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Die Erfindung betrifft eine Regelklappe zur Steuerung eines Mengenstroms eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in einer Rohrleitung, insbesondere einer Zudampfleitung einer Dampfturbine, wobei die Regelklappe eine in einem Gehäuse drehbar angeordnete scheibenförmige Absperrscheibe aufweist, die zwischen einer Sperrstellung und einer Öffnungsstellung um eine Drehachse verschwenkbar ist, wobei die Absperrscheibe in der Sperrstellung an einem Ventilsitz des Gehäuses anliegt.
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Derartige Regelklappen, mit denen der Durchfluss in einer Rohrleitung geregelt werden kann, werden in Kraftwerken, beispielsweise Blockheizkraftwerken oder Müllverbrennungsanlagen, zur Steuerung einer Dampfturbine eingesetzt, um den Zudampf in einer Zuflussleitung der Dampfturbine zu steuern.
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In Blockheizkraftwerken oder Müllverbrennungsanlagen unterliegen die Dampfturbinen über die Außentemperatur und dem schwankenden Wirkungsgrad des primären Energieträgers hohen Schwankungsbreiten in den Lastfällen. Üblicherweise werden in einer Zudampfleitung einer Dampfturbine zwei hintereinander und somit in Reihe angeordnete Klappen an den Dampfeintrittsöffnungen der Dampfturbine angeordnet. Eine Klappe ist als Absperrklappe ausgebildet und weist die Funktion einer Schnellschlussklappe auf, um den Dampf im Lastabwurffall eines von der Dampfturbine angetriebenen Generators abzustellen. Die zweite Klappe ist als Regelklappe ausgebildet, um den Mengenstrom zu steuern bzw. zu regeln, beispielsweise im Anfahrbetrieb der Dampfturbine. Die Regelklappe ist im normalen Betrieb der Dampfturbine vollständig geöffnet.
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Bekannte Regelklappen weisen über den Stellwinkel von 20–30° und 50-70° eine gute Dosierbarkeit des Mengenstroms auf. Zum Anfahren einer Dampfturbine sind jedoch kleine Regelmengen exakt zu dosieren. Übliche, auf den Nenn-Mengenstrom der Dampfturbine ausgelegte Regelklappen in der Zudampfleitung der Dampfturbine weisen somit in einem Schwachlastbereich, der sich ausgehend von der Sperrstellung mit 0° Stellwinkel bis zu einem Stellwinkel von ca. 20° erstreckt, eine schlechte Regelbarkeit und ein schlechte Feindosierbarkeit eines kleines Mengenstroms auf. Ursache ist eine über den Hubbereich bzw. Stellwinkel der Absperrscheibe lineare Durchflusskennlinie in dem Schwachlastbereich, die im oberen Hubbereich überproportional zunimmt.
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Um beim Anfahren einer Dampfturbine geringe Mengenströme exakt einstellen zu können, ist es bekannt, parallel zu einer auf den Nenn-Mengenstrom ausgelegten Regelklappe eine zweite, in der Regel kleiner dimensionierte Regelklappe in einer zur Rohrleitung, in der die auf den Nenn-Mengenstrom ausgelegte Regelklappe angeordnet ist, parallel angeordnete Bypassleitung anzuordnen. Eine derartige zweite Regelklappe, die lediglich zur Steuerung von kleinen Mengenströmen beim Anfahren der Dampfturbine benötigt wird, führt jedoch in Verbindung mit der zusätzlichen Bypassleitung zu einem hohen Bauaufwand.
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Um den Bauaufwand für eine derartige, parallel angeordnete zweite Regelklappe zu vermeiden, ist es aus der
DE 40 35 120 A1 bekannt, an einer Regelklappe mit einer doppelt-exzentrisch gelagerten Absperrscheibe ein elastisch deformierbares Dichtelement anzuordnen und konische Dichtflächen am Gehäuse vorzusehen, so dass im Schwachlastbereich bei einem geringen Stellwinkel der Absperrscheibe das Dichtelement an einem ersten Umfangsbereich an der Dichtfläche anliegt und somit die Absperrscheibe an diesem Umfangsbereich in dichtendem Kontakt mit dem Ventilsitz verbleit und lediglich an einem zweiten Umfangsbereich durch Abheben des Dichtelements von der Dichtfläche ein Durchfluss ermöglicht wird. Mit einer derartigen Regelklappe kann im Schwachlastbereich bei geringen Stellwinkeln der Absperrscheibe eine verbesserte Feindosierung des Mengenstromes erzielt werden. Eine derartige Regelklappe weist jedoch aufgrund der doppelt-exzentrisch gelagerten Absperrscheibe und der aufwändig herzustellen Dichtfläche einen hohen Bauaufwand auf. Zudem ist ein spezielles Dichtelement an der Absperrscheibe erforderlich, das aufgrund des Anliegens an der Dichtfläche bei einem Stellwinkel im Schwachlastbereich einem hohen Verschleiß ausgesetzt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelkappe der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Feindosierbarkeit des Mengenstroms im Schwachlastbereich bei geringem Bauaufwand aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Verbesserung des Regelverhaltens in einem angrenzend an die Sperrstellung angeordneten Schwachlastbereich
- • die Regelklappe mit einem Gehäuseeinsatz versehen ist, der mit einer kugelförmigen Innenkontur versehen ist, die an den Bewegungsbereich des Außenumfangs der Absperrscheibe im Schwachlastbereich angepasst ist und von dem Außenumfang der Absperrscheibe im Schwachlastbereich überstrichen wird, wobei in dem Gehäuseeinsatz mindestens eine von dem Außenumfang der Absperrscheibe angesteuerte Durchflussnut ausgebildet ist, die ausgehend von der Sperrstellung der Absperrscheibe mit zunehmendem Stellwinkel der Absperrscheibe einen zunehmenden Durchflussquerschnitt freigibt
und/oder - • die Absperrscheibe mit einem integrierten Zusatzventil versehen ist, das in der Sperrstellung der Absperrscheibe zwischen einer Sperrstellung und einer Öffnungsstellung betätigbar ist.
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Mit einem derartigen, einen Strömungseinsatz bildenden Gehäuseeinsatz, an dem die Absperrscheibe im Schwachlastbereich mit dem Außenumfang dichtend entlang streicht bzw. mit einer konstanten Spalthöhe entlang streicht und an dem mindestens eine Durchflussnut mit zunehmendem Stellwinkel einen zunehmenden Durchflussquerschnitt freigibt, kann der Regelbereich der Regelklappe im Schwachlastbereich bei kleinen Stellwinkeln der Absperrscheibe auf einfache Weise gestreckt werden und in dem Schwachlastbereich über die von der Absperrscheibe angesteuerten Durchflussnuten in dem Gehäuseeinsatz eine verbesserte Feindosierbarkeit des Mengenstroms über den Stellwinkel der Absperrscheibe erzielt werden. Ein derartiger Gehäuseeinsatz, der an einer kugelförmigen Innenkontur entsprechende Durchflussnuten aufweist, kann auf einfache Weise hergestellt werden, so dass die erfindungsgemäße Regelklappe einen einfachen Aufbau mit geringem Bauaufwand ermöglicht.
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Alternativ oder zusätzlich zu einem derartigen Gehäuseeinsatz kann die Feindosierbarkeit des Mengenstroms verbessert werden, wenn die Absperrscheibe mit einem integrierten Zusatzventil versehen ist, das bei in der Sperrstellung befindlicher Absperrscheibe in eine Öffnungsstellung betätigbar ist. Durch Öffnen des integrierten Zusatzventils kann bei in der Sperrstellung befindlicher Absperrscheibe somit die Steuerung bzw. Regelung des Mengenstroms im Feinsteuerbereich beim Anfahren der Dampfturbine gesteuert werden. Ein derartiges Zusatzventil, das in die Absperrscheibe integriert ist, weist einen geringen zusätzlichen Bauaufwand auf und ermöglicht ohne zusätzliche Bypassleitung eine verbesserte Feindosierung eines kleinen Mengenstroms beim Anfahren der Dampfturbine.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich der Mittelpunkt der kugelförmigen Innenkontur des Gehäuseeinsatzes auf der Drehachse der Absperrscheibe, wobei der Radius der kugelförmigen Innenkontur des Gehäuseeinsatzes im Wesentlichen dem Radius der Absperrscheibe entspricht. Hierdurch wird ein einfacher Aufbau des Gehäuseeinsatzes sowie der scheibenförmigen Absperrscheibe erzielt und in dem Stellwinkel innerhalb des Schwachlastbereichs ein dichtendes Anliegen der Absperrscheibe mit dem Außenumfang an dem Gehäuseeinsatz bzw. eine konstante Spalthöhe zwischen dem Außenumfang der Absperrscheibe und dem Gehäuseeinsatz erzielt, so dass der Mengenstroms über die von der Absperrscheibe angesteuerten Durchflussnuten in dem Gehäuseeinsatz in Abhängigkeit von dem Stellwinkel der Absperrscheibe gesteuert bzw. geregelt wird.
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Die mindestens eine Durchflussnut kann als Längsnut mit konstanter Breite ausgebildet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung weisen die Durchflussnuten in Öffnungsrichtung der Absperrscheibe ausgehend von der Sperrstellung über den Schwachlastbereich einen V-förmig zunehmenden Querschnitt auf. Derartige V-förmige Strömungskanäle als Durchflussnuten sind an der kugelförmigen Innenkontur des Gehäuseeinsatzes auf einfache Weise herstellbar.
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Die mindestens eine Durchflussnut kann mit einer konstanten Tiefe versehen sein. Mit besonderem Vorteil weist die die Durchflussnut ausgehend von der Sperrstellung über den Schwachlastbereich eine zunehmende Tiefe auf.
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Sofern die Länge des Gehäuseeinsatzes in Längsrichtung der Regelklappe auf den Schwachlastbereich der Absperrscheibe begrenzt ist, kann mit derartigen, bevorzugt im Querschnitt V-förmigen und in der Tiefe zunehmenden Durchflussnuten in dem Gehäuseeinsatz auf einfache Weise der Regelbereich der Regelklappe im Stellwinkelbereich des Schwachlastbereichs gestreckt werden, um eine verbesserte Feindosierung von kleinen Mengenströmen über den Stellwinkel der Absperrscheibe im Schwachlastbereich zu erzielen und nach dem Schwachlastbereich bei zunehmendem Stellwinkel der Absperrscheibe eine strömungshindernde Wirkung des Gehäuseeinsatzes vermieden werden.
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Bevorzugt ist der Gehäuseeinsatz von zwei halbkreisförmigen Ringelementen gebildet, die jeweils im Gehäuse angrenzend an den Ventilsitz angeordnet sind.
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Bei einem erfindungsgemäßen Regelventil mit einem in der Absperrscheibe integrierten Zusatzventil ergeben sich besondere Vorteile, wenn das Zusatzventil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der Öffnungsstellung einen Durchfluss aufweist, der im Wesentlichen dem Durchfluss der Absperrscheibe am Ende des Schwachlastbereichs entspricht. Dadurch wird es auf einfache Weise ermöglicht, den Durchfluss der Absperrscheibe am Ende des Schwachlastbereichs, der sich bei dem Stellwinkel der Absperrscheibe im Bereich von 10–20% des maximalen Stellwinkels der Absperrscheibe ergibt, auf den vollständigen Stellwinkel des Zusatzventils aufzulösen, wodurch zum Anfahren der Dampfturbine geringe Mengenströme über den vollständigen Stellwinkel des Zusatzventils in exakter und feiner Weise gesteuert bzw. geregelt wurden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Zusatzventil von einem in der Absperrscheibe angeordneten Ventilkörper gebildet, der mindestens eine in der Absperrscheibe ausgebildete Durchgangsöffnung, insbesondere Durchgangsbohrung, ansteuert. Da von dem Zusatzventil in der vollständig geöffneten Durchflussstellung lediglich der geringe Durchfluss am Ende des Schwachlastbereichs der Absperrscheibe gesteuert werden muss, kann das Zusatzventil gegenüber der Regelkappe in der Nennweite deutlich verringert werden und von einer in der Absperrscheibe ausgebildeten Durchgangsöffnung sowie einem die Durchgangsöffnung ansteuernden Ventilkörper gebildet werden, der in die Absperrscheibe integriert ist.
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Hinsichtlich eines einfachen Aufbaus ergeben sich besondere Vorteile, wenn der Ventilkörper gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung konzentrisch zur Drehachse in der Absperrscheibe bewegbar angeordnet ist. Durch eine konzentrische Anordnung des Ventilkörpers zur Drehachse der Absperrscheibe kann auf einfache Weise der Ventilkörper aus der die Drehachse der Absperrscheibe definierenden Lagerung bzw. Antriebswelle der Absperrscheibe herausgeführt werden, um eine Betätigung des Ventilkörpers des Zusatzventils zwischen der Sperrstellung und der Durchflussstellung bei geschlossener Absperrscheibe zu erzielen.
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Das Zusatzventil ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung als Drehschieberventil ausgebildet, das einen als Drehschieber ausgebildeten Ventilkörper aufweist, der mindestens eine Durchgangsbohrung in der Absperrscheibe ansteuert. Ein derartiges Drehschieberventil, mit einem drehbar in der Absperrscheibe angeordneten Drehschieber weist einen einfachen Aufbau auf.
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Bevorzugt ist der Drehschieber mit mindestens einer scheibenförmigen Steuerkante zur Ansteuerung der Durchgangsbohrung versehen. Das Zusatzventil stellt somit mit der scheibenförmigen Steuerkante eine Zusatz-Absperrscheibe dar, die in der scheibenförmigen Absperrscheibe der Regelklappe integriert ist.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Zusatzventil als Längsschieberventil ausgebildet, das einen als Längsschieber ausgebildeten Ventilkörper aufweist, der mindestens eine Durchgangsbohrung in der Absperrscheibe ansteuert.
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Der Längsschieber ist bevorzugt als Lochplatte ausgebildet, die die mindestens eine Durchgangsbohrung in der Absperrscheibe ansteuert. Ein derartiger Längsschieber ist auf einfache Weise herstellbar.
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Um einen von der Absperrscheibe der Regelklappe unabhängigen Betrieb des Zusatzventil zwischen der Sperrstellung und der Durchflussstellung zu ermöglichen, ist gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung zum Antrieb des Zusatzventils am Gehäuse der Regelklappe ein Zusatzantrieb angeordnet.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivische Darstellung der Regelklappe,
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2 einen Schnitt entlang der Linie A-A der 1,
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3 die 2 in einer weiteren Darstellung,
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4 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivische Darstellung der Regelklappe,
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5 einen Schnitt entlang der Linie B-B der 4 in einer vergrößerten Darstellung,
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6 eine dritte Ausführungsform der Erfindung in einer Draufsicht auf die Regelklappe,
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7 einen Schnitt entlang der Linie C-C der 6 in einer vergrößerten Darstellung und
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8 die 7 in einer weiteren Betriebsstellung.
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In den 1 bis 3 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regelklappe 1 dargestellt.
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Die Regelklappe 1 umfasst ein Gehäuse 2, das mittels Flanschverbindungen in eine Rohrleitung eingebaut werden kann. In dem Gehäuse 2 ist eine scheibenförmige Absperrscheibe 3 um eine Drehachse D drehbar zwischen einer Sperrstellung und einer Durchflussstellung angeordnet. Zur Lagerung der Absperrscheibe 3 um die Drehachse D sind am Gehäuse zwei Lagerzapfen 4a, 4b angeordnet, von denen in der 1 der Lagerzapfen 4a und in den 2, 3 der Lagerzapfen 4b dargestellt ist.
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Die Drehachse D befindet sich auf einer Längsachse L des Gehäuses 2 und somit der Rohrleitung und ist senkrecht zur Längsachse L angeordnet. Der Mittelpunkt der kreisringförmigen Absperrscheibe 3 befindet sich auf der Drehachse D und schneidet die Längsachse L.
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Zwischen dem Gehäuse 2 und der scheibenförmigen Absperrscheibe 3 ist ein sogenannter Step-Seat-Ventilsitz ausgebildet, bei der die Absperrscheibe 3 in der Sperrstellung stirnseitig an einem Ventilsitz 5 im Gehäuse 2 anliegt.
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Der Ventilsitz 5 ist von zwei halkreisförmigen Ventilsitzkörpern 5a, 5b gebildet, die am Innenumfang 2a des Gehäuses 2 gehäuseabsatzartig nach radial Innen weisend angeordnet sind und in Längsrichtung des Gehäuses 2 versetzt angeordnet sind und sich jeweils von dem Lagerzapfen 4a zu dem Lagerzapfen 4b in Umfangsrichtung des Gehäuses 3 erstrecken. Die beiden Ventilsitzkörpern 5a, 5b sind derart in Längsrichtung des Gehäuses 2 versetzt angeordnet, dass eine Stirnseite 6 am Ventilsitzkörper 5a und eine Stirnseite 7 des Ventilsitzkörpers 5b in einer Querebene liegen und die Dichtfläche des Ventilsitzes 5 bilden.
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Die Absperrscheibe 3 ist mit einem V-förmigen Querschnitt versehen, der sich ausgehend von dem mittleren Bereich der Drehachse D zu dem Außenumfang jeweils verjüngen. Mit dieser Querschnittsform kann in der in der 1 dargestellten Öffnungsstellung der Regelklappe 1, in der sich die Absperrscheibe 3 in Längsrichtung L des Gehäuses 2 und somit der Rohrleitung befindet, eine strömungsgünstige Anordnung der Absperrscheibe 3 erzielt werden.
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Am Außenumfang ist die Absperrscheibe 3 mit einem wulstartigen, umlaufenden Dichtfortsatz 8 versehen, wobei die Absperrscheibe 3 im Bereich des Dichtfortsatzes 8 mit einer Stirnseite 3a in der geschlossenen Sperrstellung an der Dichtfläche 6 des Ventilsitzkörpers 5a flächig und dichtend anliegt und mit einer gegenüberliegenden Stirnseite 3b an der Dichtfläche 7 des Ventilsitzkörpers 5b flächig und dichtend anliegt. In der Sperrstellung, in der die Absperrscheibe 2 senkrecht zur Längsachse L angeordnet ist, ist die Rohrleitung abgesperrt und es wird ein Durchfluss von Null bzw. nahe Null erzielt.
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Angrenzend an die Sperrstellung, bei der die Absperrscheibe 3 einen Stellwinkel von 0° aufweist, weist die Regelklappe 1 einen Schwachlastbereich S auf, der in der 2 näher dargestellt ist. Der Schwachlastbereich S erstreckt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel auf einen Stellbereich mit einem Stellwinkel im Bereich von 0° bis ca. 30° der Absperrscheibe 3.
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Um in diesem Schwachlastbereich S das Regelverhalten der Regelklappe 1 zu verbessern und eine verbesserte Feindosierbarkeit von kleinen Mengenströmen in der Rohrleitung zu ermöglichen, ist bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 erfindungsgemäß ein Gehäuseeinsatz 10 versehen.
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Der Gehäuseeinsatz 10 ist von zwei, in Umfangsrichtung halbkreisförmigen Ringelementen 10a, 10b gebildet. Das Ringelement 10a ist am Innenumfang 2a des Gehäuses 2 in Öffnungsrichtung der Absperrscheibe 3 mit einer vorderen Stirnseite angrenzend an die Dichtfläche 6 des Ventilsitzkörpers 5a angeordnet und im Gehäuse 2 befestigt und erstreckt sich bevorzugt in Umfangsrichtung des Gehäuses 2 von dem Lagerzapfen 4a zu dem Lagerzapfen 4b. Entsprechend ist das Ringelement 10b am Innenumfang 6 des Gehäuses 2 in Öffnungsrichtung der Absperrscheibe 3 mit einer vorderen Stirnseite angrenzend an die Dichtfläche 7 des Ventilsitzkörpers 5b angeordnet und im Gehäuse 2 befestigt und erstreckt sich bevorzugt in Umfangsrichtung des Gehäuses 2 von dem Lagerzapfen 4a zu dem Lagerzapfen 4b Die beiden Ringelement 10a, 10b weisen jeweils eine kugelförmige Innenkontur 11 auf, deren Mittelpunkt auf der Drehachse D und somit der Mittelachse der scheibenförmigen Absperrscheibe 3 liegt und die Längsachse L schneidet. Der Radius der Innenkontur 11 entspricht im Wesentlichen dem Radius der Absperrscheibe 3 an der Außenkante des Dichtfortsatzes 8, so dass die kugelförmige Innenkontur 11 des Gehäuseeinsatzes 10 bei einem Stellwinkel innerhalb des Schwachlastbereich S an die Kreisbahn des Dichtfortsatzes 8, die der Dichtfortsatz 8 beim Öffnen von der Sperrstellung im Schwachlastbereich S beschreibt, angepasst ist und der Dichtfortsatz 8 die kugelförmige Innenkontur 11 bevorzugt dichtend überstreicht.
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Die axiale Länge des von den beiden Ringelementen 10a, 10b gebildeten Gehäuseeinsatzes 10 in Längsrichtung L des Gehäuses 2 und somit der Rohrleitung ist auf den Schwachlastbereich S der Absperrscheibe 3 begrenzt. Die hintere Stirnseite der Ringelemente 10a, 10b befindet sich somit im Bereich des Endes des Schwachlastbereich S der Absperrscheibe 3, so dass die Ringelemente 10a, 10b enden, wenn die Absperrscheibe 3 mit dem Dichtfortsatz 8 mit zunehmendem Stellwinkel den Schwachlastbereich S verlässt.
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In den beiden Ringelementen 10a, 10b des Gehäuseeinsatzes 10 ist jeweils mindestens eine Durchflussnut 15 an der Innenkontur 11 angeordnet, die von dem Dichtfortsatzes 8 der Absperrscheibe 3 innerhalb des Schwachlastbereichs S angesteuert werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind an den Ringelementen 10a, 10b jeweils mehrere in Umfangsrichtung verteilte Durchflussnuten 15 angeordnet.
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Die Durchflussnuten 15 weisen jeweils ausgehend von der Sperrstellung der Absperrscheibe 3 einen zunehmenden Querschnitt auf, um mit zunehmendem Stellwinkel der Absperrscheibe 3 im Schwachlastbereich S einen zunehmenden Durchflussquerschnitt freizugeben.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Durchflussnuten 15 ausgehend von der vorderen Stirnseite zur hinteren Stirnseite und somit ausgehend von der Sperrstellung der Absperrscheibe 3 über den Schwachlastbereich S der Absperrscheibe 3 einen V-förmigen zunehmenden Querschnitt in Umfangsrichtung der Ringelemente 10a, 10b gesehen auf. Die V-förmigen Durchflussnuten 15 befindet sich mit der Spitze im Bereich der vorderen Stirnseite des Ringelements 10a bzw. 10b angrenzend an die Dichtfläche 6 bzw. 7 des Ventilsitzkörpers 5a bzw. 5b und münden mit den Enden in die hintere Stirnseite des Ringelements 10a bzw. 10b. Weiterhin ist die Tiefe der in der Innenkontur 11 der Ringelemente 10a, 10b eingearbeiteten Durchflussnuten 15 ausgehend von der vorderen, in radialer Richtung dünnen Stirnseite der Ringelemente 10a, 10b zur hinteren, in radialer Richtung dicken Stirnseite der Ringelemente 10a, 10b und somit ausgehend von der Sperrstellung der Absperrscheibe 3 über den Schwachlastbereich S der Absperrscheibe 3 zunehmend.
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Die von dem Dichtfortsatz 8 am Außenumfang der Absperrscheibe 3 angesteuerten Durchflussnuten 15 ergeben somit ausgehend von der Sperrstellung der Absperrscheibe 3 bei zunehmendem Stellwinkel der Absperrscheibe 3 innerhalb des Schwachlastbereich S einen vergrößerten Durchfluss, wobei der Durchfluss in der Rohrleitung von den freigegebenen Querschnitten der Durchflussnuten 15 bestimmt wird. Der Gehäuseeinsatz 10 mit den Durchflussnuten 15 stellt somit einen Strömungseinsatz im Gehäuse 2 dar, der den Durchfluss der Absperrscheibe 3 innerhalb des Schwachlastbereichs S bestimmt. Mit den Durchflussnuten 15 im Gehäuseeinsatz 10 kann somit der Regelbereich der Absperrscheibe 3 bei kleinen Mengenströmen in dem Stellbereich der Absperrscheibe 3 innerhalb des Schwachlastbereichs S bei kleinen Öffnungswinkeln der Absperrscheibe 3 gestreckt werden, so dass geringe Mengenströme exakt und fein gesteuert werden können.
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In den 4 und 5 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind.
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Gemäß den 4 und 5 ist die Regelklappe 1 mit einem in der Absperrscheibe 3 integrierten Zusatzventil 20 versehen, das unabhängig von der Stellung der Absperrscheibe 3 zwischen einer Sperrstellung und einer Öffnungsstellung betätigbar ist. In den 4 und 5 ist die Absperrscheibe 3 in der Sperrstellung dargestellt.
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Das Zusatzventil 20 weist eine derartige Nennweite auf, dass in der vollständigen Öffnungsstellung des Zusatzventils 20 ein Durchfluss erzielt wird, der im Wesentlichen dem Durchfluss der Absperrscheibe 3 am Ende des Schwachlastbereichs S entspricht. Sofern der Schwachlastbereich ca. die ersten 10% des Stellbereichs der Absperrscheibe 3 angrenzend an die Sperrstellung entspricht, weist somit das Zusatzventil bei 100% Stellbereich in der vollständigen Öffnungsstellung einen Durchfluss auf, der im Wesentlichen dem Durchfluss der Absperrscheibe 3 am Ende des 10% Stellbereichs entspricht. Mit dem Zusatzventil 20 wird somit der ca. 10% des Stellbereichs der Absperrscheibe 3 umfassende Schwachlastbereich S abgedeckt, wobei zur Steuerung des Mengenstromes im Schwachlastbereich S der vollständige 100% Stellbereich des Zusatzventils 20 zur Verfügung steht. Die Nennweite des Zusatzventils 20 entspricht hierbei ca. dem Faktor 0,1 der Nennweite der Absperrscheibe 3. Geringe Mengenströme im Schwachlastbereich S der Absperrscheibe 3 können somit bei in der Sperrstellung befindlichen Absperrscheibe 3 über den 100% Stellbereich des Zusatzventils 20 gesteuert und geregelt werden, so dass mit dem integrierten Zusatzventil 20 eine feine und exakte Steuerung von geringen Mengenströmen ermöglicht wird.
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In den 4 und 5 ist das Zusatzventil 20 von einem Drehschieberventil gebildet, das einen als Drehschieber ausgebildeten, vollwellenartigen Ventilkörper 21 aufweist, der eine als Durchgangsbohrung ausgebildete Durchgangsöffnung 22 in der Absperrscheibe 3 ansteuert. Die Durchgangsöffnung 22 ist in der in den 4 und 5 dargestellten Sperrstellung der Absperrscheibe 3 in Längsrichtung L des Gehäuses 2 und somit der Rohrleitung ausgerichtet. Der als Drehschieber ausgebildete Ventilkörper 21 des Zusatzventils 20 ist hierbei um die Drehachse D der Absperrscheibe 3 zwischen einer Sperrstellung und einer Öffnungsstellung verschwenkbar. Zur Ansteuerung der Durchgangsöffnung 22 ist der wellenartige Drehschieber mit einer scheiben- bzw. plattenförmigen Steuerkante 23 versehen.
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Der als Drehschieber ausgebildete Ventilkörper 21 ist in einer konzentrisch zur Drehachse D angeordneten Aufnahmebohrung 25 der Absperrscheibe 3 drehbar angeordnet. Der Ventilkörper 21 erstreckt sich über eine entsprechende, konzentrisch zur Drehachse D angeordnete Aufnahmebohrung 26 in dem Lagerzapfen 4a, an dem die Absperrscheibe 3 um die Drehachse D drehbar gelagert ist, zur Außenseite des Gehäuses 2 und steht zum Antrieb mit einem an dem Gehäuse 2 angeordneten Zusatzantrieb 30 in Verbindung. Der Zusatzantrieb 30 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Drehantrieb ausgebildet, mit dem der als Drehschieber ausgebildete Ventilkörper 21 des Zusatzventils 20 ausgehend von der in der 5 dargestellten Sperrstellung, in der die Steuerkante 23 senkrecht zur Längsachse L angeordnet ist und die Durchgangsöffnung 22 absperrt, um 90° in eine Öffnungsstellung des Zusatzventils 20 betätigbar ist.
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In den 4 und 5 ist weiterhin ein Hauptantrieb 31 zum Antrieb der Absperrscheibe 3 dargestellt. Der Hauptantrieb 31 steht mit einer konzentrisch zur Drehachse D angeordneten Antriebswelle 32 in Verbindung, die sich durch eine konzentrisch zur Drehachse D angeordnete Aufnahmebohrung 27 in dem Lagerzapfen 4b, an dem die Absperrscheibe 3 um die Drehachse D drehbar gelagert ist, in Richtung der Absperrscheibe 3 erstreckt. Zur Kopplung der Antriebswelle 32 mit der Absperrscheibe 3 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Querstifte 33 vorgesehen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 und 5 bildet somit das Zusatzventil 20 eine Zusatz-Absperrscheibe in der scheibenförmige Absperrscheibe 3, um geringe Mengenströme im Bereich des Schwachlastbereichs S der Absperrscheibe 3 bei geschlossener Absperrscheibe 3 über das Zusatzventil 20 zu steuern bzw. zu regeln. Die Regelklappe 1 stellt somit eine Doppelregelklappe dar. Das als Drehschieberventil ausgebildete Zusatzventil 20 ermöglicht eine Durchflusskennlinie, die einen der Absperrscheibe 3 vergleichbaren Verlauf, jedoch mit verringertem maximalen Durchfluss aufweist, so dass eine gleiche Regelcharakteristik für das Zusatzventil 20 und die Absperrscheibe 3 erzielt wird.
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In dem Ausführungsbeispiel der 6 bis 8 ist das in die Absperrscheibe 3 integrierte Zusatzventil 20 als Längsschieberventil ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Zusatzventil 20 mehrere, jeweils als Durchgangsbohrung ausgebildete Durchgangsöffnungen 22 in der Absperrscheibe 3. Der Ventilkörper 21 des Zusatzventils 20 ist von einem, am Ende als Lochplatte ausgebildeten Längsschieber gebildet, der in der Aufnahmebohrung 25 der Absperrscheibe 3 entlang der Drehachse D längsverschiebbar angeordnet ist. Der Ventilkörper 21 erstreckt sich weiterhin durch die konzentrisch zur Drehachse D angeordnete Aufnahmebohrung 26 in dem Lagerzapfen 4a, an dem die Absperrscheibe 3 um die Drehachse D drehbar gelagert ist, zur Außenseite des Gehäuses 2 und steht mit dem nicht näher dargestellten Zusatzantrieb 31 in Verbindung, der hierbei als Hubantrieb ausgebildet ist.
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Der als Lochplatte ausgebildete Ventilkörper 21 ist hierbei für jede Durchgangsbohrung 22 mit einer bohrungsförmigen Steuerausnehmung 28 versehen. Bevorzugt weisen die Durchgangsbohrungen 22 und die Steuerausnehmungen 28 identische Durchmesser auf. Der Ventilkörper 21 des Zusatzventils 20 ist in der in den 6 bis 8 dargestellten Sperrstellung der Absperrscheibe 3 zwischen einer Sperrstellung und einer Durchflussstellung betätigbar. In der 7 befindet sich das Zusatzventil 20 in der Öffnungsstellung, in der der als Lochplatte ausgebildete Ventilkörper 21 mit den Steuerausnehmungen 28 die Durchgangsöffnungen 22 in der Absperrscheibe 3 freigibt. In der 8 ist die Sperrstellung des Zusatzventils 20 dargestellt, wobei der Hub des Ventilkörpers 21 derart bemessen ist, dass die Steuerausnehmungen 28 zwischen benachbart angeordneten Durchgangsöffnungen 22 angeordnet sind, so dass die Lochplatte mit flächigen Abschnitten zwischen den Steuerausnehmungen 28 die Durchgangsöffnungen 22 absperrt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 bis 8 bildet somit das Zusatzventil 20 einen Zusatz-Absperrschieber in der scheibenförmige Absperrscheibe 3, um geringe Mengenströme im Bereich des Schwachlastbereichs S der Absperrscheibe 3 bei geschlossenen Absperrscheibe 3 über das Zusatzventil 20 zu steuern bzw. zu regeln.
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Das Zusatzventil 20 der 6 bis 8 ist hinsichtlich des Durchflusses in der Öffnungsstellung wie das Zusatzventil 20 der 4 und 5 derart ausgelegt, um den Durchfluss der Absperrscheibe 3 im Schwachlastbereich S bei geringen Stellwinkeln über den vollständigen Hub des Zusatzventils 20 zu steuern.
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Die integrierten Zusatzventile 20 der 4 bis 8 sind bevorzugt derart ausgeführt, dass in der Sperrstellung der Absperrscheibe 3 und in der Sperrstellung des Zusatzventils 20 die Rohrleitung abgesperrt und ein Durchfluss von Null bzw. nahe Null erzielt werden.
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Die Regeklappen 1 der 1 bis 8 weisen bezüglich des Aufbaus des Gehäuses 2, der Absperrscheibe 3 und des als Step-Seat-Ventilsitz ausgebildeten Ventilsitzes 5 einen identischen Aufbau auf.
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Die erfindungsgemäße Regelklappe 1 mit dem Gehäuseeinsatz 10 und/oder dem in der Absperrscheibe 3 integrierten Zusatzventil 20 ermöglicht bei einem einfachen und kostengünstigen Aufbau der Regelklappe 1 eine verbesserte Dosierbarkeit und feine Steuerbarkeit von geringem Mengenströmen im Schwachlastbereich der Absperrscheibe 3, um ein Anfahren einer Dampfturbine zu ermöglichen.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 und 5 kann das als Drehschieberventil ausgebildete Zusatzventil 20 mit mehreren Steuerkanten versehen sein, um mehrere bohrungsförmige Durchgangsöffnungen 22 in der Absperrscheibe 3 anzusteuern. Die Durchgangsöffnungen 22 können dabei gleiche oder unterschiedliche Größe aufweisen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 6 bis 8 können bei einem als Längsschieberventil ausgebildeten Zusatzventil 20 mit mehreren Durchgangsöffnungen 22 die Durchgangsöffnungen 22 gleichen oder unterschiedlichen Querschnitt aufweisen. Zudem kann das als Längsschieberventil ausgebildete Zusatzventil 20 lediglich eine einzige Durchgangsöffnung 22 in der Absperrscheibe 3 ansteuern.
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Die Durchflussnuten 15 an der Innenkontur 11 des Gehäuseeinsatzes 10 der 1 bis 3 können anstelle des V-förmigen Querschnitts auch andere Querschnitte aufweisen, mit denen eine entsprechende Zunahme des Durchflusses gemäß einer gewünschten Durchflusskennlinie bei einer Betätigung der Absperrscheibe 3 innerhalb des Schwachlastbereichs S erzielt werden kann.
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Weiterhin ist eine Kombination eines die Funktion eines Strömungseinsatzes aufweisenden Gehäuseeinsatzes 10 mit den Durchflussnuten 15 in der Innenkontur 11 gemäß den 1 bis 3 in Verbindung mit einem integrierten Zusatzventil 20 gemäß den 4 bis 8 bei einer erfindungsgemäßen Regelklappe 1 möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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