DE2408678A1

DE2408678A1 - Steuerventil

Info

Publication number: DE2408678A1
Application number: DE19742408678
Authority: DE
Inventors: Giorgio Dr Dodero; Nicola Di Dr Sciascio
Original assignee: Nuovo Pignone SpA
Current assignee: Nuovo Pignone SpA
Priority date: 1973-02-23
Filing date: 1974-02-22
Publication date: 1974-09-12
Also published as: IT984196B; FR2219349A1; ES423849A1; DE2408678B2; FR2219349B1; GB1422496A; DE2408678C3; CH583871A5

Description

Dr. F* Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenfgsberger - Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

TELEFON: SAMMEL-NR. 225341

TELEX 529979 TELEGRAMME: ZUMPAT

POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139-809, BLZ 700100 8O

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER KTO.-NR. 397997. BLZ 70030600

6/Li
Case 623

NUOVO PIGNONE S.ρ.Α., Florenz / Italien

Steuerventil

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil.

Insbesondere" betrifft die Erfindung ein Steuerventil zur Druckversorgung durch Kesseleinrichtungen oder ähnlichen Umlaufeinrichtungen.

Im folgenden Teil der Beschreibung v/erden die Bedeutung und die Vorteile eines erfindungsgemäßen Steuerventils aufgezeigt. '

Es ist bekannt, eine Druckversorgung zu erreichen, und zwar durch eine Einrichtung, die aus zwei verschiedenen Ventilen besteht, wobei diese Ventile verschiedene Öffnungsweiten und verschiedene Kennlinien aufweisen und getrennt gesteuert werden.

Anhand der beigefügten Zeichnung wird im folgenden beispielsweise eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert und dem Stand der Technik gegenübergestellt.

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-Z-

Es zeigen:

Fig. 1 den Schaltplan einer thermoelektrischen Anlage mit Wiedemmlauf durch den Kreislauf in schematischer Darstellung;

Fig. 2 den Schaltplan einer thermoelektrischen Anlage mit innerem Wiederumlauf in schematischer Darstellung;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gegenstandes;

Fig. 4 zeigt den Schaltplan entsprechend Fig. 1 unter Anwendung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gegenstandes in schematischer Darstellung;

Fig. 5 zeigt den Schaltplan einer Anlage entsprechend Fig.2 unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gegenstandes in schematischer Darstellung.

Die Arbeitsweise der zwei Ventile von bekannter Bauart wird durch eine kurze Beschreibung des Anlaufkreises einer thermoelektrischen Anlage mit Kessel aufgezeigt.

In Fig. 1 wird der Schaltplan einer thermoelektrischen Anlage gezeigt, die einen Kessel 1 aufweist, in dem ein Rückfluß vorgesehen ist; dieser Kessel benötigt einen externen Bypaß, der beim Anläufen den Umlauf einer minimalen Strömung ermöglicht, um einen Dampf mit Kennwerten zu erzielen, die den Anlauf der Turbine 2 ermöglichen, wobei Einrichtungen für den von dem Kondensatsammlerbehälter kommenden Dampf vorgesehen sind, und wobei dadurch später die Druckversorgung des Kessels' gewährleistet ist.

Der Dampferzeuger 1 ist mit Absperrventilen 10 und 11 versehen, die den Kessel absperren (in dem aufgezeigten Beispiel wird die Absperru ng. stromabwärts von dem ersten Überhitzer 3 erreicht).

Beim Anlaufen der Pumpe 5 wird der Kessel mit Wasser versorgt, und die Ventile 10 und 11 sind abgesperrt. In dieser Figur

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und in dem entsprechenden Text werden Ventil 10 und ein Ventil 11 aufgeführt. Verständlicherweise können auch mehr als ein Ventil 10 und mehr als ein Ventil 11 vorgesehen sein.

Die Strömungsmenge bei Beginn "_ wird von dem Dampferzeuger zu dem Kondensats ammelbehälter oder Verdampfer 6 über die Ventile 12 und 13 geliefert, die dabei stromabwärts von den Kesselrohren 1 und stromabwärts von dem ersten Überhitzer 3 ansaugen.

Um den Anlauf kr eis geeignet darzustellen, werden im folgenden die Regelkreise, die die verschiedenen Ventile des Anlauf kreises betreffen, beschrieben.

Die folgende Beschreibung hat nur beispielhaften Charakter, da entsprechend der Gegebenheiten verschiedene Kreisläufe und Folgen von Kreisläufen vorhanden sein können.

Die Ventile 12 und 13 werden im allgemeinen durch ein Steuergerät betätigt, das den verwendeten Druck "in den Wassermänteln des Kessels stromab der Ventile hält: nur während eier ersten Phase des Anlaufs, bis die Temperatur an dem Auslaß der Verdampfungsröhren 150⁰C erreicht, wird der Druck auf niedere Werte geregelt, um den kräftigen Strom der kalten Flüssigkeit durch die Ventile zu verhindern.

Das Ventil 13* das bei der Regelung des Drucks beteiligt ist, empfängt ein Steuersignal von der Temperatur am Auslaß des ersten Überhitzers; das Ventil ist anfangs ungefähr W% seiner Gesamtöffnung geöffnet, um einen Fluß durch den ersten Überhitzer zu ermöglichen, wobei die Temperatur am Auslaß des ersten Überhitzers auf ungefähr 380⁰C gehalten wird.,

Der Pegel in dem Kondensatsammelbehälter 6 wird durch ein Steuergerät gehalten, das in Abhängigkeit, wenn der Pegel an-

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steigt, auf zwei Gruppen von Ventilen wirkt: die Ventile blasen in den Unterdruckkondensat —Sammelbehälter 8 ab (um die Wärme in dem Kreislauf wieder zurückzugewinnen), und die Ventile blasen direkt zu dem Kondensat 9 ab.

Sobald in dem Kondensatsammelbehälter eine bestimmte Höhe des Drucks erreicht worden ist, öffnet sich das Ventil 14, wobei Dampf zu dem zweiten Überhitzer 4 und zu den Hauptdampfröhren zum Heizen derselben geleitet wird.

Wenn der Druck in dem Kondensatsammelbehälter 6 genügend hoch ist, kann der Dampf zu der Turbine 2 geleitet werden. Das stufenweise Ansteigen der Drehzahl der Turbine " wird mit dem völlig geöffneten Drosselventil erzielt, das auf das handgesteuerte Vorsteuerventil wirkt, das an einem der Einlaßventile vorgesehen ist. Der Dampferzeuger wird auf Gleichlauf gebracht, indem er ungefähr eine Belastung von 8% einnimmt, um das Arbeiten der Gruppe aufrecht zu erhalten.

Von jetzt ab wird die Turbinensteuerung vom Parallelbetrieb in den Folgebetrieb übergeführt, indem das Regeln der Turbine von dem Vorsteuerv-entil auf die Steuerventile übertragen wird.

Somit bestehen jetzt zwei Möglichkeiten: Einerseits nimmt der Kondensatsammelbehälter einen Zustand ein, daß Dampf bis zu 10% zu der Turbine geleitet wird. Andererseits nimmt der Kondensatsammelbehälter einen Zustand ein, daß Dampf zu der Turbine bis zu 30% oder mehr geleitet wird.

Im ersten Falle wird das weitere Anwachsen der Belastung durch die Druckversorgung der Teile des Kessels stromab der Ventile 10 und 11 erzielt, wobei diese hintereinander geöffnet werden.

Deshalb wird die Feuerung verstärkt, so daß die Dampftemperatur stromauf des Ventils 13 gerade so hoch wird wie im Vergleich

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zu der Begrenzung der Rauchgastemperatur an dem Einlaß des Überhitzers 3 verträglich ist. Wenn dieser Zustand erreicht ist, werden beim Öffnen des Ventils 10 keine Temperaturschwankungen in dem zweiten Überhitzer- verursacht, und der Versorgungsdampf für die Turbine wird von dem Ventil 13 zu dem Ventil 10 nur weitergeleitet.

Das weitere Öffnen des Ventils 10, das entsprechend der erforderlichen Belastung erfolgt, wirkt auf die Druckversorgung des zweiten Überhitzers 4.

Das Öffnen des Ventils 10 verursacht das Schließen des Rückschlagventils 14, das anschließend abgesperrt wird.

Wenn die Ventilöffnung des"Ventils 10 einen bestimmten Wert er-. reicht hat, öffnet das Ventil 11.

Außer den letzten Phasen bei der Regulierung der Druckversor-gung, muß das Ventil 11 bei hoher Belastung der Gruppe einen geringen Druckabfall aufweisen. Nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes zu der Turbine zu, wird die Strömungsgeschwindigkeit zu dem Bypaßkreis verringert, bis diese schließlich völlig gegen Null geht.

Im zweiten Falle wird die Druckversctrgung nach höheren Belastungen hin ausgeführt. Dabei werden die Nachteile der ersten Ausführungsweise beseitigt, wobei diese Nachteile in der Schwierig-" keit der Druckversorgung des ganzen Kessels in der inneren Instabilität des Vorgangs lagen (Schwierigkeiten bei der herkömmlichen Ausführung der gesteigerten Brennstoffzufuhr, das Öffnen des Ventils 10 und das Schließen des Ventils 12 und 13).

Bei fast analogen Bedingungen, wie ... "die der Ventile 10 und 11 von Fig. 1 (Wiederumlauf durch den Kreislauf) befinden sich die Ventile 10 und 11 von Fig. 2, die sich auf den Schaltplan der Kesselanlage mit innerem Wiederumlauf durch die Ein-

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richtung der Pumpe 16 bezieht. Während des Betriebs kommt den Ventilen 10 und 11 von Fig. 1 besondere Bedeutung bei. Entsprechende Betrachtungsweisen werden für die funktionsmäßig gleichbedeutenden Ventile von Fig. 2 vorgenommen. Über ein gewisses Zeitintervall hinweg bleiben diese Ventile geschlossen mit einem Druck stromaufwärts, der gleich dem Nenndruck in dem Bereich stromaufwärts der Ventile 10 und 11 ist, und stromabwärts mit einem ansteigenden Druck, der aber immer relativ gering bleibt. Das Ventil 10 öffnet, wenn die Druckdifferenz (^P) zwischen dem Einlaß und dem Auslaß desselben kritisch ist, und bleibt geöffnet, bis. das Ventil 11 sich zu öffnen beginnt. Daraufhin öffnet das Ventil 11, das, wenn es zu 100% geöffnet ist, den geringstmöglichen Druckabfall verursachen muß; tätsächlich bewirkt ein Druckabfall durch dieses Ventil unter Betriebsbedingungen einen passiven Widerstand.

Das erfindungsgemäße Steuerventil ersetzt die Ventile 10 und 11; somit muß ermöglicht werden., den kritischen Druckunterschied (.ΔΡ) oder hohe Druckunterschiede, wie das Ventil erzeugt, so zu erzielen, daß die Ventil nicht durch die Flüssigkeit angegriffen oder zerstört werden (Ventile für große Druckabfälle), * und daß gleichzeitig der Flüssigkeit ein freier Strömungsweg am Ende der Druckversorgung ermöglicht wird(Venti-Ie für geringe Druckabfälle).

In Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ventils dargestellt.

Dieses dargestellte Ventil ist ein Winkelventil mit einem an der Seite liegenden Einlaß 1 für die Flüssigkeit und einem Absperrteil 2, das in jeder Lage beim Hub bis zu 100% entlastet ist.

Die Druckentlastung des Absperrteils ist sowohl für ein exaktes und sicheres Steuern -als auch bei den für den Hoch-

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druck- dimensionierten Bauteilen erforderlich, da es ebenfalls nicht fachgemäß ist, nur Servomotoren zu verwenden, ohne die dem Druck ausgesetzten bewegbaren Teile zu entlasten.

Wenn das Ventil geschlossen ist, wirkt die stromaufwärts sich befindende Flüssigkeit auf die zylindrische Oberfläche des Absperrteils, dessen Schaft einen gleichen Austrittsquerschnitt von dem Mantel 3 wie der Querschnitt an dem Ventilsitz aufweist: deshalb kann der stromauf gerichtete Druck P1 keine unausgeglichene Kraft auf das Absperrteil ausüben.

Ebenfalls wird der stromab gerichtete Druck P2 durch das Übertragen desselben auf ein Entlastungsbauteil 4 ausgeglichen, welches an der Außenseite des Ventilkörpers vorgesehen ist: somit wirkt der stromab gerichtete Druck auf zwei entgegenliegende, exakt identische Querschnitte des Absperrteils.

Der Durchmesser des Strößels 5 ist auf der dem Entlastungsbauteil zugewandten Seite geringfügig größer als der Durchmesser 2, der dem Ventilteil zugewandten Seite, um den Querschnitt des Stößels 10, der über den Kopf des Entlastungsbauteils 4 hinausragt, auszugleichen. Da das Ventil in jeder Öffnungsstellung ausgeglichen ist, wirken sich die stromab oder stromauf gerichteten wechselnden Druckverhältnisse nicht auf das Ventil aus.

Der Servomotor unterstützt nur die Überwindung 4er Reibungskräfte und ist entsprechend der Stopfbüchsen-Packungshöhe 11, der Stopfbüchsen-Packungsart, dem maximalen Betriebsdruck und der Ausführung der gleitbaren Bauteile ausgelegt. Der Servomotor kann entweder am Kopf oder an der Seite des Ventils entsprechend dem benötigten Platzbedarf der Anlage vorgesehen sein.

Die Grundausführung des erfindungsgemäßen Steuerventils weist ein Ventil von Schieberbauart auf: bei den Steuerventilen für

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große Beträge von Druckdifferenzen und entsprechend hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit von bekannter Bauart sind in den engen Öffnungen angebracht, so daß sie Schwingungen, Lärm und Verschleiß verursachen.

Wenn die Druckdifferenz in einem gebräuchlichen Labyrinth verringert wird,werden sowohl die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit als auch die dabei auftretenden Nachteile verringert: dies kann dadurch erzielt werden, daß der gesamte Druckabfall, wie er in dem ersten Teil des Ventilhubs in Fig. auftritt, aufgeteilt wird (wie z.B. für die ersten 25% des Hubs). In diesem sogenannten "Hoch-Abfall"-Bereich weist das Absperrteil 2 mit hohlförmigem Querschnitt einen zylinderförmigen Absatz 6 auf. Die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit wird nur durch die Anzahl der Öffnungen 7, die bei einer Aufwärtsbewegung des Absperrteils geöffnet sind, gesteuert. Die Flüssigkeitsstrahle treffen am Mittelpunkt des Absperrteils aufeinander.,- und bevor sie ungestört stromab fließen, erfahren sie einen weiteren Druckabfall, indem sie durch die vertikalen Öffnungen 8, die an dem unten liegenden Teil des Absperrteils vorgesehen sind, aufgeteilt werden. Deshalb wirkt das in Fig. 3 gezeigte Ventil in den ersten 25% des Ventilhubs als ein mehrfaches Druckabfallventil und kann deshalb hohe Druckunterschiede abbauen.

In den als Rest verbleibenden 75% des Ventilhubs weist das Absperrteil eine Außenkontur'. 9 auf, die den Absperrteilen des Winkelventils angepaßt ist, und einen Auslaß der "Venturi-" Bauart. Solche'Ventile weisen bekanntlich einen hohen Druckgewinn auf und verursachen somit sehr geringe Druckabfälle.

Die Kennlinie der gesamten Strömungsgeschwindigkeit (von O bis 100% des Hubs) bildet einen Kurvenverlauf ohne eine geschlossene Lösung.

Sachgemäß kann das Gesetz mit einer unbestimmten Anzahl von

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Lösungen angewandt werden, indem die Anzahl der Öffnungen im ersten Bereich des Hubs passend verändert wird, und der Verfahrensweise entsprechend, der Prozentsatz der Kennlinie mit
hohem Verlust im Vergleich mit der gesamten Kennlinie ausgewertet wird (beispielsweise 23% und 100%).

Da ein solches Ventil zeitweise die Aufgabe der Ventile 10
und 11 erfüllen kann, wie sie entweder in dem Schema der Fig. und dem von Fig. 2 gezeigt ist, können die Kesselkreise, die auf den beiden Anlageplänen dargestellt sind, so wie in Fig. und 5 verändert werden, wobei ein solches Ventil die Ventile 10 und 11 ersetzt und das Bezugszeichen 15 erhält.

Die Vorteile dieser vereinfachten Kreise beziehen sich immer auf Anlagen mit Betriebsdaten, die größer als ASA 2500 sind.

Geringere Kosten für die Einrichtung und die Wartung der An- ' lage, Vereinfachung der Kreisläufe und eine Vereinfachung der Regeleinrichtung, Verringerung der Temperaturschwankungen in den Anlaufkreisen und eine höhere Betriebszuverlässigkeit der Anlage sind die wichtigsten Vorteile, die bei der Anwendung
eines erfindungsgemäßen Steuerventils erzielt'werden.

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Claims

Patentansprüche

Steuerventil mit einem Ventilkörper- und einem in jeder Lage des Hubs entlastetem Absperrteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrteil mit , Hohlprofilquerschnitt mit waagerechten Öffnungen in dem

oben liegenden zylindrischen Dichtungsbereich und mit ver-,

tikalen Öffnungen in dem unten liegenden Bereich versehen ist,

wobei dessen Außenkontur dem Absperrteil des Winkelventils mit einem Auslaß der "Venturi"-Bauart so angepaßt ist, daß beim Anfang des Öffnungsvorgangs die Strömungsgeschwindigkeit nur durch die Anzahl der geöffneten Öffnungen geregelt wird, wenn sich das Absperrteil nach oben bewegt, und daß die Flüssigke its strahlen, die innerhalb des Absperrteils aufeinander treffen und die durch die senkrechten Öffnungen aufgeteilt werden, einen hohen Druckabfall erfahren, während beim zweiten Teil des Öffnungsvorgangs entsprechend der besonderen Ausgestaltung der Kontur des Absperrteils ein sehr hoher Druckgewinn erzielt wird, wodurch ein sehr geringer Druckabfall auftritt, so daß da- · durch-zwei oder mehr Ventile mit entgegengesetztem Anwendungsbereich, einmal für hohe und andererseits für niedere Druckabfälle, wobei diese dementsprechend verschiedene Kennlinien und Öffnungsweiten aufweisen, durch ein solches Ventil ersetzt werden können.
2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrteil bis zu 100% in jeder Stellung des Hubs durch zwei Stopfbüchenpackungen (Fig. 3) entlastet wird.
3. Steuerventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Servo-Motor entweder an dem Kopf oder an der Seite des Ventils je nach Platzbedarf in der Anlage angebracht ist.

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