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Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für Kraftmaschinen, insbesondere
für hohe Drücke und Temperaturen, mit mehreren innerhalb eines Gehäuses nebeneinander
angeordneten Einzelventilen, mit einem ebenfalls innerhalb des Gehäuses angeordneten,
allen Einzelventilen gemeinsamen Steuerbalken, von dem zwei nach außen ragende Ventilschäfte
ausgehen. Das Steuerventil dient vornehmlich für den Antrieb von Dampfturbinen.
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Bei der Verwendung einer Vielzahl von Ventilen in ein- und demselben
Steuerventilgehäuse werden die z. B. hochdruckdampfführenden Gehäuse durch die Ventileinbauöffnungen
so geschwächt, daß der maximale Betriebsdruck stark abgemindert werden muß, soll
die Beanspruchung die maximal zulässige Grenze nicht überschreiten. Dies gilt vor
allem bei hohen Betriebstemperaturen.
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Bei den bekannten Konstruktionen wird ein großer Deckel vorgesehen,
der es erlaubt, den Balken als Ganzes samt den einzelnen Ventilen von oben einzubauen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt im wesentlichen
darin, das Gehäuse möglichst wenig durch die Durchführungen für den Ventilantrieb
zu schwächen. Es wird bezweckt, einen funktionstüchtigen Ventilbewegungsmechanismus
zu schaffen, der extrem hohe Treibmittelzustände (z. B. Arbeitsdampf) ohne erhöhten
Bauaufwand trotz einer Vielzahl an Ventilen zuläßt. Eine große Anzahl an Steuerventilen
ist erwünscht, um den Strom des Treibmittels fein unterteilen zu können, z. B. um
den Teillastwirkungsgrad von Dampfturbinen anzuheben.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der zusammen mit
den Einzelventilen fertig montierte Steuerbalken durch die seitliche Öffnung für
die Treibmittelzufuhr in das Ventilgehäuse einschiebbar ist.
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Durch den Einbau von einer Stirnseite her durch eine verhältnismäßig
enge Öffnung kann ein großer Gewinn an Festigkeit, vor allem bei hohen Drücken und
Temperaturen erzielt werden, im Vergleich zu welchen die Unbequemlichkeit der nachträglichen
Verbindung zwischen Balken und Zugspindel in den Hintergrund tritt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Ventilschäfte in
einem einstückigen Deckel geführt, der die Öffnungen für die Durchführung durch
das Ventilgehäuse abdeckt und mit Hilfe von Zugschrauben am Ventilgehäuse befestigt
ist, die ihrerseits durch Verschlußdeckel gehalten sind, die selbstdichtend vom
Gehäuseinneren her in die Gehäusewand eingesetzt sind. Dadurch wird der Deckel gegen
Druckbelastung vom Gehäuseinneren her abgeschirmt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Antriebes und der Lauf der technischen Entwicklung bei der Anordnung der Ventile
in einem gemeinsamen Gehäuse dargestellt. Hierbei zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt
durch die erfindungsgemäße Ausbildungsform, F i g. 2 einen zugehörigen Querschnitt,
F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein Steuerventil der konventionellen Bauart und
F i g. 4 eine Bauart mit einem mehreren Ventilen gemeinsamen Steuerbalken im Längsschnitt.
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Die Erfindung geht aus von dem Gedanken, die notwendigen Durchbrechungen
durch das Ventilgehäuse auf ein Minimum zu reduzieren. Dadurch werden einerseits
die Schwächungen der tragenden Bauteile ein Minimum, andererseits benötigen die
klein gewordenen Verschlußdeckel auch nur mehr geringe Verschlußkräfte. Die beiden
Zugspindeln 7 des Bewegungsmechanismus fluchten mit je einem Steuerventil 1, und
der komplett fertigmontierte und justierte Steuerbalken 6 ist seitlich durch die
Öffnung für die Treibmittelzufuhr einschiebbar. Die Anzahl der notwendigen Öffnungen
im Steuerbalken (über jedem Ventil) ist damit gleich der Ventilzahl und erreicht
den Kleinstwert. Der Durchmesser dieser Öffnungen ist bestimmt durch den Durchmesser
der kleinsten Bohrstange zum Fertigen der Ventilsitze und erreicht damit ebenfalls
ein Minimum. Die Baulänge des Ventilgehäuses erreicht ebenfalls den kleinsten Grenzwert,
da gegenüber bekannten Konstruktionen nach der später beschriebenen F i g. 4 der
Platzbedarf der Zugspindeln entfällt bzw. kann bei gleicher Baulänge wie bei F i
g. 4 der frei gewordene Platz für ein weiteres Ventil verwendet werden. Eine eventuell
notwendige Vergrößerung der Bauhöhe des Ventilgehäuses kann dem so konstruierten
Bewegungsmechanismus nicht angelastet werden, da die Vermehrung der Ventile auch
eine Vergrößerung des Zuflußquerschnittes des Treibmittels benötigt bzw. wenn die
Treibmittelmenge nur auf mehr Ventile aufgeteilt wird, werden die einzelnen Ventile
kleiner, wodurch sich an der Gehäusebauhöhe nichts ändert. Die durch die vorgenannten
erfindungsgemäßen Maßnahmen klein gewordenen Deckelschraubenkräfte entfallen zum
Teil ganz, indem die Verschlußdeckel8, die keine Zugspindeldurchführungen besitzen,
durch den Treibmitteldruck selbstdichtend sind. Die dabei notwendigen Schrauben
9 zur Erzielung der Vorspannung können im Gegenteil noch zur Befestigung der Zugstangendeckel
3" benutzt werden. Mit den so erhaltenen tragenden Querschnitten des Ventilgehäuses
3 sind auch größte Treibmitteldrücke und Temperaturen wirtschaftlich beherrschbar.
Da der Zusammenbau der Ventile 1 außerhalb des Ventilgehäuses erfolgt, ist der Justiergenauigkeit
keine Grenze gesetzt. Die Zugspindeln 2' werden mit dem Balken 6 wärmeelastisch
verbunden, nachdem dieser in das Ventilgehäuse 3 eingeschoben wurde, wozu handelsübliches
Werkzeug genügt. Der Ventilbalken 6 (F i g. 2) besteht erstens aus dem tragenden
Element 7', das mit den Zugspindeln 2' verbunden ist und trotz kleinen Gewichtes
hinreichend steif konstruiert werden kann, um die Durchbiegung klein zu halten,
und zweitens aus dem formgebenden Element 7", das die Lage der einzelnen Ventile
zueinander bestimmt. Die Verbindung beider Elemente ist durch eine ganze Reihe von
Konstruktionen möglich, beginnend vom einfachen, billigen Querbolzen über formschlüssige
Verbindungen bis zur Herstellung des Balkens aus einem Stück.
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Bei der in F i g. 3 gezeigten konventionellen Bauart ist jedes Ventil
1 über eine eigene Ventilspindel 2 mit dem außenliegenden (nicht gezeigten) Bewegungsmechanismus
verbunden. Mit dieser Konstruktion sind höhere Treibmittelzustände noch gut beherrschbar,
weil die abzudeckenden Öffnungen im Gehäuse 3 relativ klein (gegenüber den Ventilmittenabständen)
gehalten werden können. Der kleinstmögliche Durchmesser der Gehäuseöffnung muß größer
sein als der größte Durchmesser des betreffenden Ventils, damit dieses eingebaut
werden kann. Die Ventilzahl ist relativ klein, da der Platzbedarf für den Ventildeckel
mit
eigener Lentzbüchse 4 und den notwendigen Befestigungsschrauben die Unterschreitung
eines Mindestabstandes von Ventil zu Ventil verbietet. Proportional der Vermehrung
der Anzahl der Ventile vergrößert sich die Gehäusebaulänge und steigen die Baukosten.
Die Treibmittelverluste sind relativ groß, da jede Ventilspindel eine Lentzbüchse
besitzt, und steigen proportional der Ventilzahl an.
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Der letzte Stand der Technik zeigt, daß entsprechend F i g. 4 alle
Ventile 1 über ungleich lange Spindeln 2' an einem Balken 6 hängen, der sich im
Treibmittelstrom befindet. Zwischen den Ventilen 1 sind zwei Zugspindeln 7 angeordnet,
die den Deckel 3' durchsetzen und über die die Ventilbewegung von außerhalb des
Treibmittelraumes bewerkstelligt wird. Gegenüber der Konstruktion nach F i g. 3
können hier bei gleicher Baulänge mehr Ventile untergebracht werden. Der Mindestabstand
von Ventil zu Ventil wird nicht mehr vom Ventildeckel bestimmt, sondern nur mehr
vom größten Ventildurchmesser unter Berücksichtigung des Platzbedarfs für die Zugspindeln
7. Eine weitere Vergrößerung der Ventilzahl verursacht geringer als proportional
ansteigende Baukosten. Die Leckverluste an Treibmittel sind trotz eines Ventils
mehr (gegenüber der Ausbildung nach F i g. 3) geringer geworden, da nur mehr zwei
Lentzbüchsen vorhanden sind. Bei einer weiteren Vergrößerung der Ventilanzahl bleiben
die Verluste trotzdem konstant, da mit den zwei Zugspindeln auch eine noch größere
Anzahl von Ventilen gesteuert werden kann. Als großer Nachteil ist allerdings die
Festigkeit des Ventilgehäuses 3 und damit der maximal zulässige Treibmittelzustand
gesunken, da zum Einbau des gesamten Steuerbalkens 6 von oben her das Ventilgehäuse
3
über die ganze Länge aufgeschnitten sein muß. Trotz überdimensionierter
Deckelstärken und Schrauben bzw. diverser Verklammerung und Entlastungskonstruktionen
ist man nicht imstande, die weggeschnittenen tragenden Wandteile durch äquivalent
tragende Stützkonstruktionen zu ersetzen, wenn man nicht den Preisvorteil aufgeben
möchte, den die Konstruktion gemäß F i g. 4 vor der Konstruktion nach F i g. 3 hat.