DE2150317B2

DE2150317B2 - Kombiniertes SchnellschJuß- und Regelventil

Info

Publication number: DE2150317B2
Application number: DE2150317A
Authority: DE
Inventors: Arthur Dipl.-Ing. Ennetbaden Oberle (Schweiz)
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1971-09-24
Filing date: 1971-10-08
Publication date: 1980-04-03
Also published as: GB1405113A; JPS4839803A; JPS551997U; DE2150317A1; FR2154238A5; SE381082B; CH539805A; DE2150317C3; JPS5553682Y2; IT967685B; US3809126A

Description

Die Erfindung bezieht sich ι jf ein kombiniertes Schnellschluß- und Regelventil für Arbeitsmittelzuleitungen von Turbomaschinen, mit einem Schnellschiußventilkörper und einem hierzu koaxialen Regelventilkörper, die beide mit Vorhubventilen ausgerüstet sind, wobei sich die Betätigungsspindeln und Führungselemente dieser beiden Ventilkörper auf entgegengesetzten Seiten der gehäusefesten Ventilsitze befinden und der Regelventilkörper als Glocke ausgebildet ist, in deren Hohlraum der Schnellschlußventilkörper eintaucht.

Im allgemeinen werden der) in die Arbeitsmittelzuleitungen von Turbinen, insbesondere von Dampfturbinen, eingebauten Regelventilen immer Schnellschlußventile vorgeschaltet, um bei einem Regelversagen oder irgendwelchen äußeren Einflüssen zumindest die Schnellabschaltung durchführen zu können, wobei das Prinzip der zweifachen Sicherheit für die gesamte Kraftwerksanlage gewahrt bleibt. Auch ist es seit längerem üblich, in die Zwischendampfleitung von Dampfturbinen mit Zwischenüberhitzern Abfangventile einzusetzen, da ansonsten das im Zwischenüberhitzer und in der Verbindungsleitung vorhandene Dampfvolumen ausreichen würde, um die Turbine trotz abgesperrtem Hochdruckteil nach der Abschaltung auf eine unzulässig hohe Überdrehzahl zu beschleunigen, die nicht nur die Turbine, sondern auch die gesamte Kraftwerksanlage an sich gefährden würde. Zur Vermeidung dieses Effektes werden daher in der Zwischcndampfleitung vor dem Eintritt in den dem Zwischenüberhitzer nachgeschalteten Turbinenteil Abfangventile angeordnet.

Es sind Abfangventile bekannt, die nicht aus zwei getrennten Ventilgehäusen bestehen, sondern deren Regelventil und Schnellschlußventil in einem genieinsamen Ventilgehäuse untergebracht ist. Dabei wird der Vorteil des verminderten Strömungswiderstandes aufgrund eines gemeinsamen Ventilsitzes für den Schnell-Schluß- und Regelteil ausgenützt

Eine bekannte Ausführungsform sieht vor, daß der Regelventilkörper glockenförmig ausgebildet ist, in dessen Ausnehmung der tellerförmige Schnellschlußventilkörper während des Öffnungshubes eintaucht Dabei werden vorzugsweise die Ventile so geschaltet, daß sich die beiden Ventilkörper in den Endstellungen in derselben Lage relativ zueinander befinden.

Im Zuge der Entwicklung der Kraftwerke tag es nahe, eine solche Ventilform bei großen Dampfvolumen

ι* anstatt als Abfangventile auch als Frischdampfregelventile einzusetzen. Dabei dient das glockenförmige Regelventil zur Anpassung des Betriebsverhaltens der Dampfturbine bei Leistungsänderungen. Bei einem bekannten Ventil dieser Bauart ist der

μ glockenförmige Regelventilkörper durch Führungselemente, beispielsweise am Gehäuse befestigte Gleitsteine, die in Nuten des Regelventilkörpers eingreifen, gegen Verdrehen während der Hubbewegung gesichert. Es hat sich aber gezeigt, daß das Regelventil dieser Ventilform bei längerem Teillastbetrieb, also bei gedrosselter Regelventilstellung, infolge ungeeigneter Konstruktion seiher Führungselemente zu Vibrationen neigt, wodurch die Regulierfähigkeit beeinträchtigt wird. Es können dabei Schaden durch Abnützung und

Wechselbeanspruchung entstehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorangeführten Nachteile zu vermeiden und im Hinblick auf die gefährdete Sicherheit Abhilfe zu schaffen.

Die Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbüchse für die Spindel des Schnellschlußventilkörpers einen Außenkegelsitz und der Schnellschlußventilkörper einen Innenkegelsitz aufweist, der zum Zusammenwirken rnit dem Außenkegel-

«o sitz in der voll geöffneten Stellung des Schnellschlußventilkörpers bestimmt ist, um letzteren in dieser Stellung starr zu fixieren, und daß Führungen sowie Gleitsteine zur radialen Fixierung bzw. zur Verdrehsicherung des Regelventilkörpers vorhanden sind.

Die Vorteile, die auf diese Weise erreicht werden, bestehen über das oben Gesagte hinaus in einem Schutz der Spindel des Schnellschlußventils gegen direkte Anströmung des Arbeitsmediums und die damit verbundene Befreiung der Spindel von der Beeinflus sung durch Querkräfte aus de^r Geschwindigkeitsener- gL des Mediums. Außerdem wird die Spindel selbst bei offener Stellung starr festgehalten, wobei einzig axiale HreQkräfte auf sie einwirken. Die noch resultierenden Querkräfte werden durch die Führungsbüchse aufge nommen.

Eine vorteilhafte Ausbildungsform sieht vor, daß die Führungsbüchse der Schnellschlußventilspindel als Innenwand eines Kreisringdiffusors ausgebildet ist, dessen Eintrittsöffnung einerseits durch den Schnell schlußventilkörper in geöffneter Stellung und anderer seits durch den Ventilkorb des Ventils gebildet wird.

Dabei ergibt sich der Vorteil, daß nicht nur die von der Strömung direkt bespülte Fläche des Ventilkörpers reduziert wird, sondern auch die Strömungsverluste vermindert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, die einen Schnitt durch ein kombiniertes Frischdampf-

Schnellschluö- und Regelventil zeigt.

In der Figur ist im Ventilgehäuse 1 der Ventilkorb 2 untergebracht, der die Durchtrittsöffnung 3 zusammen mit der Führungsbüchse 4 bildet An der einen Seite des Ventilgehäuses 1 ist ein Deckel mit der Spindelführung 6 angeordnet, durch den die beispielsweise hydraulisch bewegbare Spindel 7 des Schnellschlußventilkörpers 8 hindurchtritt. Dabei sind zur Abdichtung der Spindel 7 Stopfbüchsen 3, 9' vorgesehen. Die exakte Führung wird durch die Lagerhülsen 11 und 12 in der Führungsbüchse 4 und im Deckel 5 übernommen.

Arv der in Achsrichtung der Spindel 7 gegenüberliegenden Wand des Ventilgehäuses 1 tritt die Ventilspindel 13 des Regelventils i4 ein, wobei das Ventilgehäuse 1 mittels eines Verschlusses 15 abgedichtet wird. Der Verschluß 15 weist am Spindeldurchtritt neben der Stopfbüchse !6 ein Lagerteil 17 auf, in dem Leckdampfkammern 18 vorgesehen sind.

Die Spindel 13 ist am ventilseitigen Ende mit einem Teller 19 versehen, dessen eine Stirnseite den Ringsitz 20 des Vorhubventüs 21 bildet, und dessen andere Stirnseite die Hubbegrenzung des Vorhut ventils 21 bildet und außerdem die Betätigung des Regelventilkörpers 14 auslöst.

Der Regelventilkörper 14 ist glockenartig ausgebildet, wobei am Außenumfang 23 der Nabe 22 Nuten 24 vorgesehen sind, in die Gleitsteine 25, die am Verschluß 15 befestigt sind, zur Führung eingreifen.

Zwischen dem Ventilkorb 2 und dem Verschluß 15 ist ein Dampfsieb 26 eingesetzt, dessen Umfang die beiden Ventilkörper 8 und 14 umfaßt. An der Innenseite des rohrartigen Dampfsiebes 26 ist im Bereich des Regelventilhubes eine Führung 10 vorgesehen, an der sich der glockenförmige Regelventilkörper 14 seitlich abstützt. Die Führung 10 ist aus mindestens 3 Segmenten gebildet, kann jedoch wie im vorliegenden Falle auch durch einen Zentrierring 10' gebildet werden, der über Arme 27 mit dem Dampfsieb 26 starr verbunden ist.

Es ist ab«./· auch denkbar, die starren Arme 27 am Ventilkorb 2 angreifen zu lassen oder mit dem Ventilgehäuse 1 direkt zu verbinden.

Der Schnellschlußventilkörper 8 wird durch einen Haubenteller gebildet, der aus Montagegründen aus zwei Teilen besteht, wobei am Verschlußstück 8' am äußeren Umfang die Dichtleiste Ά angeordnet ist, während arn inneren Umfang des Verschlußstückes 8' eine Kegelfläche 30 vorgesehen ist, die mit einem an der Führungsbüchse 4 angebrachten Kegelsitz 31 korrespondiert.

Die Führungsbüchse 4 ist entsprechend dem als Diffusor ausgebildeten Ventilkorb 2 geformt, so daß sie sich gegen die Eintrittsöffnung 3 pilzförmig erweitert. Bei geöffnetem Schnellschlußventil wird dann zusammen mit dem Ventilkörper 8 ein ringförmiger Diffusorkanal 3 gebildet.

An der Ventilspindel 7 des Schnellschlußventiles 8 ist ein Vorhubventil 32 angebracht, das den Haubenteller des Ventilkörpers 8 durchdringt und mit einem gemeinsamen Sitz 28 versehen ist, An den Spindeln 7 bzw. 13 der beiden Ventile 8 bzw. 14 sind noch einige Dichtungen vorgesehen, die wegen der Übersichtlichkeit hier nicht mehr bezeichnet wurden.

Die Wirkungsweise wird nunmehr näher erläutert, wobei zuerst von din beiden geschlossenen Ventilen der rechten Zeichnungshälfte ausgegangen wird.

Bei geschlossenem S..finellschlußventil 8 wird die Spindel 7 mittels der eingangs erwähnten Hilfsantriebe nach außen gezogen, wobei das Vorhubventil 32 am SiU 28 aufliegt und die Bohrung 34 verschließt Danach preßt die Spindel 7 die Dichtleiste 29 des Ventilkörpers 8 gegen den Ventilkorb 2 und verschließt die Durchflußöffnung 3. Die Kegelfläche 30 bleibt vom Kegelsitz 31 gelöst, so daß die Spindel 7 unter einer dauernden Zugbelastung steht, deren Größe durch den vorher genannten Servomotor bestimmt ist. Bei geschlossenem Regelventil 14 wird mittels der Spindel

ίο 13, die durch den Hilfsantrieb betätigt wird, das Vorhubventil 21 durch den auf den Dichtring 20 gepreßten Teller 19 gesperrt Anschließend daran wird der an den Gleitsteinen 25 und am Zentrierring 27 geführte Regel ventilkörper 14 gegen den Ventilkorb 2 bewegt und zwar so lange, bis der Ventilsitz an den Ventilkorb angedrückt ist Bei der öffnung der Ventile wird in umgekehrter Richtung vorgegangen, wobei das Schnellschlußventil 8 als erstes geöffnet wird. Die Spindel 7 wird in das Ventilgehäuse 1 geschoben, wobei zuerst das Vorhubventil 32 öffner und es zu einem Druckausgleich zwischen dem Hohlraum und der Ventilhaube 8 über die Bohrung 33 und dem Hohlraum des glockenförmigen Flegelventils 14 kommt Danach wird der Ventilkörper 8 mittels des Drückringes 34 verschoben, bis die Gegenfläche 30 am Kegelsitz 31 anliegt. Dadurch wird der Ventilkörper 8 mit der Führungsbüchse 4 starr verbunden, wobei die Spindel 7 unter reiner Druckbelastung steht. Die auftretende Belastung wird durch die Servomotr_;rkraft abzüglich der aus dem Ventilkörper 8 einwirkenden Dampfkräfte gegeben.

Die öffnung des Regelventils 14 erfolgt in ähnlicher Weise, wobei das Vorhubventil 19 zu Beginn geöffnet wird und nach Druckausgleich zwischen den Druckräumen der Regelventilkörper 14 in die gewünschte Regelstellung gebracht werden kann. Dabei umspült der durch das Dampfsieb 26 eintretende Dampf den Regelventilkörper 14 am Außenumfang, so c'aß bei Strömungsschwingungen eine Vibration des Regelventilkörpers hervorgerufen wurde. Die daraus resultierende¹ Querkräfte führten zu Beschädigungen an Lager 17 und der Spindel 13 selbst. Diese gleichen Erscheinungen traten am Schnellschlußventilkörpcr 8 auf, wobei gleichfalls Spindel 7 und Lager 11, 12 Beschädigungen

*5 erlitten.

Die auf den Regelventilkörper einwirkenden Querkräfte werden nunmehr durch die Führung 10 aufgenommen, so daß die Spindel 13 von diesen Beanspruchungen entlastet bleibt. Beim Schnellschlußventil sind die Verhältnisse sehr ähnlich, wobei es genügt, eine für die Endstellung justierbare Fixierung anzubringen, da das Schnellschlußventil keine beliebige Rege'iiellung einzunehmen braucht. Die dabei erzielbaren Vorteile sind in einfacher Weise durch den Strömungsschutz fegeben, da die Führungsbüchse 4 in den glockenförmigen Ventilkörper 14 des Regelventils bei halbgeöffneter Stellung hineinragt. Andererseits können an der Spindel 7 keine durch Vibrationen erzeugten und du.ch Schwingungen angeregte Quer-

w kräfte angreifen, da die Spindel allseitig durch die Führungsbüchse 4 und den Ventilkörper 8 geschützt ist und die direkte Ausströmfläche reduziert wurde. Einzig während der kurzen Durchlaufzeit zwischen den Endstellungen »offen« und »zu« können Querkräfte an der Spindel 7 angreiicn, oder bei liegendem Ventil durch das Eigengewicht der Ventilkörper 8 bzw. 14 hervorgerufen werden, deren Einfluß aber vernachlässigbar klein ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Kombiniertes Schnellschluß- und Regelventil für Arbeitsmittelzuleitungen von Turbomaschinen, mit einem Schnellschiußventilkörper und einem hierzu koaxialen Regelventilkörper, die beide mit Vorhubventilen ausgerüstet sind, wobei sich die Betätigungsspindeln und Führungselemente dieser beiden Ventilkörper auf entgegengesetzten Seiten der gehäusefesten Ventilsitze befinden und der Regelventilkörper als Glocke ausgebildet ist, in deren Hohlraum der Schnellschlußventiikörper eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbüchse (4) für die Spindel (7) des Schnellschlußventilkörpers (8) einen Außenkegelsitz (31) und der Schnellschiußventilkörper (8) einen Innenkegelsitz (30) aufweist, der zum Zusammenwirken mit dem Außenkegelsitz (31) in der voll geöffneten Slellung des Schnellschlußventilkörpers (8) bestimmt ist, um letzteren in dieser Stellung starr zu fixieren, und daß Führungen (10) sowie Gleitsteine (25) zur radialen Fixierung bzw. zur Verdrehsicherung des Regelventilkörpers (14) vorhanden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbüchse (4) der Schnellschlußventilspindel (7) als Innenwand eines Kreisringdiffusors ausgebildet ist, dessen Eintrittsöffnung (3) einerseits durch den Schnellschlußventilkörper (8) in geöffne'.er Stellung und andererseits durch den Ventilkorb (2)des Ventiles gebildet wird.