DE19636746A1 - Ventilkombination für eine Turbine, insbesondere eine Dampfturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilkombination aus ei­ nem ersten und einem zweiten Ventil für eine Turbine, insbe­ sondere für eine Dampfturbine, mit einer ersten Antriebsein­ richtung für das erste Ventil und mit einer zweiten An­ triebseinrichtung für das zweite Ventil. Bei diesen Ventilen kann es sich insbesondere um das Regelventil bzw. um das Schnellschlußventil in der Dampfleitung zu einer Dampfturbine handeln.

Heutzutage werden zur Betätigung und Regelung der Ventile von Turbinen zwei Arten von Antrieben eingesetzt, und zwar a) elektrohydraulische Antriebe und b) Kompaktantriebe. Bei den elektrohydraulischen Antrieben handelt es sich um solche mit einer externen hydraulischen Versorgung von einer zentralen Versorgungsstation aus, wobei diese Versorgung über entspre­ chend lange doppelwandige Rohre ("Guarded pipe"-Leitungen) zwecks Brandverhütung erfolgt. Bei den Kompaktantrieben wird jeweils eine interne hydraulische Versorgungseinheit verwen­ det. Je Ventil kommt ein eigener Kompaktantrieb mit interner hydraulischer Versorgungseinheit zum Einsatz.

Ein elektrohydraulischer Stellantrieb für das Regelventil ei­ ner Dampfturbine ist aus der DE-A 28 42 846 bekannt. Der dort dargestellte Stellantrieb wird durch die Regelsignale oder durch Schnellschlußsignale einer elektrischen Turbinenrege­ lung angesteuert, wobei diese elektrischen Signale in einem elektro-hydraulischen Umformer in hydraulische Signale umge­ wandelt und derart hydraulisch verstärkt werden, daß mit Hilfe eines hydraulischen Stellzylinders die für die Steue­ rung des Regelventils erforderlichen großen Stellkräfte auf­ gebracht werden können. Das hydraulische Versorgungssystem, also die Fluid-Versorgungseinheit, ist bis auf einen hydrau­ lischen Druckspeicher nicht näher dargestellt oder beschrie­ ben.

Bei dem bereits erwähnten elektrohydraulischen Antrieb mit externer hydraulischer Versorgung erfolgt die Versorgung der Stellantriebe der einzelnen Turbinenventile mit hydraulischer Energie stets über ein zentrales hydraulisches Versorgungssy­ stem, welches einen zentralen Hydraulikflüssigkeitsbehälter und meistens mehrere gegen hydraulische Druckspeicher arbei­ tende Flüssigkeitspumpen umfaßt. Für die Verbindung eines Stellantriebs mit dem zentralen hydraulischen Versorgungssy­ stem sind also mindestens zwei Rohrleitungen erforderlich. Die eine Rohrleitung führt dabei die unter hohem Druck ste­ hende Hydraulikflüssigkeit zu, und die andere Rohrleitung führt die bei einer Entleerung der hydraulischen Bauteile ab­ laufende Hydraulikflüssigkeit in den zentralen Hydraulikflüs­ sigkeitsbehälter zurück. Um die Übertragungssicherheit für die hydraulische Energie zu gewährleisten, erfordern diese Rohrleitungen einen erheblichen Aufwand für Konstruktion, Qualitätssicherung und Wartung. Außer Druckspitzen und Schwingungen in einer Leitung größerer Länge ist insbesondere auch die Beanspruchung durch Wärmedehnungen zu berücksichti­ gen. Schließlich ist auch noch die von einem Bruch der Lei­ tung gegebenenfalls ausgehende Brandgefahr zu berücksichti­ gen. In diesem Zusammenhang werden im Hinblick auf den Brand­ schutz schwer brennbare Hydraulikflüssigkeiten eingesetzt. Derartige schwer brennbare Hydraulikflüssigkeiten sind jedoch kostspielig und erfordern aufgrund ihrer geringen Stabilität gegenüber Hydraulikflüssigkeiten auf Mineralölbasis aufwen­ dige Pflegemaßnahmen. Auch der im Interesse des Brandschutzes erfolgende Einsatz doppelwandiger Rohre bringt hinsichtlich Verlegung und Zugänglichkeit erhebliche Probleme mit sich.

Man ist daher bestrebt, einen Stellantrieb für Turbinenven­ tile zu schaffen, welcher einerseits den hohen Anforderungen hinsichtlich der Stellkraft und der Stellgeschwindigkeit auf diesem Arbeitsgebiet genügt und andererseits die mit der Übertragung hydraulischer Energie zusammenhängenden Problem vermeidet.

Dieser Anforderung genügen weitgehend die eingangs genannten Kompaktantriebe mit interner hydraulischer Versorgung. Hier­ bei ist vorgesehen, daß ein elektro-hydraulischer Umformer, ein hydraulischer Stellzylinder und ein hydraulisches Versor­ gungssystem zu einem am Ventilgehäuse angeordneten kompakten Antriebsblock integriert sind. Durch die Integration des hy­ draulischen Versorgungssystems in den Stellantrieb können die vorangehend erwähnten Hydraulikleitungen und der mit diesen Leitungen verbundene Aufwand entfallen. Für die Energiever­ sorgung des Stellantriebs und für die Zuleitung der Regelsi­ gnale oder Schnellschlußsignale sind nur noch Kabel erforder­ lich, welche im Hinblick auf die Übertragungssicherheit oder den Brandschutz keinerlei Probleme aufwerfen.

Elektrohydraulische Antriebe mit externer hydraulischer Ver­ sorgung sind in der EP 0 040 732 A, Seite 1, Zeile 34, bis Seite 2, Zeile 27, offenbart. Kompaktantriebe mit interner hydraulischer Versorgung gehen aus dem auf Seite 2 folgenden Teil der EP 0 040 732 A, aus der DE-A 34 00 488 sowie aus der Publikation "VGB-Kongress "Kraftwerke 1985", Seite 272, Bild 18 und Bild 19, sowie aus dem Tagungspapier "Compact valve actuator control system for large steam turbines", American Power Conference, Chicago, Ill., April 24-26, 1984, hervor.

Im Hinblick auf die vorliegende Erfindung ist von Bedeutung, daß man bei Antriebseinrichtungen für Turbinenventile be­ strebt ist, die langen Rohrleitungen in "Guarded-pipe"-Aus­ führung zwecks Brandverhütung zu reduzieren, und daß anderer­ seits die Herstellungskosten für einen Kompaktantrieb relativ hoch sind.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Ventilkombination der eingangs genannten Art anzugeben, die mit relativ gerin­ gen Herstellungskosten auskommt und bei der gleichermaßen eine Vielzahl langer Rohrleitungen vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die erste und zweite Antriebseinrichtung nur eine einzige, beiden gemeinsame Fluid-Versorgungseinheit vorgesehen ist, und daß die Fluid-Versorgungseinheit direkt mit der ersten Antriebseinrichtung fest verbunden ist.

Mit anderen Worten: Die den beiden Antriebseinrichtungen ge­ meinsame Fluid-Versorgungseinheit ist in die erste An­ triebseinrichtung, die dem ersten Ventil zugeordnet ist, praktisch integriert. Sie ist somit in der Regel räumlich von der zweiten Antriebseinrichtung weiter entfernt als von der ersten Antriebseinrichtung.

Die erste und die zweite Antriebseinrichtung bilden dabei be­ vorzugt Kompaktantriebe. Auch hier ist festzuhalten: Die Fluid-Versorgungseinheit ist dabei in den Kompaktantrieb des ersten Ventils integriert.

Somit zeichnet sich eine Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, daß die Fluid-Versorgungseinheit mit der ersten An­ triebseinrichtung über eine kürzere Verbindungsleitung ver­ bunden ist als mit der zweiten Antriebseinrichtung. Bei voll­ ständiger Integration kann die erste Verbindungsleitung völ­ lig entfallen. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, daß die Fluid-Versorgungseinheit im Gehäuse der ersten An­ triebseinrichtung untergebracht ist.

Die genannten Ausführungsformen lassen sich bevorzugt anwen­ den bei einer Ventilkombination, bei der das erste und das zweite Ventil in Reihe geschaltet sind, und zwar vorzugsweise in einer Dampfleitung. Das erste Ventil ist hierbei ein Re­ gelventil, und das zweite Ventil ist ein Schnellschlußventil. Mit anderen Worten: Dem Regelventil ist ein Kompaktantrieb mit integrierter Fluid-Versorgungseinheit zugeordnet, und diese Fluid-Versorgungseinheit versorgt gleichzeitig auch das Schnellschlußventil, das man auch als Schließ- oder Sicher­ heitsventil bezeichnen kann.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die vorliegende Ventilkombination kostengünstiger ist als eine solche allein mit Kompaktantrieb oder mit elektrohydraulischem Antrieb. Ge­ genüber letzterem ist sie auch sicherer. Sie zeichnet sich durch einen geringen Energieverbrauch und eine relativ einfa­ che Inbetriebnahme aus. Darüber hinaus ist nur ein geringer Platzbedarf zu verzeichnen. Bei der bevorzugten Ausführungs-
form ist nur eine relativ kurze Fluid-Verbindungsleitung in "Guarded-pipe"-Ausführung zum Schaltantrieb des Schnell­ schlußventils erforderlich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand einer Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Fluid-Versorgungseinheit 1, die einer Ventilkombination 2 zugeordnet ist. Die Versorgungseinheit 1 dient dazu, ein Fluid - wie beispielsweise Mineralöl - zur Steuerung und Regelung der Ventilkombination 2 bereitzustel­ len. Diese Ventilkombination 2 umfaßt ein Regelventil 3a und ein Schnellschlußventil 3b, die in einer Dampfleitung 20 in Reihe geschaltet sind. Diese Dampfleitung 20 führt zu einer (nicht dargestellten) Dampfturbine. Mittels des Regelventils 3a wird einstellbar mehr oder weniger Dampf zur Dampfturbine durchgelassen. Das Schnellschlußventil 3b ist eine Sicher­ heitseinrichtung und dient der Unterbrechung der Dampfzufuhr beispielsweise im Notfall.

Dem Regelventil 3a ist eine erste Antriebseinrichtung oder ein Regelantrieb 16 und dem Schnellschlußventil 3b ist eine zweite Antriebseinrichtung oder ein Schaltantrieb 17 zugeord­ net. Die Antriebseinrichtungen 16 und 17 sind an sich be­ kannt. Sie sind daher nur schematisch gezeichnet. Sie dienen der Steuerung über das zugeführte Fluid, das mittels einer kürzeren Verbindungsleitung 18 bzw. über eine längere Verbin­ dungsleitung 19 herangeführt wird. Jede Antriebseinrichtung 16, 17 ist mit einem Ablauf 15 für das Fluid versehen, der in einen Fluidtank 14 mündet. Die Rückleitungen für das Fluid, die den Verbindungsleitungen 18 und 19 entsprechen, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Von Bedeutung ist nun, daß für die beiden Antriebseinrichtun­ gen 16 bzw. 17 nur eine einzige, daher gemeinsame Fluid-Ver­ sorgungseinheit 1 eingesetzt wird. Diese ist direkt über die kürzere Verbindungsleitung 18 mit dem Regelantrieb 16 des Re­ gelventils 3a verbunden. Gleichzeitig ist sie auch über die längere Verbindungsleitung 19 mit der Antriebseinrichtung 17 des Schnellschlußventils 3b verbunden. Die Fluid-Versorgungs­ einheit 1 ist bevorzugt mit dem Regelantrieb 16 integriert. Sie versorgt somit nicht nur auf kurzem Wege 18 den Regel an­ trieb 16, sondern gleichzeitig auch auf etwas längerem Wege 19 den Schaltantrieb 17.

Die Fluid-Versorgungseinheit 1 umfaßt einen Fluid-Tank 14, der im Betrieb mit einem Fluid, wie Mineralöl, gefüllt ist. Im Fluidtank 14 ist eine Pumpe 4 untergebracht, die mit kon­ stanter Flüssigkeitsrate in Richtung auf ein Überströmventil 8 pumpt. Die Pumpe 4 wird über eine Kupplung 5 gemeinsam mit dem Lüfterrad 6a für einen Fluidkühler 6 von einem Elektromo­ tor 7 angetrieben. Vom Überströmventil 8 führt eine Zweiglei­ tung über den Fluidkühler 6 und ein Fluidfilter 13 zurück in den Fluidtank 14.

Wie erwähnt, fördert die Pumpe 4 Fluid in Richtung auf ein Überströmventil 8. Von dort gelangt das Fluid über ein Rück­ schlagventil 9 in eine Ausgangsleitung 30, an der ein hydrau­ lischer Druckspeicher 10, ein Manometer 11 und ein Sicher­ heitsventil 12 liegen. Das Sicherheitsventil 12 ist mit einem Ablauf 15 versehen. Die Ausgangsleitung 30 verzweigt sich in die kürzere Verbindungsleitung 18 und in die längere Verbin­ dungsleitung 19. Im vorliegenden Fall braucht nur die längere Verbindungsleitung 19 als doppelwandige Rohrleitung ("Guarded-pipe"-Leitung) ausgeführt zu sein. Außerdem kommt man mit einer einzigen Fluid-Versorgungseinheit 1 aus, was zu einer erheblichen Kosteneinsparung führt.

Claims (11)

1. Ventilkombination (2) aus einem ersten und einem zweiten Ventil (3a, 3b) für eine Turbine, insbesondere für eine Dampfturbine, mit einer ersten Antriebseinrichtung (16) für das erste Ventil (3a) und mit einer zweiten Antriebseinrich­ tung (17) für das zweite Ventil (3b), dadurch gekennzeichnet, daß für die erste und zweite Antriebseinrichtung (16, 17) nur eine ein­ zige, beiden gemeinsame Fluid-Versorgungseinheit (1) vorgese­ hen ist, und daß die Fluid-Versorgungseinheit (1) direkt mit der ersten Antriebseinrichtung (16) fest verbunden ist.

2. Ventilkombination (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluid-Versorgungseinheit (1) mit der ersten Antriebseinrich­ tung (16) über eine kürzere Verbindungsleitung (18, 19) ver­ bunden ist als mit der zweiten Antriebseinrichtung (17).

3. Ventilkombination (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluid-Versorgungseinheit (1) im Gehäuse der ersten An­ triebseinrichtung (16) untergebracht ist.

4. Ventilkombination (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Ventil (3a, 3b) in Reihe geschaltet sind, ins­ besondere in einer Dampfleitung (20).

5. Ventilkombination (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (3a) ein Regelventil und das zweite Ventil (3b) ein Schnellschlußventil ist.

6. Ventilkombination (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das zweite Ventil (3a, 3b) eine Klappe oder ein Schieber ist.

7. Ventilkombination (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindungsleitung (19) zwischen der Fluid-Versorgungseinheit (1) und der zweiten Antriebseinrichtung (17) als doppelwandi­ ges Rohr oder als doppelwandiger Schlauch ausgeführt ist.

8. Ventilkombination (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid eine im Hinblick auf den Brandschutz schwer brennbare Hydrau­ likflüssigkeit oder eine Hydraulikflüssigkeit auf Mineralöl­ basis vorgesehen ist.

9. Ventilkombination (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluid-Versorgungseinheit (1) einen Fluidtank (14) und einen Elektromotor (7) umfaßt.

10. Ventilkombination (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluid-Versorgungseinheit (1) mindestens eines der folgenden Bauelemente umfaßt: eine Pumpe (4), vorzugsweise eine Kon­ stantpumpe, eine Kupplung (5), einen Fluidkühler (6), vor­ zugsweise mit Lüfterrad (6a), einen Fluidtank (14), ein Über­ strömventil (8), ein Rückschlagventil (9), einen hydrauli­ schen Druckspeicher (10), ein Manometer (11) und ein Sicher­ heitsventil (12).

11. Ventilkombination (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle druckführenden Verbindungsleitungen für die vorgenannten Bau­ elemente aus Brandschutzgründen innerhalb des Fluidtanks (14) verlegt sind.