DE1425707A1 - Entlastetes Ventil fuer Dampfturbinen - Google Patents

Description

• Entlastetes Ventil für Dampfturbinen Die Erfindung betrifft ein entlastetes Ventil mit einem in einer Zylinderführung verschiebbaren Hauptventilkolben mit axialer Durob.gangsöffnung, in der ein Hilfsventilkolben axial verstellbar an einem Schaft sitzt und abwechselnd die einen größeren Querschnitt als die Einlaßöffnungen aufweisende Auslaßöffnung des Hauptventilkolbens verschiebt oder denselben über in ihm angeordnete Mitnehmer lüftet, wobei im Inneren des Hauptventilkolbens eine über eine veränderbare Drossel mit der Ausla.ßöffnung wenigstens während des Abhebens des Hilfsventilkolbens von seinem Sitz in Verbindung stehende Druckkammer gebildet ist. Die immer fortschreitende Vergrößerung der Leistung von Dampfturbinen und die Erhöhung des Frischdampfdruckes bringen eine Vergrößerung des Durchmessers der Regelventile und damit eine Erschwerung der Steuerung dieser letzteren mit sich. Oftmals werden sogenannte Ausgleichsventile verwendet, bei welchen ein koaxial im Ventilrohr angeordneter Steuer- oder Schließkolben dazu dient, die zentrale Öffnung im letzteren verschlossen zu halten. Bohrungen im Rohr oder Deckel des Ventiles ermöglichen, daß der Druck auf die gesamte innere Oberfläche des Ventiles und auf die Oberfläche des Steuerkolbens (ausgenommen den Schaft) während des Verschließens wirkt. Das Anheben des Ventilkolbens, dessen Durchmesser größer als der der vorstehend erwähnten Bohrungen ist, zieht eine erhebliche Verminderung der zum Schließen notwendigen Kraft, die der Dampf auf das Ventil ausübt, nach sich, und der Steuerkolben kann das Ventil leicht mechanisch bewegen, indem er dem Ventilhub folgt.
• Eine solche Vorrichtung, wie z.B. in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen dargestellt, ist oftmals mit einem Nachteil behaftet, der sich umso stärker bemerkbar macht, je größer die Leistung der Turbine ist: In geöffneter-Stellung entspricht die Verbindung zwischen Steuerkolben bzw. Ventilklappe und Ventil, welche im wesentlichen von den (statischen oder dynamischen) Flüssigkeitsdrücken auf das Ventil und damit vom Gewicht des letzteren abhängig ist, einer verhältnismäßig geringen Auflagekraft, so daß das Ventil nicht nur gegen den Steuerkolben schlagen und damit die Lebensdauer der Beaufschlagungsvorrichtung beeinträchtigen kann, sondern auch den Schließbewegungen des Steuerkolbens nur mit einer gewissen Verzögerung folgt, was die Genauigkeit der Arbeitsweise der Vorrichtung vermindert. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ausgleichsventil, welches auch bei stärkeren Ventilhüben sicher auf seinem Steuerkolben bzw. der Schließklappe aufliegt. Erfindungsgemäß wird die Auflage im wesentlichen durch auf das Ventil einwirkende Druckkräfte erreicht, welche-gegen den Verschluß gerichtet sind und sich aus Druckverlusten des Dampfes, der durch Bohrlöcher im Deckel des Ventiles zugeführt wird, ergeben, wobei geeignete Diaphragmen in den Weg des Dampfes eingebaut werden. Es ist weiterhin vorgesehen, den Auflagekräften einen mit dem Ventilhub steigenden Wert zu geben, um die Verringerung der Kraft aus dem dynamischen Druck, der das Ventil entlastet, auszugleichen; diese Verringerung ist eine Folge des Ventilhubes. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ergibt sich die Veränderung der erwähnten Kräfte aus der Änderung der Beaufschlagungsverluste zwi- schen zwei Vorrichtungen, die sich mit Bezug aufeinander verla.gern: einerseits dem Deckel des Ventilrohres, welcher gleichzeitig zur Führung des Ventilkolbenschaftes dient, und andererseits dem Ventilrohr oder Schließkolben.
• Die nachfolgende Beschreibung, welche im Hinblick auf die. beigefügten Zeichnungen abgefaBt ist - wobei die Zeichnungen nur als Beispiele dienen und nicht einschränkend wirken sol-. len - soll zum besseren Verständnis der verschiedenen Besonderheiten der vorliegenden Erfindung und-der Art ihrer Aus-Führung dienen. Fig. 1 stellt einen ,Axialschnitt=.dürchein Ausgleichsventil üblicher Bauart dar. Fig. 2 zeigt einen axialen Halbschnitt durch ein Ventil nach der vorliegenden Erfindung in geschlossenem Zustand. Fig. 3 zeigt einen entsprechenden Halbschnitt durch dasselbe Ventil in geöffnetem Zustand. Fig. ¢ zeigt in derselben Weise eine weitere Ausführungs. form der vorliegenden Erfindung in geschlossenem Zustand; Fig. 5 >zeigt dieselbe Ausführungsform in weit geöffnetem Zustand. Fig. 6 und 7 zeigen in derselben Weise Ventile 'von jeder der beiden Arten, die in Hochstellung ein zusätzliches Auflager für den Schließ-bzw. Steuerkolben aufweisen, was zur Vergrößerung der Dichtigkeit beiträgt. In Fig. 1 erkennt man ein im allgemeinen als Ausgleichsventil bezeichnetes Ventil 1 üblicher Bauart, welches in einem Ventilkammerdeckel 2 geführt wird und auf dem Zager 3 aufsitzt. Ein Schließkolben 4, welcher an einem Steuerschaft 5 sitzt, hat die Aufgabe, in geschlossenem Zustand die axiäle Durchtrittsöffnung 6 des Ventilgehäuses abzusperren und dieses in geöffnetem Zustand, z. B. mit Hilfe von Kolbenbolzen 7 anzuheben.
• In geschlossenem Zustand wirkt der Druck Po über dem Ventil auf die Ventilkammer 1 und den Steuer- bzw. Schließkolben q. durch Bohrlöcher 8 im Deckel 2 ein. Während sich der Schließkolben hebt, überschreitet der Durchsatz in dem axialen Durchtritt 6 an seinem Ende rasch den durch die Bohrlöcher 8 und der Druck oberhalb des Ventiles nähert sich dem Druck P1 unterhalb des Ventiles, wodurch die Kraft, die zum Anheben der Ventilkammer unter der Wirkung des Schaftes 5 nötig ist, vermindert wird. Bei einem derartigen Ventil besteht immer die Gefahr, daB es gegen seinen Schließkolben schlägt, was leicht eine vorzeitige Abnutzung und manchmal auch einen Mangel an Genauigkeit bei schnellen Schließoperationen als Folge der geringen Kräfte, z. B. des geringen Gewichtes, die das Ventil in geschlossenem Zustand dazu veranlassen, sich gegen den Steuerschaft zu legen, nach sich ziehen kann. Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine unter allen Umständen annehmbare Verbindung zwischen dem Ventil und dem Schließkolben zu

  erreichen.

  Die giguren 2 und 3 steilen eine erste iustühruagaferu eines Tef- -

  tilea nach der vorliegenden Erfindung dar. Biese ist durch dig Anm

  weeenheit von Diaphragmen ( oder Duden ähnlicher Abmessung )

  in der aohnialea Zone den Ventilen 1 gexesss:nafohaet, von denen we-

  niaetens eines mit den Ventilhub veräuderlieh ist. .

  Bin ersten Diaphragna, etwa in Time den oberen Anacrlosges den #eati#

  los gegen den Steuerkolben 4 (also in geOfhatef Zuatssnd)v besteht

  aus einer Anzahl gefräster Kanäle 9 in den Kolben, deren ßesamt-

  durchmeseer unter den der Bohrungen 8 liegt. Ein :weites veränder-

  lieher 1'Kephraga besteht aus weiteren gefrästen En 14 In U-

  nsren den oberen Teiles der Ventilkamaer 1, die mit den zylindri-

  sches Teil 11 den Ventilkamerdecteln 2, der zur Iterung den Schaf-

  tes 5 dient, zusammenwirken. ,

  Wenn der Steuerkolben und das Ventil *iah in genchloseenen Zustand

  befinden (Pigur 2), wirkt sieh der obere Druck p`" sniolze der Durah,-

  gänte-Q 8 und, mwätslieh, 9 und 10 in bekannter 7also auf diene bei-

  den aus. Der anfängliche Bub den Steuerkolbenn bri :gt den Druck in

  den Kammern A und ß, die oberhalb deaeelben gebildet srarden,auf ei-

  nen Wert, defi zwischen dem den auS.enliaklioh herraohenden oberen

  Druckes und den den entsprechenden unteren Druckes liegt und der*i3

  weeentliohen von den in den Durchgängen 8 und 9 eintretenden Ver-

  lusten abhängt. Die Beati, dann dar Gesamtquerschnitt der Durch

  ginge 9 kleiner sein toll als der"der Bohr1Soher 8, gewährleistet,

  dato bei der vorliegenden Erfindung vas Beginn den Ventilhubes an

  das Yontil unter der Einwirkung der -

  te auf des teuer bzw.

  Schliesekoiben aufliegt.

  Kn itt aueeerdem leicht einzusehen, dass bei wachsenden V¢ntilhub

  die Differenz zwischen den oberen und unteren Druck ebenso wie die

  dynamischen Kräfte unter den' Yentil kleiner -werdea# en ist daher

  wünachenewert= den Druck! der das Ventil gegen den Steuerkolben

  proeot, entsprechend zu vergrägern. Dien wird. mit Hilfe der arfin-

  dungsgemäaa eingeiränsten Kanäle 10 erreicht; welche der angrenzen.

  da zylindr,ethe Tetl 11 allmählich versehlieoot, wodurch sich dar

  relative Druckwert in der gansmer 1. erhdht tligur 3). ;

  Bei. einer weiteren tdeführungsfo= der vorliegenden Erfindung, welat

  in den liguran 4@und 5 dargestellt ist, sind die geträsten xaarlo.9

  turob bahratgen 9a in dein oberen Anschlag 12 den Steuerkolbens in

  deal TentlIgehlluse ersetzt worden. Diese Bohrungen haben ebenfalls

  noch einen Gesmtquerechnitt, der kleiner ,ist als der der ,Bohrvagen

  8 in den Ventildeckel und die Arbeitsweise den Ventilen wk#hrend dein

  Antangahubes den Steuerkolbens ist mit der vorstehe" beschriebenen

  identisch.

  Xan erkennt, dann der,8texerkolbon 4 msd avia Schaft § in jedeet 1`a11

  Mit eines Miniaalen radialen Spiel ix den hage=eits (roretehend.als

  Aneohlag bezeichnet) 12 den Ventilsee 1 gleiten. Zur Vermeidung

  ton ferlustea können beliebige Dientmtgsvorriohtungen bekannter Art,

  s. b. Begaente 4&g zwischen den Steuerkolben und den Bohlungat, mit

  welchen er »aammenwirkt, vorgteehex nein. Die so' gebildete r

  C steht lebe: eine Reihe von Bohrungen Salb o in dos Steuersohaft.5

  nit.oiner Ausbohrung in der Zone D den ;eo@C4la 11, in welcher der

  Bohet 5 gleitet, in Verbindung, wobei diese Zone sich in der NU*

  einer fiter 13 befindet, die aber einfad lanal 14 auf einen geeigne-

  ten niederen Druoh (s. B. ltnosphtramaruokj gehaltan wird. Der

  Durchtritt durch die.Bohrungen 5aob.e ist :ehr triel grärtar als die

  Verluste, die ei* bedingen.

  Die Uietens der riagfarnigen Kein= 0 swisohen den Steuerkolben

  und dem Veatilgthäuse, in welcher der Druck sehr viel niedriger iati

  als der, der Oberhalb den Ventiluz herrscht, bewirkt eine Verbin-

  dung swiaobm den beiden Organen, Dr:ßberhInaus vermindert der Yon-

  tilhub torteohreitend die,..Sntteratg, welche swieahen der Bohrung.

  5o und der Lasier 13 liegtl 4er terhifitnieaäswig niedrige Druck in

  der teer 0 vinA. dte Verbindungskraft swinohen Steuerkolben und Yen:

  til

  glsiohzeitig alt dem vintilhub.

  ßi.e Pieren b und 7 stellet Reitire l»tutrangefoxna der in den

  1lgursn 4, 5 und 2, 3 eseigten Ventile dar, welche bei weit gtött#

  netem Zustand eine zusätzliche Dichtung aufweinen. In der Figur 6

  weist der Teil 11 den Deckels 2 einen hgnreits 15 auf, welcher um

  den Lchatt 5, det Steuerkolbens angeordnet ist, während das Vantil-guhauee 1 10 Teil. 12 mit einem entsprechenden Auflager 16 vorsehen

  int. äobald der Uteuorkolben 4 auf den Teil 12 autlieat, trete in

  weit geöffneten zustand -um den` Söäaft 5 keine Verluste mehr att.

  in der gleichen Meise arbeitet das°Testil nach ligur T, wo ein

  Ansatz 16a an den Schaft 5 sich direkt»ger»en einen Lagersitz 15a

  ,in dem Deckel 2 anlegt. Es läset sich feststellen, dase das Zr geb-

  nis bei den beiden vorgeschlagenen Ausfiührungsfornen sehr Mhalich

  ist! was die Arbeitsweise betrifftf wobei die Ventile der viguren

  2! 3 und ? eine besonderes einfache Bauweise geigen.

  Selbstvoratändlioh iet die vorliegende Erfindung nicht nur gut die

  ausdrücklich beschriebenen Austtlhrungefoxacen beealiränkt, sondern er.-

  etreokt eich auch auf deren ait Hilfe technisch äquivalenter kittel

  erzielbaren Ausffrungafermen. wo ist der Durchmesser das Teilen den

  Steuerkolbene in seinen Lagerests in allgemeinen grösser als der

  Durolmeeser des pgssohattea in dem Deckel, doch kannsruch die

  umgekehrte Anordnung "gewendet w®rdeu=$ wenn ein "Gberausgleichu

  erwUnccht isto

  Änlage zur Eingabe vom 22. Mars 1966 in raohcn der

  ratantfrzeldung S 8? 254 XII/47g -- Soci&t6 fla teau

  und fioeisth des YorRo_wateiu erey n"_,_,_,__

Claims (1)

1. ).reue Peatnr'ti?^_ t. Entlesteten Ventil mit einem In einer@lierführung veraohi ebbaren ßauptvoatilkalben mit axialer Durch- ganV,s@Jfinztng, in der ein Hiltsventihkolben axial ver- stallbar in einem Schaft sitzt und abrech: elnd die einen größeren Querschnitt als d.ieinlo.ßuff@.«cn aufweisende luslaUffnung des Bauptrtontilkolbons vor- so-hiebt Oder dezwelben übe: in ihm angeordnete Mit- nehmer luftet, wobei im Inrerea des Hauptvent12.k.al- bcne eine über eine veränderbare Drosnal mit der Aus- Zaßöffnung wcnigatene wääran! des dbhebcna de:; IliIfa- vontilkolbens von aeixlem Sitz In Verbändurg nüh@nde Druokk=er gebildet iat, d a d U r o h g e M k fl n n a « i a h n o t , da$ im ilauptveatilcoz# ben (1) eine weiters, durch die axialen BcrcFun en dea Haupt@rontilkolbehü in. ihrem Volumen veränderbare ln=:.i-b (A oder 0) vorgeaehen und über eine D^o,ael ('10 oder D) mit einer Zonen niederen Druckes @;Zw.L.zrt verbunden lote daß ni; b, in der zweiten Ker ein L-rück einstellt, der den hauptventiUolbon (1) mit ' einer dag Mften deezelben beachleuaigen3en Kraft ;;@"(-n. ,@@@r. Hilf-;-rentilkolben (4) drückt. 2. Ventil oh itspruoh 1, dadurch gekonnalcbnet, do-C da zweite xer (i) in der die Minlaßöffnungon (8) sufeleisenten Zylfmdƒrfmruns (2, 11) deu u ,uptvcntil- kol'ocno (ß) zebi.d®t ist und über xurse U.4 (Z) im iiaupt-veutilkolboa voxigstens bin zu einer toilwci- &e IUf tuug des üauptvontilkolbana mit der ors ton, en dt,e Auslaßbftuuxg (6) z4ttels Durchgängen (9) ttt Milfao- vontilkolben (4) schl@s@sesn Xer M verbunden ist. 3. Ventil nach Anspruch i, dadurchre.'teicirrov, @.: die Zrrelto or (C) in beter Woioe zwIsahen dem Uältzvantlikoibea (4) und de, Mitneimer (i2) im zaspt. uentilkßlb= (?) gebildet Lot tizvl über einen Al. (5b) mit Droosal (D) reit einem UUM ('t3) niederen ähcuckes, beispiQ3.-.woi2o.t. aphxc.xck@, verbun-tn i t f wobei die Drpsael (D) einen 13=ea Druckabbau beim lüf-- tenn des uptventllkolbenß ermbglleht, . 40 Ventil auch pruch 3,1 dadurch gesono.chnf@ t, daß der Xsnn (53a) eine axiale Dahrung des @i lx'svea@ti%@ schafteß (,5a) lote 41e im Abstand untör einer TUrr;mzt (13) im Inneren feztetehenden Nlibruzzatall (11) in die dun Sofiaft mit $p10, führende Bohxuug dieses .-Zancr,- teilav nata g, Ventil naoh einem oder mehreren der Aneprücht 1 bin 4, dadurch gekennzeichnet, daß der fe@atetehende innere; den Eilfsventilachaft (5) aueehmende FEihrungsteil (11) einen : itz (15 bzw. 15a) :Mc einen AbsatW (16 bzw. 16a) den In RauptventlIkolben (1) vorgesehenen M.itnehmers (92) bzw. des Eilfsventilaohaftes (5) aufrelatx ua bei vollständig gelüftetem Ventil Diceakmittelverluste aus der ersten Kammer (19) entlang dem Bilfaventilsohaft zu verbIndern.