DE102011082599A1

DE102011082599A1 - Ventilanordnung, Verwendung, Turbine und Kraftwerk

Info

Publication number: DE102011082599A1
Application number: DE102011082599A
Authority: DE
Inventors: Michael Keicher
Original assignee: KEICHER Hydraulik UG
Current assignee: KEICHER HYDRAULIK GMBH, DE
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2031-09-14
Also published as: DE102011082599B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, wie sie beispielsweise für Turbinen verwendet werden kann. Die Ventilanordnung weist eine Zwei-von-Drei-Logik sowohl im Zulaufbereich 106 als auch im Ablaufbereich 107 auf. Darüber hinaus sind Positionssensoren vorgesehen, die die Ventilstellungen der Hauptventile überwachen, so dass eine schnelle und effektive Fehlerdetektion und Analyse möglich ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zum Öffnen und Schließen oder Umschalten von Verbindungen zwischen fluidgefüllten Leitungen, die Verwendung einer Ventilanordnung zur Steuerung einer Turbine, eine Turbine mit einer derartigen Ventilanordnung, sowie ein Kraftwerk mit einer solchen Turbine.
Technologischer Hintergrund
Ventilanordnungen zum Öffnen und Schließen bzw. Umschalten von Verbindungen zwischen fluidgefüllten Leitungen sind bekannt. Bei Anwendungen wie z. B. Gas- oder Dampfturbinen werden diese oft so gestaltet, dass bei Schaltversagen eines einzelnen Ventilelements der Schaltzustand der Gesamtanordnung nicht verändert wird.
Es kann eine indirekte Überwachung der Ventile vorgesehen sein, welche zusätzliche Bauteile erfordert und damit in ihrer Aussagefähigkeit von diversen Wechselwirkungen abhängig ist. Insbesondere im Falle einer Kombination von Drucküberwachung und Düsensystem, wie sie in der DE 10 2005 040 039 A1 beschrieben ist, bildet dasjenige Überwachungselement, das neben einer analogen oder digitalen Aussage je nach Ausführung auch eine Störung der Überwachungsfunktion melden könnte, nur einen, im Hinblick auf mögliche Störeinflüsse kleinen Teil der anordnungsseitigen Überwachungseinheit. Somit können andere Störungsursachen zu einer zwar eindeutigen aber dennoch falschen Rückmeldung führen.
Auch können fehlerhafte Rückmeldungen infolge von einer aus thermisch bedingter Oxidation des Arbeitsfluids resultierenden Verschmutzung des Messdüsensystems und der damit verbundenen, zum Teil erheblichen Abweichung des sich an der Messstelle einstellenden Druckes erfolgen.
Diese Verschmutzung ist je nach Anwendung herkunftsbedingt nur schwer vermeidbar und kann über die Beeinflussung des Düsensystems hinaus auch die Hauptventile der Anordnung und sogar deren vollständiges Erreichen der Endlagen beeinflussen. Somit kann auch die Überwachung nur einer Endlage der Hauptventile in dieser Anwendung zu einer irreführenden oder unzureichenden Rückmeldung führen.
Bei Anordnungen, in denen insbesondere hydraulisch vorgesteuerte Sitzventile, sog. „Cartridge-Ventile”, zur Anwendung kommen, insbesondere solche mit nur einem Steueranschluss und ohne öffnend wirkende Steuerfläche, reagieren die Ventile in ihrem Schaltverhalten zum Teil sehr empfindlich auf ablaufseitige Druckschwankungen, die über die Vorsteuerventile direkt an die Steuerkammer der Sitzventile weitergeleitet werden.
Je nach Art und Leistungsfähigkeit der vorgeschalteten Fluidversorgungseinheit, internen Strömungswiderständen sowie dem Bedarf des nachgeschalteten Steuerorgans sind ebenso wie im Vorsteuerventilablauf auch im Vorsteuerventilzulauf Druckschwankungen möglich, die sich auf das Schaltverhalten auswirken können.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative Ventilanordnung anzugeben, welche erhöhten Sicherheitsanforderungen genügt und eine einfache und effektive Fehleranalyse ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die im Folgenden genannten Merkmale sowohl in der Ventilanordnung als auch in der Turbine und im Kraftwerk implementiert werden können.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zum Öffnen und Schließen und/oder Umschalten von Verbindungen zwischen fluidgefüllten Leitungen. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um ein Gas oder Gasgemisch, eine Flüssigkeit und insbesondere um Öl handeln.
Die Ventilanordnung weist eine Haupt-Zulaufleitung auf, welche einen Zulaufbereich der Ventilanordnung an eine Fluidquelle anschließen kann. Hierfür ist beispielsweise eine Flanschverbindung zur Druckversorgung (Fluidquelle) vorgesehen. Weiterhin weist die Ventilanordnung eine Haupt-Ablaufleitung zum Anschluss eines Ablaufbereiches der Ventilanordnung an einen Fluidempfänger, beispielsweise eine Turbine eines Kraftwerks, auf. Auch hiefür kann eine entsprechende Flanschverbindung zum Anschluss an weiterführende Rohre oder direkt an die Turbine vorgesehen sein.
Die Ventilanordnung weist also einen Zulaufbereich und einen Ablaufbereich auf. In jedem dieser beiden Bereiche sind Hauptventile in Form von Zulaufventilen bzw. Ablaufventilen angeordnet. Diese Hauptventile werden entsprechend gesteuert, um hierdurch eine Verbindung zwischen der Haupt-Zulaufleitung und der Haupt-Ablaufleitung zu öffnen, zu schließen oder von einer Verbindung auf eine andere Verbindung umzuschalten.
Es ist vorgesehen, dass die Entlastung einer Leitung entsprechend gesteuert wird. Im Entlastungsfall muss nicht zusätzlich zur funktionsbedingt abzuführenden Fluidmenge auch noch die weiterhin zugeführte Fluidmenge mit abgeführt werden, da die entsprechenden Zulaufventile geschlossen sind. Die weiterhin zugeführte Fluidmenge wird demnach in diesem Fall nicht durch eine Zulaufdüse eingestellt, und ist somit im Entlastungsfall infolge des dann größeren Druckgefälles entlang der Düse nicht deutlich größer als die im normalen Betriebsfall funktionsbedingt erforderliche zuzuführende Menge. Im Gegenteil: Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Zuführung von Fluid von der Fluidquelle in die Ventilanordnung gestoppt wird. Damit sind hier nicht deutlich größere und damit teurere sowie in der Regel trägere Entlastungsventile erforderlich, als es für die rein funktionsbedingt abzuführende Fluidmenge der Fall wäre.
Die Eigenschaft von Anordnungen, die auch im Entlastungsfall regelmäßig oder fallweise zugeführtes Fluid direkt wieder abzuführen, erhöht einerseits die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der vorgeschalteten Fluidversorgungseinheit, insbesondere wenn diese mehrere ansonsten nicht gleichzeitig mit hoher Leistung zu betätigende Steuerorgane bzw. Maschineneinheiten versorgt. Andererseits schränkt sie die allgemeine Anwendbarkeit einer solchen Ventilanordnung ein.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass sowohl im Zulaufbereich als auch im Ablaufbereich der Ventilanordnung eine Zwei-von-Drei-Verschaltung, auch Zwei-von-Drei-Logik genannt, oder eine höherwertige Verschaltung (beispielsweise Drei-von-Fünf-Logik oder Vier-von-Sieben-Logik, etc.) vorgesehen ist.
Durch die Schaltung sowohl der Zulaufventilgruppe als auch Ablaufventilgruppe durch eine derartige Logik kann weitgehend sichergestellt sein, dass die Fluidzufuhr im stromlosen oder regulären Betrieb als auch im Störfall bei Ausfall eines Ventilelements vollständig verschlossen wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in diesem Fall die Fluidabfuhr durch die Ablaufventile vollständig geöffnet wird.
Es sind ein erster, ein zweiter und ein dritter Verbindungszweig vorgesehen, welche die Haupt-Zulaufleitung mit der Haupt-Ablaufleitung parallel verbinden. Darüber hinaus sind beispielsweise sechs steuerbare Zulaufventile vorgesehen, die im Zulaufbereich angeordnet sind. Auch sind beispielsweise sechs steuerbare Ablaufventile vorgesehen, die im Ablaufbereich angeordnet sind. Jeweils zwei der Zulaufventile und zwei der Ablaufventile sind seriell miteinander verbunden, um gemeinsam den ersten Verbindungszweig bzw. den zweiten Verbindungszweig bzw. den dritten Verbindungszwei auszubilden.
Gemäße einem Aspekt der Erfindung weist jeder Verbindungszweig mindestens zwei steuerbare Zulaufventile und mindestens zwei steuerbare Ablaufventile auf.
Hieraus ergibt sich eine Ventilredundanz sowohl im Zulaufbereich als auch im Ablaufbereich für jeden einzelnen Verbindungszweig. Da mindestens drei parallele Verbindungszweige vorgesehen sein können, kann eine Zwei-von-Drei-Verschaltung oder eine höherwertige Verschaltung der Ventile sowohl im Zulaufbereich als auch im Ablaufbereich erfolgen.
Unter dem Begriff Zwei-von-Drei-Verschaltung oder Zwei-von-Drei-Logik ist zu verstehen, dass erst dann, wenn zwei von drei der vorhandenen Ventile oder Ventiluntergruppen der Anordnung umschalten, sich der Schaltzustand der Gesamtanordnung ändert. Somit ist gewährleistet, dass ein beliebiges Element oder sogar eine ganze Untergruppe von Elementen innerhalb der Gesamtanordnung fehlerhaft geschaltet sein darf, ohne dass sich dies auf die dahinterliegenden Anlagenkomponenten auswirken kann. Dies sichert Abschaltvorgänge und verhindert Fehlabschaltungen.
Das Steuermedium zur Auslösung eines Schnellschlusssignals der Zulauf- und Ablaufventile kann beispielsweise ein Hydrauliköl, aber auch ein andersartiges Fluid sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Ventilanordnung ein erstes, ein zweites und ein drittes Vorsteuerventil auf. Auch können weitere Vorsteuerventile vorgesehen sein. Jedes dieser drei Vorsteuerventile steuert zwei Zulaufventile und zwei Ablaufventile. Es kann auch vorgesehen sein, dass einige oder alle dieser Ventile individuell von einem eigenen Vorsteuerventil gesteuert werden. Eines der beiden Zulaufventile und eines der beiden Ablaufventile ist hierbei in dem ersten Verbindungszweig angeordnet und das andere Zulaufventil und das andere Ablaufventil sind in dem zweiten Verbindungszweig angeordnet.
Analog kann auch die Verschaltung der übrigen Ventile erfolgen, so dass sich in jedem der Verbindungszweige jeweils ein Zulaufventil oder ein Ablaufventil befindet, welches von einem Vorsteuerventil gesteuert wird, und sich darüber hinaus in diesem Zweig ein weiteres Zulaufventil bzw. Ablaufventil befindet, welches von einem anderen Vorsteuerventil gesteuert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden einige oder alle Zulaufventile und Ablaufventile durch je ein eigenes Vorsteuerventil hydraulisch vorgesteuert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen zumindest die Zulaufventile und die Ablaufventile jeweils einen oder mehrere Positionssensoren auf, mit deren Hilfe die Ventilstellung des entsprechenden Ventils überprüfbar ist. Bei den Positionssensoren kann es sich beispielsweise um induktive Näherungssensoren handeln.
Durch eine redundante Ausführung dieser Positionssensoren, beispielsweise ebenfalls in Zwei-von-Drei-Logik oder einer höherwertigen Logik, kann die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, dass Fehlmessungen vermieden werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Zu- und Ablaufventile fluidvorgesteuert, wobei das Steuerfluid zur Steuerung der Zu- und Ablaufventile von den Vorsteuerventilen gesteuert wird und beispielsweise in einer von der Haupt-Zulaufleitung und der Haupt-Ablaufleitung getrennten Leitungsanordnung fließen kann.
Hierdurch kann vermieden werden, dass Druckschwankungen oder andere Probleme in den Hauptleitungen zu ungewünschten Schaltvorgängen führen oder es aufgrund eines Druckabfalls nicht zu einem vorgesehenen Schaltvorgang kommt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind, wie bereits oben beschrieben, die Zulaufventile und die Ablaufventile jeweils in einer der Zwei-von-Drei-Logik übergeordneten Logik miteinander verschaltet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen die Vorsteuerventile, die Zulaufventile und/oder die Ablaufventile jeweils ein Rückstellelement auf, bei dem es sich beispielsweise um eine Rückstellfederanordnung handeln kann, welches das Ventil im stromlosen Zustand in einer vorgegebenen Ventilstellung hält. Auf diese Weise ist es möglich, dass in diesem Zustand die Zulaufventile geschlossen sind und die Ablaufventile geöffnet sind, so dass ein nachgeschaltetes Bauteil (beispielsweise eine Turbine) entlastet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind alle Zulaufventile und Ablaufventile hydraulisch gesteuert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Verwendung einer oben und im Folgenden beschriebenen Ventilanordnung zur Steuerung einer Turbine angegeben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Turbine mit einer oben und im Folgenden beschriebenen Ventilanordnung angegeben.
Beispielsweise handelt es sich bei dieser Turbine um eine Dampfturbine oder eine Gasturbine, beispielsweise eine Turbine eines Kohlekraftwerks.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kraftwerk mit einer oben und im Folgenden beschriebenen Turbine angegeben.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt eine Ventilanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine Ventilanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt eine Ventilanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt eine Ventilanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt eine Turbine mit einer Ventilanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt Kraftwerke gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Werden in der folgenden Figurenbeschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Gleiche oder ähnliche Elemente können aber auch durch unterschiedliche Bezugszeichen bezeichnet sein.
1 zeigt eine Ventilanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Ventilanordnung ist in doppelter Zwei-von-Drei-Logik verschaltet und die einzelnen Zulauf- und Ablaufventile sind in Form von hydraulisch vorgesteuerten Sitzventilen ausgeführt. Bei den Vorsteuerventilen kann es sich beispielsweise um Magnetventile handeln.
Durch die in 1 bis 4 gezeigten Verschaltungen der Ventile kann ein sog. Fail-Safe-Prinzip implementiert werden. Es kann gewährleistet werden, dass die Ventilanordnung im stromlosen Zustand den Zulaufbereich 106, bei dem es sich um den oberen Bereich der Ventilanordnung handelt, verschließt und den Ablaufbereich 107, bei dem es sich um den unteren Bereich der Ventilanordnung 190 handelt, öffnet.
Um dies zu erreichen, kann jedes Zulaufventil und jedes Ablaufventil ein entsprechendes Rückstellelement aufweisen, insbesondere eine Rückstellfeder, welches das Ventil im betriebsfreien, stromlosen Zustand in die vorgegebene Ventilstellung bringt bzw. darin hält, nämlich der Fail-Safe-gemäßen Stellung (Zulaufventile geschlossen, Ablaufventile offen).
Die hinsichtlich der 1 bis 4 beschriebenen Ventilanordnungen weisen eine Haupt-Zulaufleitung 101 und eine Haupt-Ablaufleitung 102 auf. Die Haupt-Zulaufleitung 101 kann über einen Eingangsflansch 140 mit einer Fluidquelle zur Versorgung mit unter Druck stehendem Fluid verbunden sein. Ebenso kann die Haupt-Ablaufleitung 102 über einen entsprechenden Flansch 141 an die Turbine oder ein anderes Bauelement angeschlossen sein.
Es sind drei Hauptventilgruppen vorgesehen, welche zusammen mit den entsprechenden Leitungen und ggf. weiteren Elementen einen ersten, einen zweiten und einen dritten Verbindungszweig 120, 121 und 122 zwischen der Haupt-Zulaufleitung und der Haupt-Ablaufleitung ausbilden. Die Ventile jeder dieser drei Gruppen sind seriell verschaltet.
Der erste Verbindungszweig 120 umfasst hierbei ein erstes steuerbares Zulaufventil 108, welches an die Haupt-Zulaufleitung 101 angeschlossen ist. Daran schließt sich ein zweites steuerbares Zulaufventil 109 an. Diese beiden Zulaufventile befinden sich im Zulaufbereich 106 der Ventilanordnung. Daran schließt sich seriell ein erstes steuerbares Ablaufventil 110 an, gefolgt von einem zweiten steuerbaren Ablaufventil 111, welches an die Haupt-Ablaufleitung 102 angeschlossen ist.
Entsprechend befinden sich in dem zweiten Verbindungszweig 121 zwei Zulaufventile 112, 113 und zwei Ablaufventile 114, 115 und in dem dritten Verbindungszweig 122 zwei Zulaufventile 116, 117 und zwei Ablaufventile 118, 119.
Darüber hinaus sind drei Vorsteuerventile 103, 104, 105 vorgesehen.
Das erste Vorsteuerventil 103, welches beispielsweise im Ablaufbereich 107 oder im Zulaufbereich 106 angeordnet sein kann, ist über entsprechende Fluidleitungen 142, 143, die jeweils an der Haupt-Zulaufleitung 101 bzw. der Haupt-Ablaufleitung 102 angeschlossen sind, mit den Ventilen 109, 111 im ersten Verbindungszweig 120 und den Ventilen 112, 114 im zweiten Verbindungszweig 121 verbunden, um diese Ventile zu vorzusteuern.
Entsprechend ist das zweite Vorsteuerventil 104 mit den zwei Ventilen 113, 115 im zweiten Verbindungszweig 121 und den Ventilen 116, 118 im dritten Verbindungszweig 122 verbunden.
Das dritte Vorsteuerventil 105 wiederum ist mit den Ventilen 108, 110 im ersten Verbindungszweig 120 und den Ventilen 117, 119 im dritten Verbindungszweig verbunden.
Die Bezugszeichen 123 bis 127 zeigen die Fluidleitungen zwischen der Haupt-Zulaufleitung 101 und dem ersten Zulaufventil 116 im dritten Verbindungszweig 122, zwischen den einzelnen, seriell geschalteten Ventilen 116, 117, 118, 119 und zwischen dem letzten Ablaufventil 119 und der Haupt-Ablaufleitung 102.
Entsprechende Leitungen sind auch für die Verbindungen der anderen Zu- und Ablaufventile vorgesehen.
In anderen Worten sind die Zulauf- und Ablaufventile spaltenweise in drei Untergruppen 120, 121, 122 angeordnet, entsprechend dem Verlauf der Hauptfluidströmung, je nach Schaltzustand.
Die Zulaufventile im oberen Bereich und die Ablaufventile im unteren Bereich bilden, zugeordnet zu verschiedenen Vorsteuerventilen, je eine Zwei-von-Drei-Logikgruppe aus. Dies bedeutet, dass das Umschalten von mindestens zwei der drei Vorsteuerventile notwendig ist, um die Zulaufventilgruppe bzw. die Ablaufventilgruppe umzuschalten.
Für ein sicheres Erreichen des Ruhezustandes der Anlage bei Stromausfall sind die Vorsteuerventile und die Anschlüsse der Vorsteuerfluidleitungen an die Zu- und Ablaufventile so ausgeführt, dass im stromlosen Zustand die Zulaufventile geschlossen und die Ablaufventile geöffnet werden bzw. in dieser Stellung verharren.
Die jeweils in einer Spalte angeordneten Zu- und Ablaufventile werden von mehreren (z. B. zwei) verschiedenen Vorsteuerventilen angesteuert, so dass eine Fehlfunktion eines einzigen Vorsteuerventils noch keine Änderung des Schaltzustandes der Gesamtanordnung auslösen kann: Sind z. B. die Zulaufventile geöffnet und werden nur die von einem Vorsteuerventil angesteuerten Zulaufventile geschlossen, dann wird insgesamt nur in zwei der drei Spalten der Zulauf durch je ein Zulaufventil geschlossen, jedoch nicht in allen. In diesem Falle werden auch nur in zwei der drei Spalten zuvor geschlossene Ablaufventile geöffnet, jedoch nur eines pro Spalte, womit insgesamt der Ablaufbereich 107 geschlossen bleibt.
Umgekehrt verhält es sich ebenso: Eine geschlossene Zulauf-Logikventilgruppe bleibt bei Fehlfunktion eines Vorsteuerventils geschlossen, eine offene Ablauf-Ventilgruppe bleibt im entsprechenden Fall mit einem Drittel des Gesamtquerschnitts aller Ablaufleitungen geöffnet.
Bei Fehlfunktion eines anderen Ventils sind die Auswirkungen je nach betroffenem Ventil entweder gleich oder kleiner.
Somit wird sichergestellt, dass die Fehlfunktion eines beliebigen Ventils, sei es ein Vorsteuerventil oder ein Hauptventil der Anordnung, zu keiner Änderung des logischen Gesamtzustandes der Anordnung führt.
Derartige Ventilanordnungen können insbesondere als sog. Tripblöcke ausgebildet sein.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung, bei der zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit und Schaltsicherheit, insbesondere bei Druckschwankungen in der Haupt-Zuleitung 101 oder Haupt-Ablaufleitung 102 infolge von Staudrücken, die Zu- und Abfuhr des Steuerfluids von den Hauptleitungen entkoppelt ist. Die Entkopplung kann dabei vollständig umgesetzt sein, z. B. mittels externer Fluidversorgungseinheit(en) und/oder externer Fluidableitung(en), oder in ihrer Wirkung beschränkt sein auf kurzfristige Veränderungen.
Unter kurzfristigen Veränderungen ist zu verstehen, dass gespeicherte Energie durch einen externen hydraulischen Anschluss (z. B. ein angeschlossener Hydraulikspeicher) kurzfristig abgegeben werden kann und damit eine Abhängigkeit einer konstanten Hydraulikversorgung über den Eingang P ganz oder teilweise vermieden werden kann.
In diesem Falle sind zwei gesonderte Fluidleitungen 201, 202 (Zulauf und Ablauf für die Vorsteuerventile) vorgesehen. Die Ventilsteuerkreise 209, 210 (gesteuert von dem ersten Vorsteuerventil 103), 211, 212 (gesteuert von dem zweiten Vorsteuerventil 104) und 213, 214 (gesteuert von dem dritten Vorsteuerventil 105) sind jeweils an die Zulaufleitung 201 und die Ablaufleitung 202 angeschlossen.
In diesem und auch in den anderen Ausführungsbeispielen können mehrere Überdruckventile (siehe beispielsweise Überdruckventile 203, 204, 206, 207, 208) vorgesehen sein, die beispielsweise an den Steuerleitungen 209 bis 214 und/oder an der Steuerfluidzufuhrleitung 201 und/oder der Steuerfluidabfuhrleitung 202 angeschlossen sind. Auch können solche Überdruckventile an der Haupt-Zulaufleitung 101 oder Haupt-Ablaufleitung 102 angeschlossen sein.
Auch kann ein Drucksensor 205 vorgesehen sein, der am Sammelrohr RST 215 angeschlossen ist.
Die Sammelrohrleitung RST 215 stellt die Versorgungsleitung zum Endverbraucher dar. Diese wird durch die Zulaufcartridges CP1–CP3 108, 112, 116 und CPR1–CPR3 109, 113, 117 versorgt/verschlossen und durch die Ablaufcartridges CRT1–CRT3 110, 114, 118 und CT1–CT3 111, 115, 119 der Haupt-Ablaufleitung 102 verschlossen/entleert.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung. Die Steuerfluidzufuhr- und die Steuerfluidabfuhrleitungen 201, 202 sind jeweils mit einem Fluidspeicherelement 302, 301 verbunden. Weiterhin ist jede dieser beiden Leitungen 201, 202 über einen eigenen Strömungswiderstand verbunden. Der Strömungswiderstand kann in Form jeweils einer Düse 305, 306 und jeweils eines eigenen, parallel zum Strömungswiderstand angeordneten Überdruck- oder Rückschlagventils 303, 304 ausgeführt sein und mit der zugehörigen Haupt-Zulaufleitung 101 bzw. Haupt-Ablaufleitung 102 verbunden sein. In dieser Ausführungsform kann der Strömungswiderstand richtungsabhängig unterschiedlich groß ausgeführt sein.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung, bei welcher an den Vorsteuerleitungen 201, 202 Drucksensoren 401, 402 angebracht sind. Alternativ können auch Druckschalter an diese Leitungen angeschlossen sein.
Zur besseren Übersichtlichkeit sind nicht sämtliche in der 4 abgebildeten Drucksensoren oder Druckschalter mit Bezugszeichen versehen. Prinzipiell können solche Druckmesser in jedem der drei Steuerzweige vorgesehen sein.
Die Druckmesser 401, 402 befinden sich beispielsweise zwischen dem ersten Vorsteuerventil 103 und dem Zulaufventil 112 des zweiten Verbindungszweiges 121 (siehe auch 1).
Diese Drucksensoren oder Druckschalter können zusammen mit einer Abfrage der Endlage der Hauptventile (hierfür weisen die Zulaufventile und die Ablaufventile entsprechende Positionssensoren auf) eine sehr zuverlässige Aussage über eine evtl. betriebsrelevante Verschmutzung sämtlicher Ventile ermöglichen.
Auch können Gruppen aus Düsen 403, 404, 406, 407 vorgesehen sein, welche als „Druckteiler” ausgeführt und geschaltet sind, analog zu einem elektrischen Spannungsteiler: Jeweils zwei Düsen mit z. B. gleichem Strömungsquerschnitt sind zwischen der Haupt-Zulaufleitung 101 und der Haupt-Ablaufleitung 102 in Reihe geschaltet, womit sich ohne weiteren Zu- oder Abfluss zwischen ihnen ein Mittelwert der Drücke in der Haupt-Zulaufleitung und der Haupt-Ablaufleitung einstellt. Es können mehrere Paare solcher in Reihe geschalteter Düsen parallel zueinander zur Verbindung der Haupt-Zulaufleitung mit der Haupt-Ablaufleitung vorgesehen sein.
Da eine Verbindung zur jeweiligen Leitung zwischen den jeweils zwei Zulauf- bzw. Ablaufventilen besteht, deutet ein dem oben genannten Mittelwert entsprechender hier gemessener Druck darauf hin, dass kein Fluid zum oder vom Düsensystem fließt und dass daher beide Zulaufventile geschlossen sind. Andere, ebenfalls mögliche weitere Zustände können zwar steuerungsseitig durch Abgleich mit den in der Hauptzulauf-, Hauptsteuer- bzw. Hauptablaufleitung gemessenen Drücken abgefangen werden, ohne zwangsläufig eine Falschmeldung zu verursachen; prinzipiell ist jedoch in Zeiten mit vorübergehend ebenfalls mittlerem Druckniveau in der Hauptsteuerleitung keine eindeutige Aussage möglich, da für einen entsprechenden Moment am jeweiligen hauptsteuerleitungsseitigen Zulaufventil kein Druckgefälle ansteht und somit nicht feststellbar ist, ob dieses offen ist oder geschlossen.
Dies ist ein genereller Nachteil anderer Anordnungen, unabhängig von weiteren Störeinflüssen, wie z. B. verschmutzungsbedingten Effekten.
Bei geringem zu erwartenden Verschmutzungsaufkommen kann jedoch die zusätzliche Anwendung der Kombination von Düsen und Drucksensoren einen deutlichen Zugewinn an Sicherheit in der Überwachung bringen, insbesondere wenn die Hauptventile mit nur einer Stellungsabfrage, also ohne Redundanz, ausgerüstet sind. Dies ermöglicht die Verwendung von serienmäßig erhältlichen Hauptventilen bei erhöhter Überwachungssicherheit. Alternativ ermöglicht es bei rechtzeitiger steuerungsseitiger Berücksichtigung und entsprechender komponentenseitiger Ausrüstung im Servicefall den kurzfristigen Ersatz von redundant stellungsüberwachten Sonderventilen durch allgemein verfügbare Serienventile ohne erhebliche Reduzierung der Überwachungssicherheit.
Die in den 1 bis 4 abgebildeten Zulaufventile, Ablaufventile und bedarfsweise auch die Vorsteuerventile können mit einfachen oder redundanten Elementen zur Überwachung der jeweiligen Ventilstellung ausgestaltet sein. Insbesondere eine 3-fache Redundanz für wichtige ausgewählte (oder alle) Stellungen zur erweiterten Anwendung der Zwei-von-Drei-Logik kann hier unter sicherheits- und servicetechnischen Aspekten erfolgen, um auch bei der Überwachung einzelner Ventile wiederum sehr zuverlässige Aussagen ohne direkte Überprüfung vor Ort zu ermöglichen.
Auch ist es möglich, dass einzelne oder alle vorgesteuerten Ventile mit nur einem Steueranschluss betätigt werden. Der bisherige zweite Steueranschluss, der beispielsweise im Falle aktiv gesteuerter Cartridge-Ventile auf eine Ringfläche einwirkt, kann dann entweder druckentlastet oder mit gleichbleibendem geringen Druck beaufschlagt ausgeführt sein oder zusammen mit der zweiten Steuerkammer und der dort wirksamen Ringfläche entfallen. Dies kann dann zu einer Ausgestaltung in Form einer sehr einfachen Bauweise des Cartridge-Ventils führen.
Auch ist es möglich, dass einige oder alle vorgesteuerten Zulaufventile entfallen. Im letzteren Fall kann eine explizite Mengenbegrenzung in der Fluidzuführung erforderlich sein.
Jedoch auch in anderen Fällen kann eine solche Mengenbegrenzung vorgesehen sein. Eine entsprechende Ausgestaltung zeigt 4. Hier ist das entsprechende Begrenzungselement in Form einer Düse 408, 409, 410 in jeder Zulaufventilgruppe ausgeführt.
Über das Bauteil 412 (z. B. in Form eines Stopfens) kann die Druckversorgung der Vorsteuerventile V1–V3 103, 104, 105 von der Haupt-Zulaufleitung 101 (P) getrennt werden und somit durch eine externe Druckversorgung über Px (Speicher oder Hydraulikpumpe) zu höherer Schaltsicherheit und Schaltgeschwindigkeit führen.
Äquivalent dazu kann die Abfuhr des Steuerfluids von der Hauptleitung 102 (T) durch das Bauteil 411 (z. B. in Form eines Stopfens) entkoppelt werden.
Die alleinige Ableitung über Tx erhöht dabei die Schaltsicherheit.
Im Folgenden seien noch einmal einige Aspekte der Erfindung zusammengefasst.
Die Ventilanordnung kann je eine in Zwei-von-Drei-Logik oder einer höherwertigen Logik geschaltete Zu- und Ablaufventilgruppe aufweisen, die jeweils sowohl im regulären Betrieb als auch bei Ausfall eines Ventilelements insgesamt die Fluidzufuhr vollständig verschließen und es kann vorgesehen sein, dass gleichzeitig die Fluidabfuhr in diesem Fall geöffnet ist.
Die Zulaufventile und die Ablaufventile können als Sitzventile und insbesondere als hydraulisch vorgesteuerte Ventile ausgeführt sein. Die Ansteuerung dieser Hauptventile kann durch je ein Vorsteuerventil für je vier Hauptventile erfolgen, wobei beispielsweise zwei dieser Ventile seriell angeordnet sind.
Weiterhin kann eine 3-fache Redundanz der Abfrage mindestens einer Endstellung jedes Hauptventils vorgesehen sein, beispielsweise in Form von Positionssensoren.
Auch die redundante Stellungsabfrage kann durch eine Zwei-von-Drei-Logik in der Verschaltung und/oder Auswertung implementiert sein.
Auch kann eine gesonderte Leitungsführung für die Vorsteuerfluidzu- und Abfuhr vorgesehen sein.
Weiterhin ist es möglich, dass je eine Verbindung mit richtungsabhängigem oder richtungsunabhängigem Strömungswiderstand, insbesondere eine Düse mit oder ohne parallel geschaltetem Rückschlagventil, zwischen der Hauptfluid- und Vorsteuerfluidzufuhr sowie zwischen der Hauptfluid- und Vorsteuerfluidabfuhr vorgesehen ist.
Die Strömungsverbindungen können in Form eines kompakten Gehäuses mit entsprechenden Aussparungen, insbesondere in Form eines hydraulischen Steuerblocks, ausgeführt sein.
Sämtliche Ventile können in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
Auf diese Weise ist eine besonders raumsparende Anordnung erreicht. Die Montage ist vereinfacht und mögliche Montagefehler können auf ein Minimum reduziert werden.
Auch können zu- und ablaufseitig je drei Sätze von mindestens je zwei in Reihe geschalteten Düsen zwischen der Hauptfluid-Zulaufleitung und der Hauptfluid-Ablaufleitung mit dazwischen liegender Druckmessstelle vorgesehen sein, die darüber hinaus mit je einer Verbindungsleitung zwischen je zwei, insbesondere bezüglich der Hauptströmung benachbarter, Zulauf- bzw. Ablaufventilen verbunden ist.
Auch kann eine von je zwei Düsen mit der Hauptsteuerleitung anstatt mit einem Hauptfluidzulauf bzw. Ablauf verbunden sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung können an einigen oder allen Vorsteuerleitungen Druckabfragen angeschlossen sein.
Die Stellungsüberwachung der Vorsteuerventile kann in ein- oder beidseitiger einfacher, redundanter und/oder auch in Zwei-von-Drei-Logik erfolgen.
Weiterhin kann je einer der Hauptventil-Steueranschlüsse, insbesondere der öffnende Steueranschluss, mit konstantem, insbesondere mittlerem Druck oder Umgebungsdruck beaufschlagt sein.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Zulaufventilgruppe aus nur drei anstatt sechs Hauptventilen besteht und über die entsprechend zusätzlich erforderlichen Komponenten, insbesondere Rückschlagventile und Düsen, verfügt.
5 zeigt eine Turbinenanordnung 500 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Turbinenanordnung weist eine Turbine 501 auf, an deren Eingang ein Dampf- oder Gasventilangeordnet ist, welches über eine Ventilanordnung 100 gesteuert wird, und welches über die Leitung 502 mit einer Fluidquelle verbunden ist. Der Fluidausgang der Turbine 501 ist durch das Bezugszeichen 503 bezeichnet.
Bei einer solchen Turbine kann es sich um eine Gasturbine oder eine Dampfturbine handeln.
6 zeigt zwei Kraftwerke 600 gemäß weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung, welche eine oder mehrere der oben beschriebenen Turbinenanordnungen 500 aufweisen.
Bei den Kraftwerken handelt es sich beispielsweise um Kohlekraftwerke, Atomkraftwerke, etc.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend” und „aufweisend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Dies bedeutet insbesondere, dass auch mehr als sechs steuerbare Zulaufventile, mehr als sechs steuerbare Ablaufventile und mehr als drei Vorsteuerventile vorgesehen sein können. Auch können mehr Düsen, Positionssensoren, Druckmessvorrichtungen, Überdruckventile, etc. vorgesehen sein, als oben beschrieben.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005040039 A1 [0003]

Claims

Ventilanordnung zum Öffnen und Schließen oder Umschalten von Verbindungen zwischen fluidgefüllten Leitungen, die Ventilanordnung aufweisend: eine Haupt-Zulaufleitung (101) zum Anschluss eines Zulaufbereiches (106) der Ventilanordnung an eine Fluidquelle; eine Haupt-Ablaufleitung (102) zum Anschluss eines Ablaufbereiches (107) der Ventilanordnung an einen Fluidempfänger; einen ersten, einen zweiten und einen dritten Verbindungszweig (120, 121, 122) zum parallelen Verbinden der Haupt-Zulaufleitung (101) mit der Haupt-Ablaufleitung (102); sechs steuerbare Zulaufventile (108, 109, 112, 113, 116, 117), die im Zulaufbereich angeordnet sind; sechs steuerbare Ablaufventile (110, 111, 114, 115, 118, 119), die im Ablaufbereich angeordnet sind; wobei jeweils zwei der Zulaufventile und zwei der Ablaufventile seriell miteinander verbunden sind, um gemeinsam den ersten Verbindungszeig (120), den zweiten Verbindungszeig (121) oder den dritten Verbindungszeig (122) auszubilden.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: ein erstes, ein zweites und ein drittes Vorsteuerventil (103, 104, 105); wobei jedes der drei Vorsteuerventile zwei Zulaufventile und zwei Ablaufventile steuert; wobei eines der beiden Zulaufventile und eines der beiden Ablaufventile in dem ersten Verbindungszeig (120, 121, 22) angeordnet sind; und wobei das andere Zulaufventil und das andere Ablaufventil in dem zweiten Verbindungszeig (120, 121, 22) angeordnet sind.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einige oder alle Zulaufventile und Ablaufventile (108, 109, 112, 113, 116, 117, 110, 111, 114, 115, 118, 119) durch je ein eigenes Vorsteuerventil (103, 104, 105) hydraulisch vorgesteuert werden.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die Zulauf- und Ablaufventile (108, 109, 112, 113, 116, 117, 110, 111, 114, 115, 118, 119) jeweils einen oder mehrere Positionssensoren aufweisen, mit deren Hilfe die Ventilstellung überprüfbar ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 4, wobei es sich bei den Positionssensoren um induktive Näherungssensoren handelt.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Vorsteuerventile (103, 104, 105) fluidgesteuert sind; und wobei das Vorsteuerfluid zur Steuerung der Zulaufventile und der Ablaufventile (108, 109, 112, 113, 116, 117, 110, 111, 114, 115, 118, 119) in einer von der Haupt-Zulaufleitung (101) und der Haupt-Ablaufleitung (102) getrennten Leitungsanordnung (201, 202) angeordnet ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die die Zulaufventile und die Ablaufventile (108, 109, 112, 113, 116, 117, 110, 111, 114, 115, 118, 119) jeweils in einer 2-von-3-Logik verschaltet sind.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die die Zulaufventile und die Ablaufventile (108, 109, 112, 113, 116, 117, 110, 111, 114, 115, 118, 119) jeweils in einer der 2-von-3-Logik übergeordneten Logik verschaltet sind.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorsteuerventile, die Zulaufventile und/oder die Ablaufventile jeweils ein Rückstellelement, insbesondere eine Rückstellfeder, aufweisen, welches das Ventil im stromlosen Zustand in einer vorgegebenen Ventilstellung hält, so dass in diesem Zustand die Zulaufventile geschlossen sind und die Ablaufventile geöffnet sind.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorsteuerventile (103, 104, 105), die Zulaufventile (108, 109, 112, 113, 116, 117) und die Ablaufventile (110, 111, 114, 115, 118, 119) hydraulisch gesteuert sind.
Verwendung einer Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Steuerung einer Turbine (500).
Turbine (500) mit einer Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Turbine (500) nach Anspruch 12, ausgeführt als Dampfturbine oder Gasturbine.
Kraftwerk (600) mit einer Turbine nach Anspruch 12 oder 13.