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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Dampfventil und ein Dampfturbinensystem.
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In einem Dampfzuführkanal zu einer Dampfturbine sind ein Dampfsteuerventil, das die Zufuhrmenge von Dampf steuern kann, und ein Dampfabsperrventil, das die Zufuhr von Dampf stoppen kann, angeordnet.
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Beispielsweise kann eine in
JP 2008-175 267 A offenbarte Dampfventilvorrichtung als das Dampfsteuerventil verwendet werden. Diese Dampfventilvorrichtung hat einen Ventilkörper und eine Strömungsführung, die in einer Vertiefung des Ventilkörpers angeordnet ist. Der Ventilkörper, die Strömungsführung und eine andere Komponente definieren einen Dampfdurchgang bei vollständigem oder fast vollständigem Öffnungsgrad. Diese Ausgestaltung reduziert die Änderung einer Strömungsdurchgangsfläche des Dampfdurchgangs bei vollständigem oder fast vollständigem Öffnungsgrad und verhindert, dass Dampf in der Nähe der Vertiefung verwirbelt wird, und vermeidet somit den Druckverlust.
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Demgegenüber umfasst ein in WO 2014/ 009 807 A1 offenbartes Dampfventil einen Absperrventilkörper und einen Steuerventilkörper, so dass ein einzelnes Ventil zwei Funktionen als das Dampfabsperrventil und das Dampfsteuerventil aufweist. Somit reduziert die Verwendung des in WO 2014/ 009 807 A1 offenbarten Dampfventils den Druckverlust verglichen mit dem Fall, indem das Dampfabsperrventil und das Dampfsteuerventil separat vorgesehen sind.
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Obwohl die in
JP 2008-175 267 A offenbarte Dampfventilvorrichtung als das Dampfsteuerventil verwendet werden kann, benötigt diese Dampfventilvorrichtung ein zusätzliches Dampfabsperrventil für die Anwendung bei einer Dampfturbine. Wenn das Dampfsteuerventil und das Dampfabsperrventil separat vorgesehen sind, verursachen die jeweiligen Ventile den Druckverlust und erhöhen somit den Druckverlust.
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Demgegenüber reduziert die Verwendung des in WO 2014/ 009 807 A1 offenbarten Dampfventils den Druckverlust verglichen mit dem Fall, indem das Dampfabsperrventil und das Dampfsteuerventil separat vorgesehen sind.
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Jedoch hat das in WO 2014/ 009 807 A1 offenbarte Dampfventil keine Strömungsführung, die in der in
JP 2008-175 267 A offenbarten Dampfventilvorrichtung umfasst ist. Folglich erhöht die Verwendung des in WO 2014/ 009 807 A1 offenbarten Dampfventils die Änderung der Strömungsdurchgangsfläche des Dampfdurchgangs bei vollständigem Ventilöffnungsgrad und verursacht somit den Druckverlust. Darüber hinaus kann sich der Dampf verwirbeln, wenn der Ventilöffnungsgrad gering ist und eine Vibration kann auftreten.
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Aus der WO 2011/ 000 733 A1 ist ein gattungsgemäßes Dampfventil bekannt.
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Aus der WO 2014/ 098 073 A1 ist ein weiteres Dampfventil mit zwei Ventilkörpern und eine damit ausgestattete Dampfturbine bekannt.
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In Anbetracht der obigen Umstände ist es eine Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Dampfventil mit einer einfachen Ausgestaltung, die den Druckverlust reduzieren und die Vibration bei einem geringen Ventilöffnungsgrad vermeiden kann, und ein das Dampfventil umfassendes Dampfturbinensystem vorzuschlagen.
- (1) Ein Dampfventil gemäß er vorliegenden Erfindung umfasst die Merkmale des Patentanspruches 1, insbesondere ein Ventilgehäuse mit einer Ventilkammer, einem zu der Ventilkammer geöffneten Einlassströmungsdurchgang, einem zu der Ventilkammer geöffneten Auslassströmungsdurchgang, und einem eine Öffnung des Auslassströmungsdurchgangs umgebenden Ventilsitz, einen ersten Ventilkörper, der in der Ventilkammer aufgenommen ist, wobei der erste Ventilkörper aufweist: ein erstes Zylinderteil mit einem ersten Ende, das vertikal an den Ventilsitz anstoßen kann, und ein erstes Endwandteil, das integral mit einer zweiten Endseite des ersten Zylinderteils ausgebildet ist, einen zweiten Ventilkörper, der in der Ventilkammer aufgenommen ist, wobei der zweite Ventilkörper aufweist: ein zweites Zylinderteil, das koaxial zu dem ersten Zylinderteil angeordnet ist und ein erstes Ende aufweist, das vertikal an den Ventilsitz an einer weiter außen befindlichen Position als das erste Zylinderteil anstoßen kann, und ein zweites Endwandteil, das integral mit einer zweiten Endseite des zweiten Zylinderteils ausgebildet ist, einen ersten Ventilschaft, der den ersten Ventilkörper vertikal vorbelasten kann, einen zweiten Ventilschaft, der den zweiten Ventilkörper vertikal vorbelasten kann, eine Strömungsführung, die innerhalb des ersten Zylinderteils angeordnet ist, wobei die Strömungsführung einen Vorsprung aufweist, der ausgestaltet ist, um von dem ersten Zylinderteil und dem zweiten Zylinderteil nach unten vorzustehen, wenn das erste Zylinderteil und das zweite Zylinderteil von dem Ventilsitz getrennt sind, und eine Halterung, die die Strömungsführung hält bzw. trägt, wobei sich die Halterung von dem Ventilgehäuse oder dem zweiten Ventilkörper durch ein in dem ersten Ventilkörper ausgebildetes Durchgangsloch zu der Strömungsführung erstreckt, um die Strömungsführung so zu halten bzw. zu tragen, dass die Strömungsführung hinsichtlich des Ventilgehäuses oder des zweiten Ventilkörpers kippbar bzw. schwenkbar ist.
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Mit der obigen Ausgestaltung (1) umfasst das Dampfventil den ersten Ventilkörper und den zweiten Ventilkörper, so dass das Dampfventil zwei Funktionen als das Dampfabsperrventil und das Dampfsteuerventil aufweist. Somit reduziert die Verwendung dieses Dampfventils den Druckverlust verglichen mit dem Fall, in dem das Dampfabsperrventil und das Dampfsteuerventil separat vorgesehen sind.
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Zudem umfasst mit der obigen Ausgestaltung (1) das Dampfventil die Strömungsführung, wodurch der Druckverlust bei einem großen Ventilöffnungsgrad reduziert sein kann.
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Darüber hinaus verhindert die obige Ausgestaltung (1), bei der das Dampfventil die Strömungsführung umfasst, eine Verwirbelung des Dampfs bei einem geringen Ventilöffnungsgrad und verhindert somit das Auftreten von Vibration des ersten Ventilkörpers und des zweiten Ventilkörpers.
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Demgegenüber erstreckt sich mit der obigen Ausgestaltung (1) die Halterung durch ein in dem ersten Ventilkörper ausgebildetes Durchgangsloch zu der Strömungsführung wodurch die Strömungsführung mit einer einfachen Ausgestaltung getragen bzw. gehalten ist.
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Wenn der zweite Ventilkörper einen großen Ventilöffnungsgrad aufweist, kann sich der zweite Ventilkörper kippen bzw. verschwenken. Wird in diesem Fall die Strömungsführung durch den zweiten Ventilkörper über die Halterung gehalten, ist es wahrscheinlich, dass die Strömungsführung den Betrieb des ersten Ventilkörpers unterbricht. In dieser Hinsicht verhindert die obige Ausgestaltung (1) mit der hinsichtlich des Ventilgehäuses oder des zweiten Ventilkörpers kippbare bzw. schwenkbare Strömungsführung, dass die Strömungsführung den Betrieb des ersten Ventilkörpers unterbricht.
- (2) Vorzugsweise weist die Halterung eine Festigkeit bzw. Steifigkeit auf, so dass die Strömungsführung hinsichtlich des Ventilgehäuses oder des zweiten Ventilkörpers kippbar bzw. schwenkbar ist.
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Mit der obigen Ausgestaltung (2) weist die Halterung eine Steifigkeit bzw. Festigkeit auf, so dass die Strömungsführung kippbar bzw. schwenkbar ist wodurch mit einer einfachen Ausgestaltung verhindert ist, dass die Strömungsführung den Betrieb des ersten Ventilkörpers unterbricht.
- (3) Vorzugsweise weist die Strömungsführung einen sphärischen bzw. kugelförmigen Sitz auf, so dass die Strömungsführung hinsichtlich des zweiten Ventilkörpers kippbar bzw. schwenkbar ist.
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Mit der obigen Ausgestaltung (3) weist die Strömungsführung einen sphärischen Sitz auf, so dass die Strömungsführung kippbar bzw. schwenkbar ist wodurch mit einer einfachen Ausgestaltung verhindert ist, dass die Strömungsführung den Betrieb des ersten Ventilkörpers unterbricht.
- (4) Vorzugsweise umfasst die Halterung zumindest eine Stange, die durch das erste Zylinderteil in einer Radialrichtung des ersten Zylinderteils hindurchdringt und sich zwischen dem zweiten Zylinderteil und der Strömungsführung erstreckt.
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Mit der obigen Ausgestaltung (4) umfasst die Halterung eine das erste Zylinderteil durchdringende Stange wodurch die Strömungsführung mit einer einfachen Ausgestaltung gehalten bzw. getragen sein kann.
- (5) Vorzugsweise umfasst die Halterung zumindest eine Stange, die das erste Endwandteil durchdringt und sich vertikal zwischen dem zweiten Endwandteil und der Strömungsführung erstreckt.
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Mit der obigen Ausgestaltung (5) umfasst die Halterung eine das erste Endwandteil durchdringende Stange wodurch die Halterung die Strömungsführung mit einer einfachen Ausgestaltung tragen bzw. halten kann.
- (6) Vorzugsweise weist das Dampfventil ferner eine Vielzahl von Leitschaufeln auf, die jeweils an dem Ventilgehäuse montiert und um den Ventilsitz herum angeordnet sind, wobei zumindest eine der Vielzahl von Leitschaufeln ein Teil der Halterung bildet, und wobei sich die Halterung zwischen dem Ventilgehäuse und der Strömungsführung über die zumindest eine Leitschaufel erstreckt.
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Mit der obigen Ausgestaltung (6) umfasst die Halterung zumindest eine Leitschaufel wodurch die Strömungsführung mit einer einfachen Ausgestaltung getragen bzw. gehalten sein kann, während verhindert ist, dass die Halterung eine Strömung des Dampfs unterbricht.
- (7) Vorzugsweise weist das Dampfventil ferner auf: einen zweiten Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus, der einen von dem zweiten Zylinderteil umgebenen oberen Raum zwischen dem ersten Endwandteil und dem zweiten Endwandteil mit einem Raum außerhalb des zweiten Zylinderteils verbinden kann, und einen ersten Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus, der einen von dem ersten Zylinderteil umgebenen unteren Raum zwischen dem ersten Endwandteil und dem Vorsprung mit dem oberen Raum verbinden kann, wobei die Strömungsführung ein Druckausgleichsloch aufweist, das den Vorsprung durchdringt und den Auslassströmungsdurchgang mit dem unteren Raum verbindet.
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Mit der obigen Ausgestaltung (7) gleichen der erste Ventilkörper-Druckausgleichmechanismus und das Druckausgleichloch einen Aufwärtsdruck und einen Abwärtsdruck, die auf den ersten Ventilkörper aufgebracht sind, aus. Somit kann der erste Ventilkörper mit einer geringen Vorbelastungs- bzw. Vorspannkraft betrieben werden.
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Zusätzlich gleicht mit der obigen Ausgestaltung (7) der zweite Ventilkörper-Druckausgleichmechanismus einen Aufwärtsdruck und einen Abwärtsdruck, die auf den zweiten Ventilkörper aufgebracht sind, aus. Somit kann der zweite Ventilkörper mit einer geringen Vorbelastungskraft betrieben werden.
- (8) Ein Dampfturbinensystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Dampfventil gemäß der Erfindung, und eine Dampfturbine, die ausgestaltet ist, um mit von dem Dampfventil zugeführten Dampf versorgt zu werden.
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Mit der obigen Ausgestaltung (8) wird Dampf der Dampfturbine von dem Dampfventil zugeführt und somit kann der Druckverlust in dem gesamten Dampfturbinensystem reduziert und die Vibration, die verursacht wird, wenn das Dampfventil einen geringen Öffnungsgrad aufweist, verhindert sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Dampfventil, das den Druckverlust reduzieren und die Vibration bei einem geringen Ventilöffnungsgrad mit einer einfachen Ausgestaltung vermeiden kann, und ein das Dampfventil umfassendes Dampfturbinensystem vorgeschlagen.
- 1 ist ein Diagramm, das eine schematische Ausgestaltung eines Dampfturbinensystems, das ein Dampfventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, darstellt.
- 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Teilausgestaltung eines Dampfventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die schematisch einen Bereich III aus 2 darstellt.
- 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines dem Bereich IV aus 3 entsprechenden Bereichs eines Dampfventils gemäß einer anderen Ausführungsform.
- 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines dem Bereich III aus 2 entsprechenden Bereichs eines Dampfventils gemäß einer anderen Ausführungsform.
- 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines dem Bereich III aus 2 entsprechenden Bereichs eines Dampfventils gemäß einer anderen Ausführungsform.
- 7 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie VII bis VII aus 6, die eine Strömungsführung, einen ersten Ventilkörper, einen zweiten Ventilkörper und eine Halterung mit Leitschaufeln darstellt.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist es beabsichtigt, dass, solange nicht besonders definiert, Dimensionen, Materialien, Formen, relative Positionen und ähnliches von in den Ausführungsformen beschriebenen Komponenten nur als illustrativ angesehen werden sollen, und nicht dazu gedacht sind den Umfang der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
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Beispielsweise soll ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie beispielsweise „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „mittig“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht ausgelegt werden, als ob sie die Anordnung in einem strikt wörtlichen Sinne anzeigt, sondern auch einen Zustand umfasst, indem die Anordnung relativ durch eine Toleranz oder einen Winkel oder einen Abstand verschoben ist, wodurch dieselbe Funktion erlangt werden kann.
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Beispielsweise sollte ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie beispielsweise „dasselbe“, „gleich“ und „einheitlich“ nicht so ausgelegt werden, als ob er nur den Zustand, indem die Merkmale strikt gleich sind, beschreibt, sondern auch einen Zustand umfasst, indem es eine Toleranz oder einen Unterschied gibt, der immer noch dieselbe Funktion erlangen kann.
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Beispielsweise sollte ein Ausdruck einer Form wie beispielsweise einer rechteckigen Form oder einer zylindrischen Form nicht nur als eine geometrische strikte Form ausgelegt werden, sondern auch eine Form mit Unebenheit oder abgeflachten Ecken in dem Bereich, in dem derselbe Effekt erlangt werden kann, umfassen.
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Demgegenüber ist es nicht beabsichtigt, dass ein Ausdruck wie beispielsweise „umfasst“, „umfassen“, „aufweisen“, „beinhalten“, und „bilden“ andere Komponenten ausschließt.
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1 zeigt eine schematische Ausgestaltung eines Dampfturbinensystems 2, das ein Dampfventil 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
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Das Dampfturbinensystem 2 umfasst das Dampfventil 1 und eine Dampfturbine 4, der Dampf (Eintragdampf) von dem Dampfventil 1 zugeführt wird. Die Dampfturbine 4 kann Energie des zugeführten Dampfs in Ausgabeleistung konvertieren bzw. umwandeln. Der Dampf (Abgasdampf), von dem Energie abgeführt wurde, wird von der Dampfturbine 4 ausgetragen. Beispielsweise wird die von der Dampfturbine 4 ausgegebene Leistung zu einem Generator 6 übertragen und der Generator 6 erzeugt elektrische Energie durch Nutzung der Leistung.
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Teilausgestaltung eines Dampfventils 1 (1a) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 ist eine vergrößerte Ansicht, die schematisch einen Bereich III aus 2 zeigt. 4 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines dem Bereich IV aus 3 entsprechenden Bereichs eines Dampfventils 1 (1b) gemäß einer anderen Ausführungsform. 5 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines dem Bereich III aus 2 entsprechenden Bereichs eines Dampfventils 1 (1c) gemäß einer anderen Ausführungsform. 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines dem Bereich III aus 2 entsprechenden Bereichs eines Dampfventils 1 (1d) gemäß einer anderen Ausführungsform. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Strömungsführung, einen ersten Ventilkörper, einen zweiten Ventilkörper und eine Halterung mit Leitschaufeln entlang einer Linie VII bis VII aus 6 darstellt.
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Wie in 2 und 3 dargestellt umfasst das Dampfventil 1 (1a) ein Ventilgehäuse 10, einen ersten Ventilkörper 12, einen zweiten Ventilkörper 14, einen ersten Ventilschaft 16, einen zweiten Ventilschaft 18, eine Strömungsführung 20 und eine Halterung 22.
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Das Ventilgehäuse 10 weist eine Ventilkammer 24 auf, die innerhalb des Ventilgehäuses 10 definiert ist, einen zu der Ventilkammer 24 geöffneten Einlassströmungsdurchgang 26, einen zu der Ventilkammer 24 geöffneten Auslassströmungsdurchgang (Ventilloch) 28 und einen eine Öffnung des Auslassströmungsdurchgangs 28 umgebenden Ventilsitz 30. Beispielsweise erstreckt sich der Auslassströmungsdurchgang 28 vertikal und der Ventilsitz 30 hat eine trompetenartige Form mit einer sich allmählich nach oben vergrößernden Öffnungsfläche.
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Der erste Ventilkörper 12 ist in der Ventilkammer 24 aufgenommen. Der erste Ventilkörper 12 umfasst ein erstes Zylinderteil 32 mit einem ersten Ende, das vertikal an den Ventilsitz 30 anstoßen kann, und ein erstes Endwandteil 34, das integral mit dem zweiten Ende des ersten Zylinderteils 32 ausgebildet ist.
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Der zweite Ventilkörper 14 ist ebenfalls in der Ventilkammer 24 aufgenommen und hat ein zweites Zylinderteil 36 und ein zweites Endwandteil 38. Das zweite Zylinderteil 36 ist koaxial zu dem ersten Zylinderteil 32 angeordnet und hat ein erstes Ende, das vertikal an den Ventilsitz 30 radial weiter außen als das erste Zylinderteil 32 anstoßen kann. Das zweite Endwandteil 38 ist integral mit einem zweiten Ende des zweiten Zylinderteils 36 ausgebildet.
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Der erste Ventilschaft 16 kann den ersten Ventilkörper 12 vertikal vorbelasten. Durch den ersten Ventilschaft 16 vorgespannt, kann der erste Ventilkörper 12 vertikal mit dem Ventilsitz 30 in Kontakt kommen und davon getrennt werden.
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Beispielsweise durchdringt der erste Ventilschaft 16 luftdicht einen oberen Abschnitt des Ventilgehäuses 10 und erstreckt sich von dem ersten Endwandteil 34 zu der Außenseite des Ventilgehäuses 10. Ein erster Aktuator 40 ist mit einem Außenende des ersten Ventilschafts 16 verbunden und der erste Ventilschaft 16 kann den ersten Ventilkörper 12 durch eine Antriebskraft des ersten Aktuators 40 vorbelasten.
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Beispielsweise kann der erster Aktuator 40 aus einem hydraulischen Zylinder oder ähnlichem gebildet sein.
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Der zweite Ventilschaft 18 kann den zweiten Ventilkörper 14 vertikal vorbelasten. Durch den zweiten Ventilschaft 18 vorgespannt, kann der zweite Ventilkörper 14 vertikal mit dem Ventilsitz 30 in Kontakt kommen und davon getrennt werden.
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Beispielsweise durchdringt der zweite Ventilschaft 18 luftdicht einen oberen Abschnitt des Ventilgehäuses 10 und erstreckt sich von dem zweiten Endwandteil 38 zu der Außenseite des Ventilgehäuses 10. Ein zweiter Aktuator 42 ist mit einem Außenende des zweiten Ventilschafts 18 verbunden und der zweite Ventilschaft 18 kann den zweiten Ventilkörper 14 durch eine Antriebskraft des zweiten Aktuators 42 vorbelasten. Beispielsweise kann der zweite Aktuator 42 aus einem hydraulischen Zylinder oder ähnlichem gebildet sein.
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Ferner hat der zweite Ventilschaft 18 beispielsweise eine hohle zylindrische Form und der erste Ventilschaft 16 durchdringt den zweiten Ventilschaft 18 luftdicht und erstreckt sich innerhalb des zweiten Ventilschafts 18.
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Die Strömungsführung 20 ist innerhalb des ersten Zylinderteils 32 angeordnet und hat einen Vorsprung 44, der ausgestaltet ist, um von dem ersten Zylinderteil 32 und dem zweiten Zylinderteil 36 nach unten vorzustehen, wenn das erste Zylinderteil 32 und das zweite Zylinderteil 36 von dem Ventilsitz 30 getrennt sind. Der Vorsprung 44 ist so geformt, dass die Änderung bei der Strömungsdurchgangsfläche an einer Verbindung zwischen der Ventilkammer 24 und dem Auslassströmungsdurchgang 28 klein ist, wenn der erste Ventilkörper 12 und der zweite Ventilkörper 14 von dem Ventilsitz 30 getrennt sind. Beispielsweise ist der Vorsprung 44 nach unten zugespitzt.
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Die Halterung 22 trägt bzw. hält die Strömungsführung 20. Die Halterung 22 erstreckt sich von dem Ventilgehäuse 10 oder dem zweiten Ventilkörper 14 durch ein in dem ersten Ventilkörper 12 ausgebildetes Durchgangsloch 46 zu der Strömungsführung 20.
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Mit der obigen Ausgestaltung umfasst das Dampfventil den ersten Ventilkörper 12 und den zweiten Ventilkörper 14, so dass das Dampfventil 1 zwei Funktionen als das Dampfabsperrventil und das Dampfsteuerventil aufweist. Somit reduziert die Verwendung des Dampfventils 1 den Druckverlust verglichen mit dem Fall, indem das Dampfabsperrventil und das Dampfsteuerventil separat vorgesehen sind.
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Zudem umfasst mit der obigen Ausgestaltung das Dampfventil 1 die Strömungsführung 20, und dadurch kann der Druckverlust, wenn der erste Ventilkörper 12 und der zweite Ventilkörper 14 einen großen Ventilöffnungsgrad aufweisen, reduziert sein.
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Darüber hinaus verhindert die obige Ausgestaltung, in der das Dampfventil 1 die Strömungsführung 20 umfasst, eine Verwirbelung des Dampfs, wenn der erste Ventilkörper 12 oder der zweite Ventilkörper 14 einen kleinen Ventilöffnungsgrad aufweisen, und verhindert somit das Auftreten von Vibration des ersten Ventilkörpers 12 und des zweiten Ventilkörpers 14.
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Demgegenüber erstreckt sich mit der obigen Ausgestaltung die Halterung 22 durch ein in dem ersten Ventilkörper 12 ausgebildetes Durchgangsloch 46 zu der Strömungsführung 20 und dadurch wird die Strömungsführung 20 mit einer einfachen Ausgestaltung gehalten.
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Zusätzlich führt die obige Ausgestaltung dazu, dass der Dampfturbine 4 Dampf von dem Dampfventil 1 zugeführt wird, wodurch der Druckverlust im gesamten Dampfturbinensystem 2 reduziert ist und die bei einem kleinen Ventilöffnungsgrad des Dampfventils 1 auftretende Vibration verhindert ist.
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Bei der obigen Ausgestaltung kann entweder der erste Ventilkörper 12 oder der zweite Ventilkörper 14 als das Absperrventil verwendet sein und jeder Ventilkörper kann als Steuerventil verwendet sein. Beispielsweise kann der erste Ventilkörper 12 als Absperrventil verwendet sein, wohingegen der zweite Ventilkörper 14 als das Steuerventil verwendet sein kann.
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Bei einigen Ausführungsformen hält die Halterung 22 die Strömungsführung 20 so, dass die Strömungsführung 20 hinsichtlich des Ventilgehäuses 10 oder des zweiten Ventilkörpers 14 kippbar bzw. schwenkbar ist.
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Wenn der zweite Ventilkörper 14 einen großen Ventilöffnungsgrad aufweist, kann sich der zweite Ventilkörper 14 kippen bzw. schwenken. Wird in diesem Fall die Strömungsführung 20 von dem zweiten Ventilkörper 14 über die Halterung 22 gehalten, kann die Strömungsführung 20 den Betrieb des ersten Ventilkörpers 12 unterbrechen. Angesichts dessen verhindert die obige Ausgestaltung mit der hinsichtlich des Ventilgehäuses 10 oder des zweiten Ventilkörpers 14 kippbaren Strömungsführung 20, dass die Strömungsführung 20 den Betrieb des ersten Ventilkörpers 12 unterbricht.
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Bei einigen Ausführungsformen weist die Halterung 22 eine Festigkeit bzw. Steifigkeit auf, so dass die Strömungsführung 20 hinsichtlich des Ventilgehäuses 10 oder des zweiten Ventilkörpers 14 kippbar ist.
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Mit der obigen Ausgestaltung weist die Halterung 22 eine Festigkeit bzw. Steifigkeit auf, so dass die Strömungsführung 20 kippbar ist und somit wird mit einer einfachen Ausgestaltung verhindert, dass die Strömungsführung 20 den Betrieb des ersten Ventilkörpers 12 unterbricht.
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Bei einigen Ausführungsformen weist wie in 4 dargestellt die Strömungsführung 20 einen sphärischen bzw. kugelförmigen Sitz 48 auf, so dass die Strömungsführung hinsichtlich des zweiten Ventilkörpers 14 kippbar bzw. schwenkbar ist.
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Mit der obigen Ausgestaltung weist die Strömungsführung 20 einen sphärischen Sitz 48 auf, so dass die Strömungsführung 20 kippbar ist und somit ist mit einer einfachen Ausgestaltung verhindert, dass die Strömungsführung 20 den Betrieb des ersten Ventilkörpers 12 unterbricht.
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In diesem Fall umfasst die Halterung 22 einen Eingriffsabschnitt 49 mit einer konkaven Fläche, der hinsichtlich des sphärischen Sitzes 48 verschiebbar ist.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Halterung 22 wie in 3 dargestellt eine Stange 50, die das erste Zylinderteil 32 in einer Radialrichtung des ersten Zylinderteils 32 durchdringt und sich zwischen dem zweiten Zylinderteil 36 und der Strömungsführung 20 erstreckt.
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Mit der obigen Ausgestaltung umfasst die Halterung 22 eine das erste Zylinderteil 32 durchdringende Stange 50 und die Strömungsführung 20 wird durch die Stange 50 getragen bzw. gehalten. Somit kann die Strömungsführung 20 mit einer einfachen Ausgestaltung gehalten bzw. getragen sein. In diesem Fall ist das Durchgangsloch 46 in dem ersten Zylinderteil 32 ausgebildet und hat eine vertikale Langlochform, so dass eine relative Verschiebung des ersten Zylinderteils 32 relativ zu der Halterung 22 möglich ist.
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Die Anzahl der Stangen 50 ist nicht auf bestimmte Werte begrenzt. Die Vielzahl von Stangen 50 sind radial angeordnet. Jede Stange 50 kann durch Schweißen, Bolzen bzw. Schrauben oder ähnliches befestigt sein.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Halterung 22 wie in 5 dargestellt zumindest eine Stange 51, die das erste Endwandteil 34 durchdringt und sich vertikal zwischen dem zweiten Endwandteil 38 und der Strömungsführung 20 erstreckt. In diesem Fall durchdringt das Durchgangsloch 46 das erste Endwandteil 34 vertikal und ein Dichtelement 52 ist zwischen dem Durchgangsloch 46 und der Stange 51 angeordnet.
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Mit der obigen Ausgestaltung umfasst die Halterung 22 zumindest eine Stange 51, die das erste Endwandteil 34 durchdringt, und die Strömungsführung 20 ist durch die Stange 51 gehalten. Somit kann die Strömungsführung 20 mit einer einfachen Ausgestaltung gehalten sein.
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Die Anzahl der Stangen 51 ist nicht auf bestimmte Werte begrenzt. Die Vielzahl von Stangen 51 sind in einer Umfangsrichtung des ersten Zylinderteils 32 angeordnet. Jede Stange 51 kann durch Schweißen, Bolzen bzw. Schrauben oder ähnliches befestigt sein.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Dampfventil 1 (1d) wie in 6 und 7 dargestellt eine Vielzahl von Leitschaufeln 53. Die Vielzahl von Leitschaufeln 53 sind jeweils an dem Ventilgehäuse 10 befestigt und um den Ventilsitz 30 herum angeordnet.
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Ferner bildet zumindest eine Leitschaufel 53a der Leitschaufeln 53 einen Teil der Halterung 22 und die Halterung 22 erstreckt sich zwischen dem Ventilgehäuse 10 und der Strömungsführung 20 über die zumindest eine Leitschaufel 53a.
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Mit der obigen Ausgestaltung umfasst die Halterung 22 zumindest eine Leitschaufel 53a und somit kann die Strömungsführung 20 mit einer einfachen Ausgestaltung gehalten sein, während verhindert ist, dass die Halterung 22 die Strömung von Dampf unterbricht.
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In diesem Fall ist die Halterung 22 so geformt, dass die Strömung nicht unterbrochen ist. Beispielsweise ist die Halterung 22 aus einer L-förmigen Platte 54 gebildet. Die Platte 54 durchdringt und erstreckt sich durch ein Durchgangsloch 46, das in dem ersten Zylinderteil 32 vorgesehen ist, und ein Durchgangsloch 55, das in dem zweiten Zylinderteil 36 vorgesehen ist. Beispielsweise ist das Durchgangsloch 46 in einer vertikalen Langlochform so ausgebildet, dass eine relative Verschiebung des ersten Zylinderteils 32 relativ zu der Halterung 22 möglich ist. Das Durchgangsloch 55 ist genauso als ein vertikales Langloch ausgebildet, so dass eine relative Verschiebung des zweiten Zylinderteils 36 relativ zu der Halterung 22 möglich ist.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Dampfventil 1 (1a,1c,1d) wie in 3, 5 und 6 dargestellt einen zweiten Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus 56 und einen ersten Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus 58 und die Strömungsführung 20 weist ein Druckausgleichsloch 60 auf.
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Der zweite Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus 56 kann einen oberen Raum 62, der von dem zweiten Zylinderteil 36 zwischen dem ersten Endwandteil 34 und dem zweiten Endwandteil 38 umgeben ist, mit einem Raum 64 innerhalb der Ventilkammer 24 und einer Außenseite des zweiten Zylinderteils 36 verbinden. Der zweite Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus 56 kann die Verbindung zwischen dem oberen Raum 62 und dem Raum 64 bei Bedarf unterbrechen.
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Der erste Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus 58 kann einen unteren Raum 66, der von dem ersten Zylinderteil 32 zwischen dem ersten Endwandteil 34 und dem Vorsprung 44 umgeben ist, mit dem oberen Raum 62 verbinden. Der erste Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus kann die Verbindung zwischen dem unteren Raum 66 und dem oberen Raum 62 bei Bedarf unterbrechen.
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Das Druckausgleichsloch 60 durchdringt den Vorsprung 44 der Strömungsführung 20 und verbindet den Auslassströmungsdurchgang 28 und den unteren Raum 66. Das Druckausgleichsloch 60 verbindet den Auslassströmungsdurchgang 28 und den unteren Raum 66 immer. Die Anzahl und die Position des Druckausgleichslochs 60 sind nicht besonders begrenzt.
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Mit der obigen Ausgestaltung gleichen der erste Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus 58 und das Druckausgleichsloch 60 einen Aufwärtsdruck und einen Abwärtsdruck, die auf den ersten Ventilkörper 12 aufgebracht sind, aus. Somit kann der erste Ventilkörper 12 durch eine geringe Vorbelastungskraft betrieben werden. Folglich kann ein verkleinerter erster Aktuator 40 verwendet sein.
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Zusätzlich gleicht mit der obigen Ausgestaltung der zweite Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus 56 einen Aufwärtsdruck und einen Abwärtsdruck, die auf den zweiten Ventilkörper 14 aufgebracht sind, aus. Somit kann der zweite Ventilkörper 14 durch eine geringe Vorbelastungskraft betrieben sein. Folglich kann ein verkleinerter zweiter Aktuator 42 verwendet sein.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst der erste Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus 58 wie in 3, 5 und 6 dargestellt ein erstes axiales Druckausgleichsloch 68, einen ersten Druckausgleichs-Ventilkörper 70, einen ersten oberen Druckausgleichs-Ventilsitz 72 und einen ersten unteren Druckausgleichs-Ventilsitz 74.
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Das erste axiale Druckausgleichsloch 68 durchdringt einen Mittelabschnitt des ersten Endwandteils 34 vertikal.
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Der erste Druckausgleichs-Ventilkörper 70 ist an einem unteren Ende der ersten Ventilstange 16 montiert und innerhalb des ersten axialen Druckausgleichslochs 68 in einer vertikal bewegbaren Weise angeordnet.
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Der erste obere Druckausgleichs-Ventilsitz 72 ist um eine obere Öffnung des ersten axialen Druckausgleichslochs 68 herum angeordnet und der erste Druckausgleichs-Ventilkörper 70 kann an den ersten oberen Druckausgleichs-Ventilsitz 72 durch eine nach oben gerichtete Bewegung anstoßen.
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Der erste untere Druckausgleichs-Ventilsitz 74 ist um eine untere Öffnung des ersten axialen Druckausgleichslochs 68 herum angeordnet und der erste Druckausgleichs-Ventilkörper 70 kann luftdicht an den ersten unteren Druckausgleichs-Ventilsitz 74 durch eine nach unten gerichtete Bewegung anstoßen.
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Zudem kommuniziert, wenn der erste Druckausgleichs-Ventilkörper 70 von dem ersten unteren Druckausgleichs-Ventilsitz 74 getrennt ist, der untere Raum 66 mit dem oberen Raum 62.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst wie in 3, 5 und 6 dargestellt der zweite Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus 56, ein zweites axiales Druckausgleichsloch 76, ein zweites radiales Druckausgleichsloch 78, einen zweiten Druckausgleichs-Ventilkörper 80, einen zweiten oberen Druckausgleichs-Ventilsitz 82 und einen zweiten unteren Druckausgleichs-Ventilsitz 84.
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Das zweite axiale Druckausgleichsloch 76 durchdringt einen Mittelabschnitt des zweiten Endwandteils 38 vertikal. Das zweite radiale Druckausgleichsloch erstreckt sich innerhalb des zweiten Endwandteils 38 radial und erstreckt sich zwischen dem zweiten axialen Druckausgleichsloch 76 und einer äußeren Umfangsfläche des zweiten Endwandteils 38.
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Der zweite Druckausgleichs-Ventilkörper 80 ist an einem unteren Ende der zweiten Ventilstange 18 montiert und innerhalb des zweiten axialen Druckausgleichslochs 76 in einer vertikal bewegbaren Weise angeordnet.
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Der zweite obere Druckausgleichs-Ventilsitz 82 ist um eine obere Öffnung des zweiten axialen Druckausgleichslochs 76 herum vorgesehen, und der zweite Druckausgleichs-Ventilkörper 80 kann luftdicht an den zweiten oberen Druckausgleichs-Ventilsitz 82 durch eine nach oben gerichtete Bewegung anstoßen.
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Der zweite untere Druckausgleichs-Ventilsitz 84 ist um eine untere Öffnung des zweiten axialen Druckausgleichslochs 76 herum vorgesehen und der zweite Druckausgleichs-Ventilkörper 80 kann luftdicht an den zweiten unteren Druckausgleichs-Ventilsitz 84 durch eine nach unten gerichtete Bewegung anstoßen.
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Zudem kommuniziert, wenn der zweite Druckausgleichs-Ventilkörper 80 von dem zweiten unteren Druckausgleichs-Ventilsitz 84 getrennt ist, der obere Raum 62 durch das zweite axiale Druckausgleichsloch 76 und das zweite radiale Druckausgleichsloch 78 mit dem Raum 64 innerhalb der Ventilkammer 24 und außerhalb des zweiten Ventilkörpers 14.
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Bei einigen Ausführungsformen ist wie in 3, 5 und 6 dargestellt ein Schlauch bzw. eine Hülse 86 integral mit dem zweiten Druckausgleichs-Ventilkörper 80 vorgesehen, und ein Wellenteil bzw. Schaftteil 88 ist integral mit dem ersten Druckausgleichs-Ventilkörper 70 vorgesehen. Der Schlauch 86 erstreckt sich von dem zweiten Druckausgleichs-Ventilkörper 80 nach unten. Das Wellenteil 88 erstreckt sich von dem ersten Druckausgleichs-Ventilkörper 70 nach oben. Ferner ist ein oberer Endabschnitt des Wellenteils 88 verschiebbar in einen unteren Endabschnitt des Schlauchs 86 eingepasst bzw. eingesetzt.
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Bei einigen Ausführungsformen ist wie in 3, 5 und 6 dargestellt ein ringförmiges Dichtelement 90 zwischen dem ersten Zylinderteil 32 oder dem ersten Endwandteil 34 und dem zweiten Zylinderteil 36 angeordnet. Das Dichtelement 90 begrenzt eine Strömung des Dampfs in einem Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem ersten Zylinderteil 32 und dem zweiten Zylinderteil 36.
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Bei einigen Ausführungsformen sind wie in 3 und 6 dargestellt zumindest zwei ringförmige Dichtelemente 92 zwischen dem ersten Zylinderteil 32 und der Strömungsführung 20 angeordnet. Die zumindest zwei ringförmigen Dichtelemente 92 sind über und unter der Halterung 22, d.h. vertikal über und unter dem Durchgangsloch 46 angeordnet und begrenzen eine Strömung von Dampf, der durch das in dem ersten Zylinderteil 32 für die Halterung 22 vorgesehene Durchgangsloch 46 hindurchtritt.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst wie in 3, 5 und 6 dargestellt die Strömungsführung 20 ein Zylinderteil 94, das integral mit dem Vorsprung 44 ausgebildet ist. Das Zylinderteil 94 ist innerhalb des ersten Zylinderteils 32 angeordnet. Das Zylinderteil kann hohl oder massiv sein.
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Bei einigen Ausführungsformen ist wie in 3, 5 und 6 dargestellt der Außendurchmesser eines unteren Endabschnitts (Dichtabschnitt) des ersten Zylinderteils 32 in einer Radialrichtung des ersten Zylinderteils 32 größer als der Außendurchmesser eines Mittelabschnitts des ersten Zylinderteils 32 und ein unterer Endabschnitt des ersten Zylinderteils 32 ist dicker als ein Mittelabschnitt des ersten Zylinderteils 32 oder eines unteren Endabschnitts (Dichtabschnitt) des zweiten Zylinderteils 36. Ferner hat das zweite Zylinderteil 36 eine treppenartige Zylinderform, in der ein unteres Ende des zweiten Zylinderteils 36 einen größeren Durchmesser hat als ein oberes Ende des zweiten Zylinderteils 36, und ein Spalt bzw. Zwischenraum zwischen einem unteren Ende des ersten Zylinderteils 32 und einem unteren Ende des zweiten Zylinderteils 36 größer ist als ein Spalt zwischen einem oberen Ende des ersten Zylinderteils 32 und einem unteren Ende des zweiten Zylinderteils 36.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben im Detail beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt und vielfältige Änderungen und Modifikationen können eingesetzt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1 (1a-1d)
- Dampfventil
- 2
- Dampfturbinensystem
- 4
- Dampfturbine
- 6
- Generator
- 10
- Ventilgehäuse
- 12
- erster Ventilkörper
- 14
- zweiter Ventilkörper
- 16
- erste Ventilstange
- 18
- zweite Ventilstange
- 20
- Strömungsführung
- 22
- Halterung
- 24
- Ventilkammer
- 26
- Einlassströmungsdurchgang
- 28
- Auslassströmungsdurchgang (Ventilloch)
- 30
- Ventilsitz
- 32
- erstes Zylinderteil
- 34
- erstes Endwandteil
- 36
- zweites Zylinderteil
- 38
- zweites Endwandteil
- 40
- erster Aktuator
- 42
- zweiter Aktuator
- 44
- Vorsprung
- 46
- Durchgangsloch
- 48
- sphärischer Sitz
- 49
- Eingriffsabschnitt
- 50
- Stange
- 51
- Stange
- 52
- Dichtelement
- 53,53a
- Leitschaufel
- 54
- Platte
- 55
- Durchgangsloch
- 56
- zweiter Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus
- 58
- erster Ventilkörper-Druckausgleichsmechanismus
- 60
- Druckausgleichsloch
- 62
- oberer Raum
- 64
- Raum
- 66
- unterer Raum
- 68
- erstes axiales Druckausgleichsloch
- 70
- erster Druckausgleichs-Ventilkörper
- 72
- erster oberer Druckausgleichs-Ventilsitz
- 74
- erster unterer Druckausgleichs-Ventilsitz
- 76
- zweites axiales Druckausgleichsloch
- 78
- zweites radiales Druckausgleichsloch
- 80
- zweiter Druckausgleichs-Ventilkörper
- 82
- zweiter oberer Druckausgleichs-Ventilsitz
- 84
- zweiter unterer Druckausgleichs-Ventilsitz
- 86
- Schlauch bzw. Hülse
- 88
- Wellenteil bzw. Schaftteil
- 90,92
- Dichtelement
- 94
- Zylinderteil
