkörpers 2 wird innerhalb der Rohrleitung ein entsprechender Strömungsquerschnitt freigegeben bzw. verschlossen. Je größer der freie Strömungsquerschnitt ist, desto größer ist der Volumenstrom der durch die Rohrleitung hindurch treten kann. Um eine Verstellung, das heißt eine Drehung, des Ventilkörpers 2 vornehmen zu können, verfügt das Regelventil 1 über einen Drehbalken 4, welcher mit der Rotationsachse 3 des Regelventils verbunden ist. Die Verbindung erfolgt in 1 über eine formschlüssige Verbindung. Grundsätzlich kann die Verbindung aber auch kraft oder stoffschlüssig oder in anderer geeigneter Weise erfolgen. Die Rotationsachse 3 des Regelventils 1 ist dabei zwischen zwei Enden 5, 7 des Drehbalkens 4 angeordnet. Im Bereich des ersten Endes 5 ist der Drehbalken 4 mit einem Linearantrieb 6 gekoppelt. Der Linearantrieb 6 ist dabei so angeordnet, dass er den Drehbalken 4 und damit die Rotationsachse 3 des Regelventils 1 in Rotation versetzen kann und somit den Strömungsquerschnitt innerhalb der Rohrleitung verändern kann. Als Linearantrieb 6 eignet sich insbesondere ein elektrisch angetriebener Linearmotor oder ein Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder. Im Bereich des zweiten Endes 7 des Drehbalken 4 ist ein Rückstellelement 8 angeordnet, welches eine den Linearantrieb entgegengesetzte Kraft auf den Drehbalken 4 ausübt. Hierdurch ist gewährleistet, dass es bei einem Ausfall des Linearantriebs 6 zu einer Rückstellung des Ventilkörpers 2 in eine zuvor vorbestimmte Position kommt. Im normalen Betrieb ist die Verstellkraft des Linearantriebs 6 so groß, dass sie gegen das Rückstellelement 8 arbeiten kann.
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Als Rückstellelement 8 eignet sich insbesondere eine Druck- oder Zugfeder. Diese kann entsprechend der notwendigen Rückstellkraft ausgewählt werden. Federn sind sehr robust und einfach in ihrem Aufbau und somit störungsunanfällig und preiswert.
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In 1 ist das Regelventil 1 als Zylinderventil mit einem entsprechenden Ventilkörper 2 dargestellt. Grundsätzlich lässt sich das Regelventil 2 auch anders ausbilden. Insbesondere kann das Regelventil 2 auch als einfache Regelklappe ausgebildet sein. Der Verstellwinkel α in dem der Drehbalken 4 und somit der Ventilkörper 2 zu verstellen ist, sollte vorzugsweise zwischen 0° und 90° liegen, das heiß die Rotationsachse 3 sollte um diesen Winkel drehbar gelagert sein.
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Das Regelventil eignet sich insbesondere als Dampfventil zur Steuerung oder Regelung des Dampfvolumenstroms im Einströmgehäuse einer Dampfturbine. An den Einströmgehäusen von Dampfturbinen treten große thermische Belastungen auf. Diese führen häufig zu einem Ausfall der Regelventile, welche üblicherweise über Servomotoren angesteuert werden, welche empfindlich auf die thermischen Belastungen reagieren. Durch den Einsatz eines zuvor beschriebenen Regelventils mit Linearantrieb und Rückstellelement ist auf jeden Fall gewährleistet, dass bei einem Ausfall des Ventilantriebs das Regelventil in eine vorbestimmte Position, insbesondere eine Schließposition fährt. Dies ist bei dem bislang verwendeten Regelventil mit Servomotor nicht gewährleistet. Das beschriebene Regelventil zur Regelung eines Volumenstroms in einer Rohrleitung verbessert somit insbesondere beim Einsatz bei der Dampfturbine die Betriebssicherheit deutlich.
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In 2 ist eine Draufsicht des in 1 dargestellten Regelventils 1 gezeigt. Aus dieser Ansicht werden noch einmal der Aufbau und die Funktionsweise des Regelventils 1 deutlich. Insbesondere erkennt man aus 2 den Linearantrieb 6 welcher an einem ersten Ende 5 des Drehbalkens 4 angeordnet ist und den am gegenüberliegenden Ende 7 des Drehbalkens 4 angeordneten Rückstellelement 8. Deutlich zu erkennen ist auch, dass eine lineare Bewegung des Linearantriebs 6 eine Rotation des Drehbalkens 4 um seine Rotationsachse 3 bewirkt. Die Rotation um die Rotationsachse 3 bewirkt wiederum eine Rotation des Ventilkörpers 2 und damit eine Verstellung bzw. eine Regelung des Volumenstroms innerhalb der Rohrleitung. Das Rückstellelement 8 wirkt der Bewegung des Linearantriebs 6 entgegen und sorgt somit bei einem Ausfall des Linearantriebs 6 für eine Rückstellung des Drehbalkens 4 und damit des Ventilkörpers 2 in seine vorbestimmte Ausgangsposition.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Dampfturbine mit einem Einströmgehäuse durch welches Dampf in die Dampfturbine einleitbar ist. Dabei wird der Zufluss des Dampfes mit wenigstens einem zuvor beschriebenen Regelventil geregelt. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Regelventils wird, wie beschrieben, die Betriebssicherheit der Dampfturbine erheblich gesteigert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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