DE1208133B

DE1208133B - Relieved valve, especially for steam turbine systems, with piston ring seal

Info

Publication number: DE1208133B
Application number: DEM48816A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Prause; Horst Riedel
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1961-04-25
Filing date: 1961-04-25
Publication date: 1965-12-30

Description

Entlastetes Ventil, insbesondere für Dampfturbinenanlagen, mit Kolbenringabdichtung Die Erfindung bezieht sich auf ein entlastetes Ventil mit einem Verschlußkörper, der als Hohlkolben mit Entlastungsbohrungen und einer Kolbenringabdichtung ausgebildet ist. Insbesondere ist die Erfindung bei sogenannten hemmenden, nur für Regelzwecke geeigneten Ventilen mit kurzzeitig wirkender Ventilkegelabdichtung anwendbar, um beispielsweise .in Dampfturbinenanlagen bei Lastabwurf, also z. B. bei Ausfall des Generators, das Auftreten unzulässiger Drehzahlen, d. h. ein Durchgehen der Maschine, zu verhindern. Besonders ist dabei an Regelventile gedacht, die im Betrieb vorwiegend in einem Zwischenbereich zwischen der vollen Offenlage und der vollen Schließlage arbeiten.Relieved valve, in particular for steam turbine systems, with a piston ring seal. The invention relates to a relieved valve with a closure body which is designed as a hollow piston with relief bores and a piston ring seal. In particular, the invention can be used with so-called inhibiting valves, which are only suitable for control purposes, with briefly acting valve cone seals, for example to . in steam turbine systems with load shedding, so z. B. if the generator fails, the occurrence of impermissible speeds, d. H. to prevent the machine from running away. In particular, control valves are thought of which, during operation, mainly work in an intermediate area between the fully open position and the fully closed position.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, mit möglichst kleinen Kräften und geringem Verschleiß die Regelbewegungen des Ventils durchzuführen.The object on which the invention is based is, as far as possible, with perform the control movements of the valve with small forces and low wear.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Aussparung für den Kolbenring über radiale Bohrungen mit dem Innenraum des Hohlkolbens verbunden ist, wobei die Ausdehnung des Kolbenringes durch einen als Anschlag dienenden Ringbord so begrenzt ist, daß zwischen dem Kolbenring und der Bohrung, in die er beim Schließen des Ventils hineingleitet, ein Spaft bleibt und der Kolbenring nur im Bereich der Schließstellung des Ventils an der Innenwand der Bohrung anliegt. Hierbei ist unter dem Begriff des Bereiches der Schließstellung beispielsweise weniger als ein Viertel des Öffnungshubes zu verstehen.This is achieved in that the recess for the piston ring is connected to the interior of the hollow piston via radial bores, the Expansion of the piston ring limited by a ring rim serving as a stop is that between the piston ring and the bore in which it enters when the valve is closed slides in, a gap remains and the piston ring only in the area of the closed position of the valve rests against the inner wall of the bore. Here is under the term of the area of the closed position, for example, less than a quarter of the opening stroke to understand.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise für ein kombiniertes Schnellschluß-Regelventil veranschaulicht, und zwar zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein solches Komb;nationsventil in schematischer Darstellung und F i g. 2 einen Teillängsschnitt durch das Regelventil in geschlossener Stellung mit vergrößerter Wiedergabe des Kolbenring-Gleitsitzes.In the drawing, the invention is illustrated, for example, for a combined quick-acting control valve, namely FIG. 1 shows a longitudinal section through such a combination valve in a schematic representation and FIG . 2 shows a partial longitudinal section through the control valve in the closed position with an enlarged reproduction of the piston ring sliding fit.

In F i g. 1 ist mit 1 das Ventilgehäuse des Kombinationsventils benannt, das den Ventilkörper 2 und das Voröffnungsventil 3 des Schnellschlußventils und den Ventilkörper 4 des Regelventils aufnimmt, wobei zu dem Schnellschlußventil der Ventilsitz 5 und zu dem Regelventil der Ventilsitz 6 gehört. Das Regelventil, welches die Erfindung zum Inhalt hat, befindet sich in dieser Darstellung in geöffneter Stellung und muß gegen den Strömungsdruck des Mediums, beispielsweise des Dampfes, geschlossen werden. In dem als Hohlkolben gestalteten Ventilkörper 4 befinden sich die Entlastungsbohrungen 7 und der Ventilsitz 8, während bei 9 nur schematisch der Kolbenring angedeutet ist, der über die radialen Bohrungen 10 unter den im Innenraum 11 des Ventilkörpers 4 herrschenden überdruckeinfluß gelangt, sobald bei 6, 8 der Ventilsitz geschlossen ist. Der Kolbenring 9 ist wie ein üblicher Kolbenring geschlitzt und bleibt an sich ein elastisches Element. Der Kolbenring wird durch einen Ringbord, wie er in F i g. 2 gezeichnet ist, daran gehindert, in der Stellung gemäß F i g. 1 sich an die Innenwand der Hülse 12 anzulegen, die als eine in den Ventilhals 13 eingesetzte Büchse gestaltet ist, die eine Abschrägung 14 zwecks leichten Auflaufens des Kolbenringes 9 in die Gleitfläche 14' der Büchse 12 beim Schließen des Ventils aufweist.In Fig. 1, 1, the valve housing of the combination valve named accommodating the valve body 2 and the Voröffnungsventil 3 of the quick-acting valve and the valve body 4 of the control valve, wherein one of the quick-closing valve of the valve seat 5 and the control valve of the valve seat. 6 The control valve, which is the subject of the invention, is in the open position in this illustration and must be closed against the flow pressure of the medium, for example the steam. In the valve body 4 designed as a hollow piston there are the relief bores 7 and the valve seat 8, while at 9 the piston ring is only indicated schematically, which passes through the radial bores 10 under the overpressure influence prevailing in the interior 11 of the valve body 4 as soon as at 6, 8 the valve seat is closed. The piston ring 9 is slotted like a conventional piston ring and remains an elastic element per se. The piston ring is supported by a ring rim, as shown in FIG . 2 is drawn, prevented from being in the position according to FIG. 1 to apply to the inner wall of the sleeve 12, which is designed as a sleeve inserted into the valve neck 13 , which has a bevel 14 for the purpose of easy running of the piston ring 9 into the sliding surface 14 'of the sleeve 12 when the valve is closed.

In den Ventilkörpern solcher Regelventile müssen Entlastungsventile oder Entlastungsbohrungen vorgesehen sein, um die erforderlichen öffnungs- oder Schließkräfte in tragbaren Grenzen zu hatten. Wenn auch die Benutzung von Bohrungen billiger und einfacher ist, so müssen doch diese in ihrem Durchtrittsquerschnitt so bemessen sein, daß bei geschlossenem Ventil nicht mehr Dampf herausströmt, als dem Leerlauf der Maschine entspricht. Eine genaue Berechnung dieser Leerlaufdampfmenge ist aber nicht möglich, weil diese Dampfmenge von Faktoren abhängt, welche nur auf erfahrungsgemäßen Annahmen beruhen.Relief valves must be installed in the valve bodies of such control valves or relief bores may be provided to the required opening or To have closing forces within acceptable limits. Albeit the use of holes Cheaper and simpler, they must have their passage cross-section be dimensioned so that when the valve is closed, no more steam flows out than corresponds to the idling of the machine. An exact calculation of this amount of idle steam but is not possible because this amount of steam depends on factors that only depend on based on empirical assumptions.

In Fig. 2 ist wiederum mit 4 der Ventilkörper, mit 7 eine der Entlastungsbohrungen, mit 12 die als Büchse gestaltete Hülse und mit 13 der Ventilhals bezeichnet, während mit 6 und 8 die beiden Sitzflächen und mit 10 eine der radialen, zur Kolbenringaussparung 15 führenden Bohrungen benannt ist. Der Kolbenring 9 besitzt eine Ringschulter 17 und eine Gleitfläche 18, deren zum Ventilkörpersitz 8 hin gelegene Kante bei 19 abgeschrägt ist, damit das Hineingleiten des Kolbenringes 16 in die am Ende verengte, vor der Bohrung gebildete Gleitfläche 14' erleichtert wird.In Fig. 2, 4 denotes the valve body, 7 denotes one of the relief bores, 12 denotes the sleeve designed as a sleeve and 13 denotes the valve neck, while 6 and 8 denote the two seat surfaces and 10 one of the radial ones leading to the piston ring recess 15 Holes is named. The piston ring 9 has an annular shoulder 17 and a sliding surface 18, the edge of which is beveled at 19 towards the valve body seat 8 , so that the sliding of the piston ring 16 into the sliding surface 14 'formed in front of the bore, which is narrowed at the end, is facilitated.

An der Gleitfläche 18 soll. stets ein Spalt 18' vorhanden sein und bestehenbleiben. Ein solches veränderbares Spaftspiel ist kleiner zu wählen, als die Leerlaufdampfmenge im Durchtrittsquerschnitt ausmacht. Hinsichtlich einer Spaltkorrektur wird bemerkt, daß eine solche nicht so einfach möglich ist. Es könnte nämlich geschehen, daß bei einem zu groß errechneten Spiel entweder der Kegel oder die Büchse erneuert werden müßte, abgesehen von der Möglichkeit ' daß Kegel und Büchse einer Wärineverforinung unterliegen können, die mit Sicherheit zu einem Streifen und dem sogenannten »Fressen« führeit würde.On the sliding surface 18 should. always a gap 18 'be present and remain. Such a changeable gap should be selected to be smaller than the amount of idle steam in the passage cross-section. With regard to a gap correction, it should be noted that this is not so easy to do. It could in fact happen that would have to be renewed at a too large calculated play either the cone or the can, apart from the possibility 'that cone and bush may be subject to Wärineverforinung that would certainly be a strip and the so-called "fretting" führeit .

Im übrigen ist der Zweitstrom, das ist die Dampfmenge, die durch die Bohrungen 7 strömt, in dem Bereich, in dem der Kolbenring nicht anliegt, aber doch noch nicht der »Aussteuerpunkt« erreicht ist, zu groß, um vernachlässigt werden zu können. Hierbei ist der Aussteuerpunkt der Punkt, bei dem die Durchflußmenge nicht mehr weiter mit dem Hub anwächst. Es empfiehlt sich deshalb, den Zweitstrom durch eine Lamellendichtung zu vermindern.Otherwise, the second stream, that is the amount of steam flowing through the bores 7 , in the area in which the piston ring is not in contact but has not yet reached the "control point", is too large to be neglected. Here, the control point is the point at which the flow rate no longer increases with the stroke. It is therefore advisable to reduce the secondary flow by means of a lamellar seal.

Der Außendurchmesser des Kolbenringes 9 ist dabei nicht größer als der Bohrungsdurchmesser der Büchse 12 bzw. des Ventilhalses 13, in die er beim Schließen des Ventils hineinschlüpfen muß. Für die Aufnahme der Ringschulter 17 und zur gleichzeitigen Ausdehnungsbegrenzung des Kolbenringes 9 sowie zur Regulierung der Spaltbreite dient ein Ringbordanschlag 20 bzw. 20' eines Abdeckringes 21, der mittels Schrauben 22 im Ventilkörper 4 gehalten wird und noch einen Zentrierbord 23 aufweisen kann.The outer diameter of the piston ring 9 is not larger than the bore diameter of the sleeve 12 or the valve neck 13, into which it must slip when the valve is closed. An annular flange stop 20 or 20 'of a cover ring 21, which is held in the valve body 4 by means of screws 22 and can also have a centering flange 23 , is used to accommodate the annular shoulder 17 and to simultaneously limit the expansion of the piston ring 9 and to regulate the gap width.

In weiterer Ausgestaltung der -Erfindung wird also der einen Teil der Kolbenringaussparung 15 umgrenzende Ringbord 20 von einem mit zentrischen Bordrändern 20, 23 versehenen, stirnseitig auf dem Ventilkörper befestigten Abdeckring 21 gebildet. Ferner ist der Kolbenring 9 in seinem Profil in Bildung einer Abstufung derart abgewinkelt gestaltet, daß auf seiner der Gleitfläche 18 abgewendeten Seite eine hinter dem Ringbord 20 bzw. 20' der Aussparung 15 bzw. 15' greifende Ringschulter 17 bzw. 17' vorhanden ist. Es ist also möglich, eine Ringschulter 17' des Kolbenringes 16 an Stelle der Ringschulter 17 und die Aussparung 15 in eine nur angedeutete Aussparung 15' hineinragen zu lassen, was für die Einwirkung des Druckes über die Bohrungen 10 auf die Innenfläche 24 des Kolbenringes 16 und damit für die Bildung des sich unter Einwirkung der Begrenzungsanschlagflächen 25 bzw. 25' einstellenden Nullspieles gleichbedeutend ist. Es wird hierbei einerseits eine ausreichende Ventilkörperabdichtung auf der Entlastungsseite zwischen Kolbenring und Büchse bzw. Ventilhalsgleitfläche im letzten Schließbereich des Ventilhubes erreicht, und andererseits werden die Reibungskräfte zwischen Kolbenring und Büchsengleitfläche so gering als möglich gehalten, so daß sowohl das öffnen wie auch das Schließen des Ventils mit kleinstmöglichen Kräften vollzogen werden kann. Sobald nämlich der Kolbenring beim öffnen des Ventils aus der Drosselbohrung der Büchse oder des Ventilhalses herausgleitet, also diese nur kurze Gleitfläche verlassen hat, hört die Wandreibung vollständig auf, da jetzt ein großes Spiel zwischen Kolbenring und der diesem gegenüberliegenden Wandung vorhanden ist und dieser Ring in seine ursprüngliche spannungsfreie Lage zurückkehren kann.In a further embodiment of the invention, the ring rim 20 which delimits part of the piston ring recess 15 is formed by a cover ring 21 which is provided with central rim edges 20, 23 and is attached to the end of the valve body. Furthermore, the profile of the piston ring 9 is angled to form a gradation so that on its side facing away from the sliding surface 18 there is an annular shoulder 17 or 17 ' that engages behind the ring rim 20 or 20' of the recess 15 or 15 '. It is therefore possible to have an annular shoulder 17 'of the piston ring 16 in place of the annular shoulder 17 and the recess 15 protrude into an only indicated recess 15' , which is responsible for the action of the pressure via the bores 10 on the inner surface 24 of the piston ring 16 and thus is synonymous for the formation of the zero play which is established under the action of the limit stop surfaces 25 and 25 '. On the one hand, a sufficient valve body seal is achieved on the relief side between the piston ring and the liner or valve neck sliding surface in the last closing area of the valve stroke, and on the other hand, the frictional forces between the piston ring and the liner sliding surface are kept as low as possible, so that both the opening and the closing of the valve can be carried out with the smallest possible force. As soon as the piston ring slides out of the throttle bore of the sleeve or the valve neck when the valve is opened, i.e. has left this only short sliding surface, the wall friction stops completely because there is now a large play between the piston ring and the wall opposite it and this ring in can return to its original stress-free position.

Schließlich ist das entlastete Ventil in an sich bekannter Weise mit einem vorgeschalteten Schnellschlußventil zusammengebaut und in einem gemeinsamen Gehäuse vorzugsweise gleichachsig untergebracht. Es ist hierbei erwünscht, daß das Regelventil schon bei geringeren Drehzahlüberschreitungen schließt als das Schnellschlußventil. Es sollen dabei diese Regelbewegungen in der Weise beherrscht werden, daß die Abdichtung auf der Entlastungsseite des Ventilkörpers, d. h. eine Dampfdrosselung nur bis zu einem solchen Maße erfolgt, daß weniger Dampf durchgeht, als dem Leerlauf der Maschine (Turbine, Dampfmaschine) entspricht. Bei bekannten Kombinationsventilen wird das Schnellschlußventil beim Anfahren der Turbine geöffnet, es soll erst im Gefahrenmoment durch Ansprechen eines Sicherheitsreglers schließen. Demgegenüber dient das außerdem verwendete Regelventil einerseits zur Leistungsregelung für die Maschine und soll andererseits im Fall eines Lastabwurfes nur vorübergehend schließen, um ein Durchgehen der Maschine zu verhüten.Finally, the relieved valve is assembled in a manner known per se with an upstream quick-acting valve and is preferably housed coaxially in a common housing. It is desirable here that the control valve closes when the speed is exceeded less than the quick-closing valve. It should be controlled these control movements in such a way that the seal on the relief side of the valve body, d. H. a steam throttling occurs only to such an extent that less steam passes through than corresponds to the idling of the machine (turbine, steam engine). In known combination valves, the quick-closing valve is opened when the turbine starts up; it should only close in the moment of danger when a safety regulator responds. In contrast, the control valve also used serves on the one hand to regulate the power of the machine and on the other hand should only close temporarily in the event of a load shedding in order to prevent the machine from running away.

Claims

Claims: 1. Relieved valve with a closure body which is designed as a hollow piston with relief bores and a piston ring seal, characterized in that the recess (15) for the piston ring (9) via radial bores (10) with the interior (11) of the hollow piston is connected, the extension of the piston ring (16) by a ring rim serving as a stop (20 or 20) being limited so that a gap remains between the piston ring and the bore into which it slides when the valve is closed, and the piston ring rests against the inner wall (14 ') of the bore only in the area of the closed position of the valve.

2. Valve according to claim 1, characterized in that the part of the piston ring recess (15) bordering the ring rim (20) is formed by a cover ring (21) which is provided with central rim edges (20, 23) and is frontally attached to the valve body (4) . 3. Valve according to claim 1 and 2, characterized in that the piston ring (9) is designed angled in its profile in the formation of a gradation such that on its side facing away from the sliding surface (18) behind the ring rim (20 or 20 ') ) the recess (15 or 15 ') gripping ring shoulder (17 or 17') is present. 4. Valve according to claim 1 to 3, characterized in that the valve seat (8) directed towards the outer edge of the sliding surface of the piston ring (9) is bevelled to form a ramp surface (19) so that the sliding of the piston ring into the narrowed at the end , sliding surface (14 ') formed in front of the bore is facilitated. 5. Relieved valve according to claim 1 to 4, characterized in that this valve is assembled in a manner known per se with an upstream quick-acting valve and is preferably housed coaxially in a common housing. Publications considered: German Patent No. 851 294.