DE2523231A1

DE2523231A1 - Kombiniertes schnellschluss- und regelventil

Info

Publication number: DE2523231A1
Application number: DE19752523231
Authority: DE
Inventors: Arthur Dipl Ing Oberle
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-04-30
Filing date: 1975-05-26
Publication date: 1976-11-11
Also published as: FR2309711A1; CH584350A5; IT1058986B; DE7516683U; GB1524411A; DK144711B; JPS51130925A; ES447156A1; IN145424B; NL7604501A; DK144711C; SE7604777L; HU174542B; PL111858B1; CA1043219A; DK186976A; US4114652A; SE411636B; FR2309711B3

Description

Ke/ho

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil für Turbinenanlagen, insbesondere für Dampfturbinenanlagen, dessen Schnellschluss- und Regelventilkörper unabhängig voneinander steuerbar sind und in einem gemeinsamen Gehäuse mit unmittelbar nebeneinander und koaxial zueinander liegenden Sitzen an der Durchflussöffnung am Ventilsitz angeordnet sind, wobei der Schnellschlussventilkörper als Glocke ausgebildet ist, in deren Innenrauir der Regelventilkörper koaxial eintaucht und die beiden Ventilkörper mit Vorhubventilen versehen sind.

Bei heutigen Kraftwerksanlagen werden in die Arbeitsmediumsleitungen der Turbinen, insbesondere bei Dampfturbinen, den Regel-

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ventilen immer Schnellschlussventile vorgeschaltet, um bei Regelversagen oder irgendwelchen äusseren Einflüssen zumindest eine sofortige Schnellabschaltung durchführen zu können. Dabei bleibt das übliche Prinzip der zweifachen Sicherheit für die gesamte Kraftwerksanlage gewahrt. Seit längerem werden auch in die Zwischendampfleitung von Dampfturbinen mit Zwischenüberhitzern sogenannte Abfangventile eingesetzt, da ansonsten das im Zwischenüberhitzer und in der Verbindungsleitung vorhandene Dampfvolumen ausreichen würde, um den Turbinenläufer trotz gesperrter Hochdruckleitung nach einer Abschaltung auf eine unzulässig hohe Ueberdrehzahl zu beschleunigen, die die gesamte Kraftwerksanlage an sich gefährden würde.

Es sind kombinierte Schnellschluss- und Regelventile bekannt, die nicht aus zwei getrennten Ventilgehäusen bestehen, sondern deren Regelventil und Schnellschlussventil in einem gemeinsamen Ventilgehäuse untergebracht sind. Dabei wird der Vorteil des verminderten Strömungswiderstandes aufgrund eines gemeinsamen Ventilsitzes für den Schnellschluss- und Regelteil ausgenützt.

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

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Im Zuge der Entwicklung der Kraftwerke lag es nahe, eine solche Ventilform bei grossen Dampfvolumen anstatt als Abfangventile auch als Frischdampf-Regelventile einzusetzen. Dabei dient das glockenförmige Regelventil zur Anpassung des Betriebsverhaltens der Dampfturbine bei Leistungsänderungen.

Es hat sich aber gezeigt, dass diese Ventilform bei längerem Teillastbetrieb, also mit gedrosselter Regelventilstellung eine Vibrationsneigung aufweist und dadurch die Regulierfähigkeit beeinträchtigt wird. Es können dabei Schäden durch Abnützung und Wechselbeanspruchung entstehen.

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

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Regelventilkörper die Form einer Zwiebel aufweist, die mit einer Spindel und einem Kolben starr verbunden ist und wobei am anderen Ende der Spindel das Vorhubventil angeordnet ist, das über eine Zentralbohrung in der Spindel mit dem Innenraum des Schnellschluss-Ventilkörpers verbunden ist, ferner dadurch, dass die Spindel in einer Führungsbüchse eingesetzt ist, welche Durchtritte vom Zylinderraum des Kolbens zur Durchflussöffnung aufweist.

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Eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhubventil durch eine Subspindel mit zwei Ventilsitzen steuerbar ist, deren Gegensitze in einen starr an der- Spindel befestigten Montageteil angeordnet sind, und wobei das Montageteil Bohrungen und der Kolben eine Bohrung aufweisen, um eine Verbindung des oberen und unteren Zylinderraumes des Kolbens entweder über die Zentralbohrung mit dem Innenraum des Schnellschluss-Ventilkörpers oder über Durchtritte im Ventilsitz mit der Durchflussöffnung herzustellen.

Die Vorteile der Erfindung liegen neben der vollen Druckentlastungsmöglichkeit des Regelventils durch den Kolben in der Tatsache begründet, dass bei dem in Strömungsrichtung vor dem Regelventil liegenden Schnellschlussventil eine vibrationsfreie Fixierung des Ventilkörpers durch die volle Druckdifferenz zwischen Frischdampf und der Atmosphäre in der offenen Stellung erreicht wird. Ferner wird der Schnellschluss-Ventilkörper nicht mehr durch den gedrosselten Massenstrahl des Regelventils während des Betriebes angeströmt, so dass eine weitere Anregungsquelle für Schwingungen ausges-chaltet ist.

Ein weiterer Vorteil ist durch die zwiebeiförmige Ausbildung des Regelventilkörpers gegeben, der es ermöglicht, den am stärksten beanspruchten Teil der .; ■·-' -s.n eine in Bezug auf

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Festigkeit und Abrasion günstige Dimension zu bringen. Darüberhinaus kann an der Betätigungsspindel (nachfolgend Subspindel genannt) Material gespart werden, zumal der Entlastungskolben, aber auch der Folgekolben wesentlich kleinere Kräfte bzw. Servomotoren zulässt.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Ventilschliessgeschwindigkeiten durch die Ausbildung der Durchtritte im Ventilsitz beeinflussbar ist.

Der klare übersichtliche Aufbau mit wenigen zu bewegenden Teilen bringt überdies eine einfache Geometrie im Dampfraume mit sich, die sich durch eine besonders niedrige Geräuschentwicklung auszeichnet.

Im folgenden ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen anhand beiliegender Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuse des kombinierten Schnellschluss- und Regelventils in einer Regelstellung

Fig. 2 eine Ausführungsform im Teilschnitt, bei der das Regelventil von einem Folgekolben gesteuert wird.

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Für einander entsprechende Teile sind in den Figuren gleiche Bezugszeichen eingesetzt. Nicht, erfindungswesentliche Teile wie Spindellager oder Dichtungen sind der Uebersicht halber in der Zeichnung nicht dargestellt, jedoch in der Beschreibung erwähnt.

In Fig. 1 ist das Gehäuse 1 des Ventiles nur teilweise dargestellt, in dessen Trennwand 2 der Ventilsitz 3 eingesetzt ist. Am Ventilsitz 3 ist das Dampfsieb 4 mit einem Ende zentriert, dessen anderes Ende mit dem Deckel 5 des Schnellschlussventiles 7 verbunden ist. Der Deckel 5 weist einen Durchtritt 6 für die Spindel 10 auf, an deren Ende das Vorhubventil 11 vorgesehen ist. Das Vorhubventil 11 wirkt mit den im Ventilkörper 8 angeordneten Sitzen 12 und 13 zusammen. Ueber die Bohrungen 14, 15 und 16 im Ventilkörper 8 wird dieser sowohl beim Oeffnen als auch beim Schliessen druckentlastet. Ueber die Bohrungen 14, 15 wird zum Oeffnen des Schnellschlussventils der Raum 19 im Innern des Körpers 8 unter Druck gesetzt. Um das Ventil zu schliessen wird über die Bohrungen 15, 16 der Raum 18 unter Druck gesetzt.

Der Führungsteil 8¹ des Ventilkörpers 8 ist als Kolben im Deckel 5 ausgebildet, wobei am Umfang Ausnehmungen 17 vorgesehen sind, durch die der Dampf in der Vorhubstellung beim Schliessvorgang von der Bohrung 16 in den Ausgleichsraum 18 gelangt. Damit

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wird eine Druckentlastung der Spindel 10 bzw. des Ventilkörpers 8 erreicht.

Beim Oeffnungsvorgang kann in der Vorhubstellung, also bei bereits geöffnetem Sitz 12 Dampf über die Bohrung 15 und die Bohrung I¹I in den Innenraum 19 der Glocke des Schnellschlussventiles 7 gelangen, so dass auch dabei eine Druckentlastung erfolgt.

Der Schneilschlussventxlkörper 8 weist einen Bund mit einem Flachsitz 20 auf, der den Dampfraum gegen die Spindeldurchführung. 6 am Deckel 5 abschliesst und zudem eine feste Anlage des Ventilkörpers 8 am Deckel 5 während des Betriebes gewährleistet.

Das Regelventil 22 weist eine Zwiebelform auf, wobei der Ventilsitz 23 am Ventilsitz 3 aufsitzt. Der Ventilsitz 3 und die Führungsbüchse 25 der Spindel 27 des Regelventilkörpers 26 bilden die Durchflussöffnung 28. Diese ist in der gezeigten Ausführungsform als Kreisringdiffusor ausgebildet, wobei die Führungsbüchse 25 mit ihrem Aussenumfang die innere und der Ventilkorb 3 die äussere Wandung desselben bildet.

In der Führungsbüchse 25 sind Durchtritte 29 vorgesehen, die eine Verbindung zwischen der Durchflussöffnung 28 und dem Zylin-

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derraum 30 herstellen. Der Zylinderraum 30 wird durch den mit der Spindel 27 verbundenen Kolben 31 und den Gehäusedeckel 32 an der Regelventilseite, sowie durch den Boden der Führungsbüchse 25 gebildet. In der Spindel 27 ist eine Zentralbohrung 33 vorgesehen, die eine Kommunikation zwischen dem Innenraum 19 des Schnellschlussventilkörpers 8 bzw. dem Zufuhr-Dampfraum und dem Vorhubventil 3¹I im Kolben 31 bietet. Das Vorhubventil 34 ist am Ende der Subspindel 35 im Kolben 31 angeordnet, mit welchem aus Montagegründen ein Teil ^5* fest verbunden ist.

Beim Oeffnen des Vorhubventils 3¹I, das dann an der Spindel 27 anliegt und den Sitz 36 freigibt, gelangt Dampf des Eintrittsdruckes über die Zentralbohrung 33 und den Ringspalt 37 in den Raum 38. Somit wird der Kolben 31 entlastet. Die Subspindel braucht deshalb nur noch eine geringe Kraft aufzubringen, um das Regelventil 22 anzuheben.

Es hat sich als zweckmässig erwiesen, den Durchmesser des Kolbens 31 derart zu bemessen, dass trotz des Druckausgleiches zwischen den Räumen 19 und 38 eine das Regelventil 22 in Schliessrichtung beaufschlagende resultierende Kraftkomponente bestehen bleibt. In Bezug auf die Schliessgeschwindigkeit des Regelventils 22 wird das Spiel des Kolbens 31 im Gehäusedeckel 32 als Sicherheitsmassnahme mit einer ausreichenden Leckage versehen.

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Die Leckagemenge gelangt über die Durchtritte 29 in die abströmseitige Durchflussöffnung 28.

Gemäss Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das nicht nur eine Entlastung dar Regelventilspindel mit sich bringt, sondern auch eine kontinuierliche Folgebewegung des Kolbens 31* hervorruft. Gleiche Elemente wie in Fig. 1 sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Der Kolben 31' weist eine Bohrung 39 auf, die mit dem Kanal ¹JO am Montageteil M5* zusammenwirkt. Das Hubventil 3¹*' weist anstatt der bisherigen Steuerkante 36 nun zwei Steuerkanten 42 und *J3 auf, die den Raum 38' entweder mit der Zentralbohrung 33 oder mit dem Zylinderraum 30 verbindet. Hierzu ist im Montageteil ^5' noch eine Ausgleichsbohrung ^l vorgesehen.

Beim Betätigen der Subspindel 35' in Richtung Oeffnen des Vorhubventils 3¹J' bzw. der Steuerkante H2 wird die Steuerkante kj> geschlossen. Der Druck im Raum 38' steigt dann soweit an, bis die Kräfte auf den Kolben 31' die schliessenden Dampfkräfte auf den Ventilkörper 26 überwinden. Sobald dieser Zustand erreicht ist, kann das Regelventil 22 mittels der Subspindel 35' geöffnet werden, wobei ein dauernder Druckausgleich zwischen den Räumen 19 und 38' stattfindet.

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Beim Schliessen des Regelventils 22 wird zuerst die Steuerkante 42 geschlossen bzw. die Steuerkante 43 geöffnet, so
dass der Ausgleichsraum 38' über den Kanal 40 die Bohrung 39 und die Durchtritte 29' mit der Abströmseite der Durchflussöffnung 28 in Verbindung tritt. Dadurch wird das Druckniveau abgesenkt, so dass bei weiterer Entlastung der Subspindel 35^! der Kolben 31' schon durch die resultierenden Dampfkräfte am Regelventilkörper 26 in die Schliessstellung bewegt wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil für Turbinenanlagen, insbesondere für Dampfturbinenanlagen, dessen Schnellschluss- und Regelventilkörper unabhängig voneinander steuerbar sind und in einem gemeinsamen Gehäuse mit unmittelbar nebeneinander und koaxial zueinander liegenden Ventilsitzen an der Durchflussöffnung am Ventilkorb angeordnet sind, wobei a^r Schnellschlussventilkörper als Glocke ausgebildet ist, in deren Innenraum der Regelventilkörper koaxial eintaucht und die beiden Ventilkörper mit Vorhubventilen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelventilkörper (26) die Form einer Zwiebel aufweist, die mit einer Spindel (27) und einem Kolben (3D starr verbunden ist und wobei am anderen Ende der Spindel das Vorhubventil (3¹O angeordnet ist, das über eine Zentralbohrung (33) in der Spindel (27) mit dem Innenraum (19) des Schnellschlussventilkörpers (8) verbunden ist, ferner dadurch, dass die Spindel (27) in einer Führungsbüchse (25) eingesetzt ist, welche Durchtritte (29) vom Zylinderraum (30) des Kolbens (31) zur Durchflussöffnung(28) aufweist.

2. Kombiniertes Schnellsschluss- und Regelventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhubventil (3¹I')

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durch eine Subspindel (35¹) mit zwei Ventilsitzen (42, ^3) steuerbar ist, deren Gegensitse in einem starr an der Spindel (27) befestigten Montageteil (^5* 5 angscrdnet; sind₃ und wobei das Montageteil (¹^⁵) Bohrungen (¹IG, 41} und der Kolben (31¹) eine Bohrung (39) aufweisen, um eine Verbindung des oberen und unteren Zylinderraumes (3O₃ 38') des Kolbens (31') entweder über die Zentralbohrung (33) mit dem Innenraum (19) des Sühnellschiussventilkörpers (8) oder über Durchtritte (29^f5 im Ventilsitz (3¹) mit der Durchflussöffnung (28) herzuseellen.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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