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Die Erfindung betrifft ein Segmentplattenventil mit einem Ventilgehäuse, mit einer an dem Ventilgehäuse drehfest angeordneten Festscheibe, mit einer drehbar in dem Ventilgehäuse gelagerten Losscheibe und mit einer an dem Ventilgehäuse angeordneten und mit der Losscheibe in Wirkverbindung stehenden Verstellvorrichtung, wobei die Losscheibe an der Festscheibe flächig anliegt, wobei die Losscheibe und die Festscheibe aneinander angepasste Durchflussöffnungen aufweisen, wobei die Losscheibe in eine Offenstellung und eine Schließstellung drehbar ist, wobei die Durchflussöffnungen der Losscheibe und der Festscheibe in der Offenstellung aneinander angrenzen und Durchflusskanäle bilden und wobei die Durchflussöffnungen der Losscheibe und der Festscheibe in der Schließstellung zueinander versetzt sind.
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Segmentplattenventile werden zur Durchflusssteuerung bei einer Vielzahl unterschiedlicher technischer Anlagen eingesetzt. Zur Durchflusssteuerung kann ein Öffnungsquerschnitt der von den Durchflussöffnungen der Losscheibe und der Festscheibe gebildeten Durchflusskanäle durch Verdrehen der Losscheibe mithilfe der Verstellvorrichtung kontinuierlich geändert werden. In der Schließstellung grenzen die Durchflussöffnungen der Losscheibe und die Durchflussöffnungen der Festscheibe jeweils in einem Bereich der Festscheibe bzw. der Losscheibe an die Festscheibe bzw. Losscheibe an, indem keine Durchflussöffnungen angeordnet sind. In der Schließstellung ist der Durchflussquerschnitt des Segmentplattenventils daher null. Die bekannten Segmentplattenventile ermöglichen eine besonders genaue Durchflusssteuerung und einen großen Verstellbereich.
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Die bekannten Segmentplattenventile können beispielsweise auch zur Durchflusssteuerung bei Dampfturbinen bzw. Dampfturbinenanordnungen eingesetzt werden. Bei Dampfturbinenanordnungen, bei denen mehrere Dampfturbinen nacheinander von heißem Dampf durchströmt und auf diese Weise angetrieben werden, werden Ventile beispielsweise zur Entnahme heißen Dampfs aus dem Strömungskanal eingesetzt. Zu diesem Zweck wird der koaxial um den Läufer aus einer ersten Dampfturbine austretende heiße Dampf in einen beanstandet zu dem Läufer angeordneten Strömungskanal geleitet. An dem Strömungskanal ist eine Entnahmeleitung angeordnet, in die heißer Dampf beispielsweise über ein geeignetes in dem Strömungskanal angeordnetes Wegeventil geleitet werden kann. Auf diese Weise kann heißer Dampf beispielsweise zu Heizungszwecken verwendet werden oder die Turbinenleistung angepasst werden.
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Der Strömungskanal mündet in eine zweite Dampfturbine, so dass der nicht entnommene Dampf die zweite Dampfturbine durchströmt und antreibt. Durch die für die Entnahme bzw. Durchflusssteuerung erforderliche mehrfache Umleitung des heißen Dampfs von der ersten Dampfturbine zu der zweiten Dampfturbine wird dem heißen Dampf Energie entzogen, so dass der Gesamtwirkungsgrad der Dampfturbinenanordnung sinkt. Zudem ist eine bezüglich des Wirkungsgrads erwünschte zu dem Läufer koaxiale Anströmungsrichtung von Turbinenschaufeln der zweiten Dampfturbine nicht oder nur mit einem erheblichen Aufwand möglich. Dadurch wird der Gesamtwirkungsgrad der Dampfturbinenanordnung weiter reduziert bzw. die Herstellungskosten der Anlage erhöht.
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Als Aufgabe der Erfindung wird es angesehen, die bekannten Segmentplattenventile so weiter zu entwickeln, dass bei ihrem Einsatz in technischen Anlagen wie beispielsweise Dampfturbinenanordnungen oder dergleichen eine weitere Wirkungsgradverbesserung und Kostensenkung erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Festscheibe und die Losscheibe jeweils eine Axialbohrung aufweisen, wobei an der Festscheibe ein Lagerungselement ausgebildet ist und wobei die Losscheibe drehbar gelagert an dem Lagerungselement angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Segmentplattenventil beispielsweise um eine Maschinenwelle angeordnet werden, wobei die Maschinenwelle in den Axialbohrungen der Festschreibung der Losscheibe angeordnet ist. Dadurch wird eine Vielzahl neuer Einsatzgebiete für die Segmentplattenventile erschlossen.
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Die Durchmesser der Axialbohrungen der Festscheibe und der Losscheibe sowie die Größen der Festscheibe und der Losscheibe können einfach an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. So können die Durchmesser der Axialbohrungen beispielsweise an einen Durchmesser einer in den Axialbohrungen anzuordnenden Maschinenwelle angepasst werden. Je nach Durchmesser der Axialbohrungen und Größe der Festscheibe und der Losscheibe weisen die Festscheibe und die Losscheibe einen mehr oder weniger ringförmigen Querschnitt auf.
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Zweckmäßigerweise weisen die Axialbohrungen der Losscheibe und der Festscheibe eine gemeinsame Achse auf.
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Bei dem Lagerungselement kann es sich beispielsweise um mehrere konzentrisch um die Axialbohrung der Festscheibe an der Festscheibe angeordnete und an der Festscheibe drehbar gelagerte Rollelemente handeln, die an einer Innenfläche der Axialbohrung der Losscheibe anliegen, so dass die Losscheibe auf den Rollelementen drehbar gelagert an der Festscheibe angeordnet ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften und kostengünstig herstellbaren Ausgestaltung des Segmentplattenventils ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass es sich bei dem Lagerungselement um einen an einem Rand einer Festscheibenaxialbohrung ausgebildeten kreisförmigen Lagerungswulst handelt und dass der Lagerungswulst in einer Losscheibenaxialbohrung angeordnet ist, so dass die Losscheibe drehbar gelagert auf dem Lagerungswulst angeordnet ist. Der Lagerungswulst bzw. die Festscheibe mit der Lagerungswulst ist einfach beispielsweise in einem Gussverfahren aus einem geeigneten Metall herstellbar.
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Zweckmäßigerweise wird die Axialbohrung der Losscheibe zur Lagerung auf dem Lagerungselement der Festscheibe verwendet. Zu diesem Zweck können beispielsweise entlang einer Innenfläche der Axialbohrung der Losscheibe geeignete Gleitelemente angeordnet sein.
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Zur Lagerung der Losscheibe auf dem Lagerungswulst oder den Rollelementen oder ähnlichen Lagerungselementen der Festscheibe weist die Axialbohrung der Losscheibe zweckmäßigerweise einen größeren Querschnitt auf, als die Axialbohrung der Festscheibe. Der Querschnitt der Axialbohrung der Losscheibe ist abhängig von der Anordnung, der Form und der Größe des Lagerungselements.
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Es ist aber auch möglich und zweckmäßigerweise vorgesehen, dass an der Losscheibe ein Führungselement angeordnet ist, wobei das Führungselement mit dem Lagerungselement in Eingriff steht und die Losscheibe über das Führungselement auf dem Lagerungselement drehbar gelagert ist.
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Um die Lagerung der Losscheibe auf dem Lagerungswulst weiter zu verbessern ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Losscheibe über Laufrollen auf dem Lagerungswulst drehbar gelagert angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine besonders reibungsarme und damit einfacher zu steuernde Verstellung der Losscheibe ermöglicht werden.
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Und das Segmentplattenventile einfach beispielsweise auf eine Maschinenwelle montieren und demontieren zu können ist erfindungsgemäß vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Ventilgehäuse, die Festscheibe und die Losscheibe zweiteilig ausgestaltet sind. Beispielsweise ist es möglich das Ventilgehäuse, die Festscheibe und die Losscheibe entlang einer durch die gemeinsame Achse der Axialbohrungen der Festscheibe und der Losscheibe verlaufenden Ebene zweiteilig auszugestalten, wobei die jeweiligen Teilelemente des Ventilgehäuses, der Festscheibe und der Losscheibe lösbar verbindbar ausgestaltet sind. Auf diese Weise ist es zur Montage des Segmentplattenventils möglich, zunächst eine erste Hälfte des zweigeteilten Segmentplattenventils beispielsweise an einer Maschinenwelle anzuordnen und anschließend die zweite Hälfte an der Maschinenwelle anzuordnen und mit der ersten Hälfte zu verbinden. Zur Verbindung der Teilelemente können beispielsweise geeignete Schraubverbindungen oder dergleichen verwendet werden.
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Ebenso einfach ist es möglich, dass Segmentplattenventil durch Lösen der Verbindung der Teilelemente beispielsweise von einer in den Axialbohrung der Festscheibe und der Losscheibe angeordneten Maschinenwelle zu demontieren.
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Um die Montage und Demontage des Segmentplattenventils weiter zu vereinfachen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verstellvorrichtung zweiteilig ausgestaltet ist. Auf diese Weise kann beispielsweise ein erster Teil der Verstellvorrichtung an dem Ventilgehäuse angeordnet sein, während ein mit dem ersten Teil in Eingriff stehender und für die Herstellung der Wirkverbindung zwischen der Verstellvorrichtung und der Losscheibe erforderlicher zweiter Teil an der Losscheibe angeordnet ist. Dadurch kann die Losscheibe einfach montiert und demontiert werden.
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Das erfindungsgemäße Segmentplattenventil kann vorteilhafterweise besonders kostengünstig dadurch hergestellt werden, dass die Festscheibe als Ausformung des Ventilgehäuses ausgebildet ist. Auf diese Weise können die Festscheibe und das Ventilgehäuse gemeinsam beispielsweise mit einem geeigneten Gussverfahren aus einem Metall hergestellt werden.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Segmentplattenventils ist vorgesehen, dass auf einer Innenfläche der Festscheibenaxialbohrung ein Dichtungselement angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Segmentplattenventil beispielsweise gegen eine in den Axialbohrungen angeordnete Maschinenwelle abgedichtet werden, so dass eine Strömung in einem Luftspalt zwischen der Maschinenwelle und den Innenflächen der Axialbohrungen vermieden wird. Beim Dichtungselement handelt es sich zweckmäßigerweise um ein Labyrinthdichtungselement.
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Besonders gute Strömungseigenschaften des Segmentplattenventils können dadurch erreicht werden, dass die Durchflussöffnungen der Festscheibe einen näherungsweise rechteckigen Querschnitt aufweisen. Zweckmäßigerweise weisen die näherungsweise rechteckigen Durchflussöffnungen abgerundete Ecken und einen ringsegmentförmigen Querschnitt auf.
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Eine weitere Verbesserung der Strömungseigenschaften des Segmentplattenventils kann vorteilhafterweise dadurch erzielt werden, dass der Querschnitt der rechteckigen Durchflussöffnungen der Festscheibe auf einer ersten Festscheibenseite größer ist als der Querschnitt der rechteckigen Durchflussöffnungen der Festscheibe auf einer zweiten Festscheibenseite, so dass sich der Querschnitt der rechteckigen Durchflussöffnungen der Festscheibe von der zweiten Festscheibenseite zu der ersten Festscheibenseite konisch vergrößert.
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Eine besonders gute Steuerbarkeit der sich einstellenden Durchflussmenge kann dadurch erreicht werden, dass Durchflussöffnungen der Losscheibe einen näherungsweise dreiecksförmigen Querschnitt oder einen näherungsweise trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Die im Wesentlichen kreisförmigen bzw. trapezförmigen Durchflussöffnungen weisen zweckmäßigerweise ebenfalls abgerundete Ecken auf.
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Vorteilhafterweise wird die Losscheibe dadurch an der Festscheibe angelegt, dass an dem Gehäuse ein Federhalter mit einer Feder angeordnet ist, wobei ein Gleitring zwischen dem Federhalter und der Losscheibe angeordnet ist und an der Losscheibe anliegt, wobei sich die Feder gegen den Federhalter und den Gleitring abstützt, so dass die Feder über den Gleitring eine Kraft auf die Losscheibe ausübt und die Losscheibe auf die Festscheibe gepresst wird. Auf diese Weise kann auch eine unerwünschte Strömung in der Schließstellung vermieden werden, da die Ausbildung eines Luftspalts zwischen der Losscheibe und der Festscheibe in der Schließstellung vermieden wird.
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Die Erfindung betrifft auch eine Dampfturbinenanordnung mit einer ersten Dampfturbine, mit einer zweiten Dampfturbine und einem zwischen der ersten Dampfturbine und der zweiten Dampfturbine angeordneten Strömungskanal, wobei die erste Dampfturbine und die zweite Dampfturbine einen gemeinsamen Läufer aufweisen.
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Der Wirkungsgrad einer solchen Dampfturbinenanordnung kann dadurch weiter verbessert werden, dass ein wie vorangehend beschriebenes Segmentplattenventil in dem Strömungskanal angeordnet ist, wobei der Läufer in der Festscheibenaxialbohrung der Festscheibe angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, einen axial um den Läufer angeordneten Strömungskanal zu verwenden, wobei der aus der ersten Dampfturbine austretende heiße Dampf ungehindert und ohne Umlenkung durch den Strömungskanal und die konzentrisch um die Läuferachse in der Losscheibe und der Festscheibe angeordneten Durchflussöffnungen in die zweite Turbine strömen kann. Die Turbinenleistung kann einfach dadurch angepasst werden, dass der Durchflussquerschnitt der Durchflusskanäle durch Verdrehen der Losscheibe entsprechend der jeweiligen Anforderungen geändert wird.
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Der Wirkungsgrad der Dampfturbinenanordnung kann dadurch weiter verbessert werden, dass die Durchflussöffnungen der Losscheibe und der Festscheibe axial fluchtend zu Turbinenschaufeln der zweiten Dampfturbine angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine bezüglich des Wirkungsgrads besonders vorteilhafte Anströmung der Turbinenschaufeln erreicht werden.
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Um das Segmentplattenventil und den Läufer gegeneinander abzudichten und eine unerwünschte Dampfströmung durch einen Luftspalt zwischen der Innenfläche der Axialbohrungen und dem Läufer zu vermeiden ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an dem Läufer ein an die Innenfläche der Axialbohrung der Festscheibe angepasstes Dichtungselement angeordnet ist. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Dichtungselement um ein Labyrinthdichtungselement, das an ein entsprechendes an der Innenseite der Festscheibenaxialbohrung des Segmentplattenventils angeordnetes Labyrinthdichtungselement angepasst ist.
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Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ventilgehäuse des Segmentplattenventils mit einem Gehäuse des Strömungskanals verbunden ist. Zweckmäßigerweise wird das Segmentplattenventil mithilfe von an dem Ventilgehäuse angeordneten Flanschen mit entsprechenden Flanschen der Strömungskanals oder der ersten oder zweiten Dampfturbine verbunden.
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Bei der besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dampfturbinenanordnung ist vorgesehen, dass an dem Strömungskanal ein Entnahmeventil angeordnet ist. Auf diese Weise kann einfach heißer Dampf beispielsweise zu Heizungszwecken aus dem Strömungskanal entnommen werden. Zweckmäßigerweise ist das Entnahmeventil zwischen der ersten Dampfturbine und dem Segmentplattenventil an dem Strömungskanal angeordnet. Auf diese Weise kann die entnommene Dampfmenge besonders einfach und genau durch Änderung des Durchflussquerschnitts der Durchflusskanäle des Segmentplattenventils gesteuert werden, indem ein Staudruck der Dampfströmung in Strömungsrichtung vor dem Segmentplattenventil variiert wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Segmentplattenventils und der erfindungsgemäßen Dampfturbinenanordnung werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine schematisch dargestellte Ansicht eines Segmentplattenventils,
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2 das in 1 schematisch dargestellte Segmentplattenventil aus einer alternativen Perspektive,
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3 einen schematisch dargestellten Ausschnitt einer Einlassseite des in den 1 und 2 gezeigten Segmentplattenventils,
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4 einen schematisch dargestellten Ausschnitt einer Auslassseite des in den 1–3 gezeigten Segmentplattenventils,
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5 eine schematisch dargestellte Ansicht einer Losscheibe,
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6 eine schematisch dargestellte Ansicht einer Hälfte eines Ventilgehäuses und einer Festscheibe.
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1 zeigt eine schematisch dargestellte Ansicht eines zweiteilig ausgestalteten Segmentplattenventils 1, mit einem Ventilgehäuse 2 und einer an dem Ventilgehäuse 2 angeordneten Verstellvorrichtung 3. An dem Ventilgehäuse 2 des Segmentplattenventils 1 sind Anschlussflansche 4 ausgebildet. Über die Anschlussflansche 4 kann das Segmentplattenventil 1 beispielsweise an nicht dargestellten und an die Anschlussflansche 4 angepassten Flanschen einer Rohrleitung oder dergleichen festgelegt werden.
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Das Segmentplattenventil 1 ist zweiteilig ausgebildet. Eine obere Gehäusehälfte 5 und eine untere Gehäusehälfte 6 des Ventilgehäuses 2 sind über Schraubverbindungen 7 miteinander verbunden.
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2 zeigt das in 1 schematisch dargestellte Segmentplattenventil 1 aus einer alternativen Perspektive. Das Segmentplattenventil 1 weist eine Festscheibe 8 mit mehreren an einem Umfang der Festscheibe 8 angeordneten Durchflussöffnungen 9 auf.
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Die Festscheibe 8 weist eine Festscheibenaxialbohrung 10 auf. In der Festscheibenaxialbohrung 10 kann beispielsweise eine Maschinenwelle oder ein gemeinsamer Läufer einer mehrstufigen Dampfturbine bzw. einer Dampfturbinenanordnung angeordnet werden.
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Auf einer Innenfläche 11 der Axialbohrung 10 ist ein Dichtungselement 12 angeordnet. Das Dichtungselement 12 ist als Labyrinthdichtungselement ausgestaltet.
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Die Festscheibe 8 ist als Ausformung des Ventilgehäuses 2 ausgebildet. Die obere Gehäusehälfte 5 des Ventilgehäuses 2 und eine obere Festscheibenhälfte 13 der Festscheibe 8 sowie die untere Gehäusehälfte 6 des Ventilgehäuses 2 und eine untere Festscheibenhälfte 14 der Festscheibe 8 sind jeweils einteilig hergestellt und über die Schraubverbindungen 7 miteinander verbunden.
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In 3 ist schematisch ein Ausschnitt einer Einlassseite des in den 1 und 2 gezeigten Segmentplattenventils 1 dargestellt.
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Die im Vergleich zu der in 2 dargestellten Perspektive von der gegenüberliegenden Seite in 3 zu erkennende Festscheibe 8 weist einen Lagerungswulst 15 auf. Der Lagerungswulst 15 greift in eine Losscheibenaxialbohrung 16 einer Losscheibe 17 ein, so dass die Losscheibe 17 drehbar gelagert auf dem Lagerungswulst 15 angeordnet ist. Die Losscheibe 17 weist einen ringförmigen Querschnitt auf.
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Die Losscheibe 17 weist dreiecksförmig ausgestaltete Durchflussöffnungen 18 mit abgerundeten Ecken auf. In der in 3 dargestellten Position der drehbar gelagerten Losscheibe 17 bilden die Durchflussöffnungen 18 zusammen mit den Durchflussöffnungen 9 der Festscheibe 8 vollständig geöffnete Durchflusskanäle 19.
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Die Verstellvorrichtung 3 ist zweiteilig ausgebildet und weist einen ersten an dem Ventilgehäuse 2 angeordneten Teil 20 und einen zweiten an der Losscheibe 16 angeordneten Teil 21 auf, der mit dem ersten Teil 20 in Wirkverbindung steht.
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In 4 ist schematisch eine Ansicht des Segmentplattenventils 1 von einer Auslassseite des Segmentplattenventils 1 aus dargestellt. Die Durchflussöffnungen 9 der Festscheibe 8 weisen einen näherungsweise rechteckigen bzw. ringsegmentförmigen Querschnitt auf.
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In 5 ist schematisch eine Losscheibe 17 dargestellt. Die Losscheibe 17 weist auf einer Innenfläche 22 der Axialbohrung 16 Laufrollen 23 auf. Auf den Laufrollen 23 kann die Losscheibe 17 drehbar beispielsweise auf einer Lagerungswulst einer Festscheibe gelagert werden.
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6 zeigt eine schematisch dargestellte Ansicht der einteilig hergestellten unteren Gehäusehälfte 5 und der unteren Festscheibenhälfte 14 eines Ventilgehäuses und einer Festscheibe von einer Einlassseite aus.
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In den Figuren sind aus Darstellungsgründen jeweils nur ausgewählte Elemente ansonsten gleichartiger Elemente wie beispielsweise die Durchflussöffnungen 9 der Festscheibe 8 mit Bezugszeichen versehen.
