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Kombinierte :lfahr- und Schnellschlußeinrichtung für Dampf- und Gasturbinen
Die Erfindung betrifft eine kombinierte nfahr- und Schnellschlußeinrichtung für
Dampf- und Gasturbinen unter Verwendung eines mittels Hilfsventil druckmittelgesteuerten
Ventils.
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Es sind Schnellschlußeinrichtungen bekannt, bei denen Ventil und Ventilbetätigungseinrichtungen
mittels Ventilstange und Laterne miteinander verbunden sind. Die Betätigungseinrichtung
wird dabei mit einem gesonderten Druckmittel, z.B. Öl oder auch asser gesteuert.
Diese bekannten Schnellschlußeinrichtungen haben oft eine große Baulänge, da bei
diesen das Druckmittei der Betätigungseinrichtung von der Einwirkung höherer Temperaturen
fern gehalten werden muß und somit ein größerer Abstand zwischen den vom heißen
Treibmittel durchströmten Ventil und der Betätigungseinrichtung eingehalten werden
muß. Nachteilig sind dabei auch die Leckdampfverluste an der Spindeldurchführung.
Außerdem können diese Einrichtungen nicht als ibnfahr-Sicherheitseinrichtungen verwendet
werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kombinierte Anfahr- und ;3chnellschlußeinrichtung
zu schaffen, die sich durch kurze Baulänge auszeichnet und eine gegendruckabhängige
Verriegelung, sowie eine selbsttätig gesteuerte Hubdämpfung bei Öffnung des Ventils
aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
Ventil
einen den Ventilverschlußkörper bildenden Ventilkolben aufweist, dessen Führungszylinder
mit der dem Ventilsitz abgekehrten Seite des Ventilkolbens einen Druckraum bildet
und der mit einer in einer Spindelbohrung mit relativ großem Spiel gleitenden Ventilspindel
versehen ist, daß die Xinllelbohrun sich zu einem anschließenden Spindelraum erweitert,
wobei eine Verbindung desselben zur Ventileintrittsseite einerseits über einen Kanal
und zu einem drucklosen .~ußlaß andererseits mittels des Hilfsventilkolbens steuerbar
ist, daß im Ventilkolben an seinem Sitzende ein als Stufenkolben ausgebildeter Vorhubventilverschlußkörper
geführt ist, dessen den kleineren ue.rschnitt aufweisender Teil das Verschlußende
darstellt und der an der vom Sitzende abgewandten Seite her vom Spindelraum und
der an der anderen Seite durch eine querbohrung im Ventilkolben an der Ringfläche
der Stufe direkt von der Eintrittsseite des Ventils her-mit dem Treibmittel beaufschlagbar
ist, daß ein Bypass-Kanal axial am äußeren Umfang der Ventilspindel derart eingearbeitet
ist, daß er in der Nähe der vollen Öffnungsstellung des Ventils eine Strömungsverbindung
zwischen dem Druckraum des Ventilkolbens und dem Spindelraum herstellt und daß eine
drosselartige Strömungsverbindung zwischen der Eintrittsseite des Ventils und dem
Druckraum des Ventilkolbens besteht, so daß diese Strömungsverbindung und der Spalt
zwisch.en der Spindel und ihrer Bohrung eine Strömungskaskade zur Festlegung des
Zylinderdruckes im Druckraum in einem bestimmten Verhältnis zum Treibmittel druck
bilden.
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Hierbei hat man auch noch den Vorteil, daß das Ventil druckentlastet
öffnet. außerdem wird das Treibmittel zur Betätigung des Ventilkolbens herangezogen
und es werden keine großen Mengen an gesondertem Druckmittel zur Betätigung benötigt.
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Es sind zwar auch Regelventile bekannt, die einen kolbenartigen Ventilverschlußkörper
mit einem Vorhubventilkörper aufweisen.
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Dabei ist aber der Vorhubventilkörper an der Ventilbetätigungsstange
befestigt
und dient dazu, die für das Ventil benötigte Öffnungskraft zu verringern, steht
aber in keinem direkten Zusammenbang mit einer größeren Zeitverzögerung des Öffnens.
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Insgesamt sind diese Ventile nur als Regel- bzw. Drosselventile, nicht
aber als Sicherheitseinrichtung verwendbar.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
der Zeichnung hervor: in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
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1. ufbau Bin Ventilgehäuse 1: dessen äußere Formgebung beliebig sein
kann mit einem Einströmstutzen 2 und einem Ausströmstutzen 3 versehen, wird koaxial
zum Xusströmstutzen 3 durch einen Flansch 4 abgeschlossen. Mit dem Flansch 4 fest
verbunden ist ein Föhrungszylinder 6, der innen sowie an der axialen Ringfläche
23 gepanzert ist.
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Im Führungszylinder 6 gelagert ist ein Ventilkolben 8, dessen axiale
Verlängerung als Spindel 10 ebenfalls in einer im Flansch 4 eingearbeiteten Bohrung
46 unter Bildung eine-s Ringspaltes gelagert ist.
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mittels einer warmfesten Druckfeder 11, die sich einseitig gegen den
Flansch 4 abstützt: wird der Ventilkolben 8 zusätzlich gegen den Ventilsitz 43 im
Gehäuse 1 gedrückt. Im Ventilkolben 8 ist. ein Vorhubventilverschlußkörper 12 mit
Radialspiel eingebaut, der durch eine Kontaktfeder 13 mit seinem zylindrischen Zusatz
14 gegen einen Ventilsitz 15 im Ventilkolben 8 gedrückt wird und die Bohrung 21
dicht abschließt.
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Senkrecht zur chse des Hauptventils ist im Flanschansatz 5 ein Drei-Wege-Steuerventil
angeordnet, bestehend aus: Ventilkegel 28, Spindel 31, Entlastungskolben 27 mit
Gestänge 38 und Faltenbalg 32. @ls Stellglied für die Betätigung des Drei-@ege-Steuerventils
- an dessen Stelle auch mechanische oder elektrische
Stellglieder
angebracht werden können - kommt hier vor zugsweise ein Membranstellglied 7 zur
Anwendung.
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Es sei darauf hingewiesen, daß bei der beschriebenen Ventilanordnung
in vorteilhafter diese keinerlei Stopfbuchse erforder-]ich ist, so daß keine ständige
Leckmittelabführung notwendig ist und überhaupt Treibmittelverluste nur während
des Öffnens und auch nur in sehr geringfügigem Naße auftreten.
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2. Wirkungsweise Wird die Membrankammer 44 über die Signalleitung
36 nicht mit Druck beaufschlagt, drückt d.ie zylindrische Druckfeder 33 iiber das
Gestänge 38 den Ventilker-el. 28 gegen den ßitz der ohrun 29 und dichtet diese ab.
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Die Öffnung des Sicherheitsventils wird eingeleitet durch Druckbeaufschlagung
der Membrankammer 44 mittels Signaldruck über die Leitung 36. Aufgrund der Flächendifferenz
der Membranen 34 und 35 wird das Gestänge 38 gegen die Vorspannung der Feder 33
angezogen, der Ventilkegel 28 hubbetätigt und die Ventilbohrung 29 geöffnet bei
gleichzeitigem Abschluß der Ventilbohrung 26. Hierdurch wird der Vorhubventilverschlußkörper
12 durch den Treibmitteldruck auf die Ringfläche 20 in Richtung Kontaktfeder 13
soweit hubbetätigt, bis der Zylinderteil. es Vorhubventilverschlußkörpers 12 gegen
den Ventilsitz 18 zur anlage kommt.
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Über die freigewordene Bohrung 21 kann nun das Druckmedium in den
Ausströmstutzen 3 zur Vorwärmung der nachgeschalteten nlagenteile überströmen. Erst
wenn im @usströmstutzen 3 ein vorbestimmter Treibmitteldruck aufgebaut wird,d.h.
zum Beispiel bei Dampf, wenn die nachgeschalteten @nlagenteile wärmer sind als es
der Kondensationstemperatur entspricht bzw. die nachgeschalteten Regelventile und
die Entwässerungen abgesperrt werden, hebt der Ventilkolben 8 - der bisher noch
vom vollen Treibmitteldruck auf den Ringansatz 9 des Ventilkolbens 8 einwirkend
in
Schließstellung gehalten wurde - druckentlastet vom Gehäusesitz 43 ab Es herrscht
nun aber, bedingt durch die von der Bohrung 48 und ctem Ringspa]t zwischen Ventilspindel
10 und Bohrung 46 gebildete Strömungskaskade, über die ein Treibmittelstrom bei
gegebener freier filfsventilöffnung 29 besteht, im Druckraum 42 ein bestimmter Druck,
der verschieden groß eingestellt werden kann, von beispielsweise 80 % oder 90 %
des vollen Treibmitteldrucks.
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Geht der Ventilkolben 8 also rückwärts, komprimiert er zu einem gewisseii
Grade die im Druckraum 42 eingeschlossene Treibmittelmenge und führt so eine Dämpfung
der Öffnungsbewegung herbei: Sthließlich kommt er dabei in eine Stellung, in der
der Bypass-Kanal 47 weitgehend die Drosselwirkung der Kaskade aufhebt, so daß der
Ventilkolben noch einmal beschleunigt wird und den Restöffnungsquerschnitt am Ventilsitz
43 schnell fre fibt.
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Die Öffnungsbewegung des Kolbens 8 erfolgt also im wesentlichen in
zwei Abschnitten, wovon der erstere mehr oder weniger stark gedämpft ist. Dieses
Öffnungsverhalten ist durch Wahl und inordnung der Strömungsquerschnitte in weiten
Grenzen variierbar.
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Zu dem Zweck ist im .Qusbildungsbeispiel auch das Nadelventil 44 vorgesehen.
Auf jeden Fall aber wird ein zu hartes Aufsetzen des Ventilkolbens 8 auf den Sitz
23 verhindert.
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Da im Öffnungszustand der Ventilkörper 8 fest am axialen Sitz sowie
der Vorhubventilkörper 12 am Ventilsitz 18 anliegen, kann kein Treibmittel über
Kanal 47 und Bohrung 40 ausströmen, so daß also keine Leckverluste auftreten.
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Bei Schnellschlußauslösung durch Druckabbau in der Membrankammer 44
wird die Ventilbohrung 26 geöffnet und die Ventilbohrung 29 abgesperrt, wodurch
die Druckräume 39 und zunächst auchyüber den Bypass-Kanal 47 wieder mit dem vollen
Treibmitteldruck beaufschlagt werden.
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Nach einem gewissen Schließweg aber wird der Bypass-Kanal 47 wieder
abgesperrt, wodurch die weitere Füllung des Dtckrarnaes 42 nur noch durch die Bohrung
48 und den Ringspalt an der Bohrung 46 erfolgt. Hierdurch eignet sich das Ventil
aueh zur Begrenzung der Stellgeschwindigkeit beim Schließen bei großen Ventilmassen.
- um ein zu hartes iufschlagen zu vermeiden-, indem durch Einstellung oder Bemessung
der Bohrung 48 das Nachfüllen des Druckraumes 42 mehr oder weniger stark gedrosselt
erfolgt. Schließlich wird sich am Ende des Schließhubes die Schließkraft auf-grund
des Differenzdruckes bei Drosselung der Treibmittelzufuhr wieder etwas erhöhen,
wodurch die nachlassende Schließkraft der Druckfeder 47 kompensiert wird, so daß
insgesamt ein in notwendigerweise schnelles. aber relativ gleichmäßiges Schließen
erzielt wird.
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Das Drei-Wege-Steuervensil mit Stellglied.7 ist eigensicher ausgelegt.
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a) Bei Bruch der Membrane 34 und/oder 35 wird der Ventilkegel 28 durch
die Feder 33 gegen den Sitz der Bohrung 29 gedrückt und eine Schnellschließung des
Ventilkolbens 8 eingeleitet.
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b) Bei Undichtheit oder Bruch des Balges 32 wird die Abschaltsicherheit
nicht gefährdet, weil Balg 32 und Entlastlmgskolben 27 gleiche wirksame Flächen
besitzen.
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c) Bei Bruch der Druckfeder 33 wird aufgrund unterschiedlicher wirksamer
Flächen von Entlastungskolben 27 und Ventilkegel 28 - Entlastungskolben 27 ist im
Durchmesser kleiner - die Abschaltsicherheit nicht gefährdet, weil der Ventilkegel
28 durch den Treibmitteldruck gegen den Sitz der Bohrung 29 gedrückt und so selbsttätig
eine Schnellschließung des Ventilkolbens 8 eingeleitet wird.
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Vorteilhaft für Dampfturbinen ist die Wirkungsweise des Ventils
als
Anfahr- und Schnellschlußsicherheitsventil. Dabei wird der Öffnungsquerschnitt 21
des Vorhubventils so bemessen, daß, falls die Regelventile der Turbine geöffnet
sind, diese keinesfalls durch die Vorwärm-Dampfmenge anlaufen kann. Das ist dann
erst möglich. wenn die Regel- und Entwässerungsventile geschlossen werden irnd somit
der Ventilkolben 8 öffnet.
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7 Seiten Beschreibung 4 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnung mit 1 Figur