DE1263432B - Druckmittelbetaetigtes Ventil insbesondere fuer Gasturbinenanlagen - Google Patents

Description

• Druckmittelbetätigtes Ventil insbesondere für Gasturbinenanlagen Die Erfindung bezieht sich auf ein druckmittelbetätigtes Ventil od. dgl. mit einem druckbeaufschlagten-Antriebsmittel zur langsamen und stetigen Betätigung sowie zur Herstellung von Zwischenstellungen, insbesondere auf solche Ventile, über die Gasturbinen mit Gas gespeist werden.
• Neben den vorerwähnten Ventilen sind Schnellschlußventile bekannt, deren Ventilstange innerhalb eines Zylinders einen auf ihr befestigten Kolben und einen hierzu beweglichen Kolben mit zwischen ihnen zusammendrückbarer Federung aufweist, wobei durch eine Steuerung eines auf die Kolben einwirkenden Druckmittels das schnelle öffnen und Schließen des Ventils bewirkt wird.
• Weiter sind Sicherheitsventile bekannt, die plötzlich geöffnet werden können, und zwar einmal durch ein Betätigungsorgan in Nähe des Ventils und zum anderen durch ein an entfernter Stelle angeordnetes Betätigungsorgan, so daß diese Ventile von zwei Stellen aus betätigt werden können.
• Gegenüber diesen Bekannten besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Ausbildung bei Ventilen allgemein und insbesondere bei Ventilen vorzusehen, über die Gasturbinen einer Gasturbinenanlage mit Gas gespeist werden und durch die das Ventil in bekannter Weise langsam, stetig und sehr genau aus der Schließ- in die Offenlage gebracht oder in einer beliebigen Zwischenstellung gehalten wird, wobei aber andererseits erreicht werden soll, daß das Ventil sehr schnell geschlossen werden kann, wenn die Arbeitsbedingungen dies erfordern, z. B. dann, wenn in den mit Gas über das Ventil gespeisten Gasturbinen Störungen oder die Sicherheit der Turbinen gefährdende Störungen auftreten.
• Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß bei dem eingangs erwähnten druckmittelbetätigten Ventil dem ersten Druckmittelantrieb ein zweiter Druckmittelantrieb überlagert ist, der einen Schnellschluß bzw. eine Schnellöffnung herbeiführt.
• Durch die Erfindung werden also für das Ventil zwei Steuerungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Ventilschließbewegung vorgesehen, durch die einmal in bekannter Weise das langsame und genaue Schließen und öffnen und das Einstellen von Zwischenstellungen und zum anderen bei auf- , tretenden Störungen ein plötzliches und schnelles Schließen des Ventils erreicht wird, wobei im letzteren Fall ein erster Druckmittelantrieb von einem zweiten Druckmittelantrieb überwunden wird.
• Dabei kann so vorgegangen werden, daß der zweite ; Druckmittelantrieb aus einem von Druckmittel betätigbaren Kolben besteht, der durch ein auf eine Betriebsstörung ansprechendes Signal den ersten Druckmittelantrieb unwirksam macht und das schnelle Schließen des Ventils steuert und nach Beheben der Störung den ersten Druckmittelantrieb wieder wirksam. werden läßt.
• Der erste Druckmittelantrieb ist vorteilhaft ein hydraulisch betätigter Servoantrieb und der zweite vorteilhaft ein pneumatisch betätigter Servoantrieb, wobei die Regelarbeit des ersten hydraulischen Servoantriebes unabhängig vom zweiten pneumatischen Servoantrieb arbeitet und wobei der hydraulische Servoantrieb das schnelle Ventilschließen durch den pneumatischen Servoantrieb bei. Auftreten eines Störungssignals nicht behindert.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.
• Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert, das ein erfindungsgemäßes Ventil für eine Gasturbinenanlage darstellt.
• Bei dem dargestellten Anwendungsbeispiel soll die Ventilanordnung ermöglichen,.. - heiße Druckgase, welche z. B. aus einer Batterie von Freiflugkolbentreibgaserzeugern durch eine Leitung 1 ankommen, entweder einer Gasturbine durch eine Leitung 2 oder einer Leitung 3 zum Auslaß -ins Freie oder auch für Regelzwecke teilweise der Turbine und teilweise der Auslaßleitung zuzuführen: Die Vorrichtung enthält ein Verschlußstück 4, welches sich zwischen zwei Grenzstellungen bewegen kann, nämlich einer ersten Schließstellung, in welcher das Verschlußstück 4 auf einen an der Mündung der Auslaßleitung 3 vorgesehenen Sitz 5 gedrückt wird, und einer zweiten Schließstellung, in welcher der Sitz 6 geschlossen ist. Die Zwischenstellungen entsprechen dem teilweisen Auslaß der heißen Gase ins Freie, während der andere Teil dieser Gase der Turbine durch die Leitung 2 zugeführt wird.
• Die erste Servosteuerung, welche während des normalen Arbeitens der Anlage tätig ist, wird durch einen hydraulischen Servomotor 7 gebildet werden, welcher mit Druckflüssigkeit durch eine Leitung 8 mit einem Rückschlagventil 8 a über einen Steuerschieber 9 gespeist wird, welcher durch einen Regelkreis 10 gesteuert wird, dessen Druck z. B. durch einen Drehzahlregler der Turbine moduliert wird.
• Der Antriebsteil dieses hydraulischen Servoantriebes 7 ist ein Kolben 11, welcher in einem Zylinder 12 verschieblich ist, in dessen Enden Kanäle 13 münden, von denen der eine mit der Zufuhrleitung 8 für die Druckflüssigkeit und der andere mit einer Auslaßleitung 14 in Verbindung gesetzt werden kann, oder umgekehrt, je nach der Stellung des Steuerschiebers 9.
• Erfindungsgemäß steht das Ventil 4 außerdem unter der Einwirkung einer zweiten Servosteuerung als Druckmittelantrieb, welche von der ersten stetig wirkenden hydraulischen Servosteuerung unabhängig ist und vorzugsweise pneumatisch arbeitet, die erste hydraulische Servosteuerung überwinden kann und dazu bestimmt -ist; bei ungewöhnlichen Störungen, welche die Sicherheit der Turbine gefährden, einzugreifen, um das Ventil 4 plötzlich in die Stellung zu bringen, in welcher die Speiseleitung 2 der Turbine verschlossen und die Auslaßleitung 3 vollständig freigelegt ist, so daß dann die Turbine vollständig abgesperrt ist und die gesamten heißen Druckgase ins Freie abgeführt werden.
• Diese zweite Servosteuerung ist ein pneumatischer Antrieb.
• Hierfür wird zweckmäßig ein anderes Kennzeichen der Erfindung benutzt, gemäß welchem der Kolben 11 des hydraulischen Servomotors und der Kolben 15 des pneumatischen Servomotors gleichachsig zu einer das Ventil 4 tragenden Betätigungsstange 16 angeordnet sind, wobei der Kolben 15 des pneumatischen Servomotors mit dieser Ventilstange 16 starr verbunden ist, während der Kolben 11 des hydraulischen Servomotors eine zusammenhängende Einheit bildet, welche auf der Ventilstange 16 gleitet. -Der Kolben 15 ist als Differentialkolben-- ausgebildet, dessen kleinere Fläche einer Kammer 18 zugekehrt ist, welche ständig durch eine Leitung 19 mit einer Druckluftquelle in Verbindung steht, während die größere Fläche dieses Kolbens einer Kammer 20 zugekehrt ist, welche mittels eines Magnetventils 21, welches von einem entsprechenden Detektor gesteuert wird, vorübergehend auf Auslaß geschaltet werden kann, wenn eine Störung auftritt, die das Eingreifen des pneumatischen Servomotors erfordert.
• Es ist eine Verbindung mit kleinem Querschnitt vorgesehen, über die sich der in der Kammer 18 herrschende Druck allmählich in der Kammer 20 aufbaut. Diese Verbindung kann durch eine einfache Nut 15 a gebildet werden, welche sich längs einer Mantellinie auf dem Umfang des Kolbens 15 erstreckt und gegebenenfalls mit einem Rückschlagventil versehen ist, welches nur eine Luftströmung von der Kammer 18 zu der Kammer 20 ermöglicht.
• Der Hub des Kolbens 15 wird in dem Sinn der Verkleinerung des Volumens der Kammer 18 durch einen Bund 22 begrenzt.
• Das Magnetventil 21 liegt an einer solchen Stelle, daß seine Mündung in die Kammer 20 von dem Kolben 15 verdeckt wird, bevor dieser an seinem Hubende ankommt; wobei ein in dem Kolben 15 ausgebildeter Durchlaß 23 am Hubende die Verbindung zwischen der Kammer 20 und dem Magnetventil 21 wiederherstellt; wodurch der letzte Abschnitt des Hubes des Kolbens 15 durch ein Luftpolster gebremst wird, welches anschließend durch den Durchlaß 23 und das geöffnete Magnetventil 21 abgeführt wird, wenn der Kolben 15 an sein Hubende. gelangt, wodurch jede Gefahr eines Zurückprallens des Kolbens vermieden wird.
• Das obige doppeltgesteuerte Absperrventil 4 arbeitet folgendermaßen: Während des normalen Betriebs einer Gasturbinenanlage gleicht sich der Luftdruck in den Kammern 18 und 20 infolge der Ausbildung des Differentialkolbens 15 aus, welcher gegen den Anschlag 22 gedrückt wird und so mit dem Zylinder 17 des pneumatischen Servomotors ein Stück bildet, welcher seinerseits an dein Kolben 11 des hydraulischen Servomotors befestigt ist. Solange die Kammer 20 unter Druck bleibt; wird nur der hydraulische Servomotor 7 wirksam und verstellt das Ventil 4 stetig über -den Kolben 11, den Zylinder 17, den Anschlag 22 und den Kolben 15 entsprechend der dem Steuerschieber 9 durch den von der Leitung 10 gelieferten Regeldruck erteilten, Stellung. Sobald das Magnetventil 21 durch ein elektrisches Signal geöffnet wird; welches einer Störung entstammt, bei der die Sicherheit der Turbine gefährdet ist, fällt der Druck in der Kammer 20, und unabhängig von der von dem Kolben 1l des hydraulischen Servomotors und von dem mit diesem Kolben starr verbundenen Zylinder 17 eingenommenen Stellung wird der in der Kammer 18 herrschende Druck vorherrschend und treibt den Kolben 15 schnell in Richtung auf die Kammer 20 vorwärts; bis das Ventil 4 sich auf den Sitz 6 legt, wodurch die Gaszufuhr zur Turbine gesperrt ist. Während der Verlangsamung der Anordnung 15-16-4 sucht sich die andere durch den Zylinder 17 und den Kolben 11 gebildete Anordnung durch Reaktion gegensinnig zu verstellen, sie wird jedoch hieran durch das Rückschlagventil 8 a gehindert. Sobald das Ventil 4 auf seinen Sitz 6 gekommen ist, ist die Turbine abgetrennt, und mit einer gewissen Verzögerung beeinflußt ihr Regler über den Regelkreis 10 den hydraulischen Servomotor 7, welcher den Kolben 11 und den Zylinder 17 in die Stellungen zurückführt, welche sie ursprünglich in bezug auf den Kolben 15 des pneumatischen Servomotors einnahmen. Sobald sich das Magnetventil 21 unter der Einwirkung seiner Rückholfeder wieder schließt, baut sich der Druck der Druckluft allmählich wieder in der Kammer 20 über die Nut 15 a auf, und der Kolben 15 legt sich von neuem gegen den Anschlag 22, wodurch er das Öffnen des Ventils 4 in einem Maß bewirkt, welches von der Augenblickstellung des Kolbens 11 des hydraulischen Servomotors 7 abhängt, welcher dann von neuem allein die Steuerung der Stellung dieses Ventils bewirkt, solange keine neue Störung auftritt.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Druckmittelbetätigtes Ventil od. dgl. mit einem druckbeaufschlagten Antriebsmittel zur langsamen und stetigen Betätigung sowie zur Herstellung von Zwischenstellungen, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Druckmittelantrieb ein zweiter Druckmittelantrieb überlagert ist, der einen Schnellschluß bzw. eine Schnellöffnung herbeiführt.
2. 2. Ventil für Gasturbinenanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckmittelantrieb aus einem von Druckmittel betätigbaren Kolben (15) besteht, der durch ein auf eine Betriebsstörung ansprechendes Signal den ersten Druckmittelantrieb (7) unwirksam macht und das schnelle Schließen des Ventils (4) steuert und nach Beheben der Störung den ersten Druckmittelantrieb wieder wirksam werden läßt.
3. 3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckmittelantrieb durch ein elektrisches Signal gesteuert wird, welches durch eine die Sicherheit der Turbine einer Gasturbinenanlage gefährdende Störung ausgelöst wird.
4. 4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druckmittelantrieb ein hydraulisch betätigter Servoantrieb und der zweite Druckmittelantrieb ein pneumatisch betätigter Servoantrieb ist.
5. 5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelarbeit des ersten hydraulischen Servoantriebes unabhängig vom zweiten pneumatischen Servoantrieb ist und daß der hydraulische Servoantrieb das schnelle Ventilschließen durch den pneumatischen Servoantrieb bei Auftreten eines Störungssignals nicht behindert.
6. 6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatische Servoantrieb (15 bis 22) nur vorübergehend das schnelle Schließen des Ventils (4) auf Grund eines Störungssignals bewirkt, bis der langsamer arbeitende hydraulische Servoantrieb (7) durch seinen Regler auf die Störung anspricht und die Schließwirkung übernimmt.
7. 7. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Servoantriebe Kolbenmotoren mit gleichachsigen Kolben (11, 15) sind, von denen der Kolben (11) des hydraulischen Servoantriebes mit dem Zylinder (17) des pneumatischen Servoantriebes eine starre, auf der Ventilstange (16) gleitende Einheit (11, 17) bildet und der Kolben (15) des pneumatischen Servoantriebes mit der Ventilstange (16) fest verbunden ist, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, durch die bei normaler Arbeit einer Gasturbinenanlage Verschiebungen der gleitenden Einheit (11,17) entsprechende Verstellungen des Kolbens (15) des pneumatischen Servoantriebes und damit Einstellregelungen des Ventils (4) bewirken. B. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (15) des pneumatischen Servoantriebs ein Differentialkolben ist, dessen kleinere Fläche normal gegen einen Anschlag (22) in einer unter pneumatischen Druck stehenden, dem Ventil (4) abgekehrten Kammer (18) des Zylinders (17) anliegt, während die größere unter dem gleichen pneumatischen. Druck stehende Kolbenfläche einer Kammer (20) des Zylinders (17) zugekehrt ist, die auf ein auf eine Störung der Gasturbinenanlage ansprechendes Signal vorübergehend drucklos gemacht werden kann. 9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (17) des pneumatischen Servoantriebes zwischen der größeren Kolbenfläche und dem dem Ventil (4) zugekehrten Zylinderboden im Abstand von diesem Boden mit einem durch ein auf ein Störungssignal sich öffnendes Ventil (21) verschlossenen Auslaß versehen ist, der in der einen Endstellung des Kolbens gegen den Zylinderboden über einen Kanal (23) im Kolben (15) mit der Zylinderkammer (20) kommuniziert. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 536 266; deutsche Auslegeschrift Nr. 1062 999; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1836 871; USA.-Patentschrift Nr. 2 626 633. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1198 153.