DE2523297A1

DE2523297A1 - Kombiniertes schnellschluss- und regelventil

Info

Publication number: DE2523297A1
Application number: DE19752523297
Authority: DE
Inventors: Guenter Kudernatsch; 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: FR2309710B3; CH584349A5; DE7516727U; IN145747B; FR2309710A1; CA1044560A

Description

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Ke.

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 in einem gemeinsamen Gehäuse koaxial zueinander angeordnet sind und unabhängig voneinander steuerbar sind.

Bei heutigen Kraftwerksanlagen werden in die Arbeitsmediumleitungen der Turbinen, insbesondere bei Dampfturbinen, den Regelventilen immer Schnellschlussventile zugeschaltet, um beim 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

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in der 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 (CH-PS 539 805), bei denen das Regelventil und das Schnellschlussventil in einem gemeinsamen Ventilgehäuse untergebracht sind. Der Regelventilkörper liegt stromaufwärts vor dem Schnellschlussventilkörper und weist eine Glockenform auf, 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.

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 gedrosselter Regelventilstellung eine Vibrationsneigung aufweist. Dadurch

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können bei längerem Teillastbetrieb Schäden durch Abnützung und Wechselbeanspruchung entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorangeführten Nachteil zu vermeiden.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Regelventil stromabwärts vom Schnellschlussventil und mit der Dampfströmung öffnend angeordnet ist, und der Regelventilkörper als Entlastungs- oder Servokolben ausgebildet ist.

Der Vorteil des Erfindungsgegenstandes ist darin zu sehen, 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. Darüberhinaus wird im Gegensatz zum vorgängig erwähnten kombinierten Ventil der Schnellschlussventilkörper nicht mehr durch den gedrosselten Massenstrahl des Regelventils während des Betriebes angeströmt, wodurch eine weitere Schwingungsquelle ausgeschaltet ist. Beim vorgeschlagenen Regelventil ist der Vorteil darin zu sehen, dass die gedrosselte Strömung vom Zentrum wegfliesst und dadurch eine Energiekonzentration im Zentrum in Richtung der Ventilführung völlig vermieden wird, wodurch die Vibrationsanregung stark reduziert ist.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist das Schnellschlussventil zur Druckentlastung der Ventilteile mit einem Vorhubventil versehen, welches an einem Ende einer Ventilspindel angeordnet ist. Am Schnellschlusskörper starr befestigte Einsatzbüchsen können mit Ventilsitzen versehen sein, über die der Ventilhub ausgeführt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schnellschlussventilkörper und der ihn in der offenen Stellung aufnehmende Verschlussdeckel mit einem kreisringförmigen Flachsitz versehen sind, welcher eine saubere Anlage beider Teile in der offenen Ventilstellung gewährleistet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann das Regelventil vom Arbeitsmittel doppelseitig beaufschlagt werden. Dabei empfiehlt es sich, dass Arbeitsmittel über Bohrungen im Regelventilkörper der Zuströmseite des Regelventils zu entnehmen.

Ferner ist es zweckmässig, die Kolbenflächen des Regelventils so zu dimensionieren, dass die angreifenden Arbeitsmittelkräfte eine das Regelventil schliessende Wirkung ausüben. Da bei einer derartigen Ausführung ein Vorhubventil nicht notwendig ist, wird die Ventilkonstruktion dank dem Fehlen frei beweglicher Teile im Dampfraum sehr einfach und damit prinzipiell wenig störanr fällig.

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Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Regelventilkörper mit einer Arbeitsmitteldruck-Folgesteuerung versehen. Hierbei empfiehlt es sich, wenn beim Oeffnen des Regelventils die Kolbenräume mit einem Arbeitsmittelsystem verbunden werden, dessen Druckniveau niedriger liegt als das Druckniveau des vom Regelventil zu steuernden Arbeitsmittels.

Neben dem bekannten Vorteil des Prinzipes der Vorsteuerung, nämlich genügend grosse Stellkräfte bei hinreichend kleiner Trägheit zu erhalten, ist der besondere Vorteil dieser Ausführung darin zu sehen, dass der als Servokolben ausgebildete Regelventilkörper mit dem Arbeitsmittel selbst gesteuert wird. Dadurch, dass hohe Hydraulikdrücke nicht benötigt werden, wird Pumpenleistung eingespart und zudem wird der ganze Systemumfang reduziert.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein kombiniertes Schnellschluss und Regelventil

Fig. 2 einen Teilschnitt desselben Ventils, bei welchem das Regelventil von einem Folgekolben gesteuert ist.

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Nicht erfindungswesentliche Teile wie beispielsweise Spindellager, Dichtungen, Drehsicherungen, Spindelverstellvorrichtungen usw. sind der Uebersicht halber fortgelassen,

Gemäss Fig. 1 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 1 das Schnellschlussventil 2 und das Regelventil 3 untergebracht. An der Zuströmseite des kombinierten Ventils ist ein zylinderförmiges Dampfsieb 4 einerseits am Verschlussdeckel 5 des Schnellschlussventils 2, andererseits am Ventilsitz 6 angeordnet. In der gezeigten offenen Stellung bildet der Schnellschlussventilkörper 7 und der Ventilsitz 6 einen strömungstechnisch günstigen, kreisringförmigen Einlaufkanal zum Regelventil 3.

Die Betätigung des Schnellschlussventils 2 erfolgt über eine Spindel 8, deren ventilseitiges Ende als doppelsitziges Vorhubventil 9 ausgebildet ist. Am Ventilkörper 7 befestigt sind zwei Einsatzbüchsen 10 und 11, welche je einen Ventilsitz 12 bzw. 13, sowie radiale Bohrungen Ik bzw. 15 aufweisen.

In der gezeigten offenen Ventilstellung dichten der Ventilkörper 7 und die nicht gezeigte Spindelführung gegenüber dem Dampfraum über einen kreisringförmigen Plachsitz 16 und den Sitz des Vorhubventils 9 ab. Der Sitz 16 gewährleistet zudem eine feste Anlage des Ventilkörpers 7 am Verschlussdeckel 5.

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Zur Erklärung der Wirkungsweise sei zunächst ein vom Arbeitsmittel durchströmtes Ventil betrachtet. Der volle im Dampfraum herrschende Dampfdruck wirkt auf den Schnellschlussventilkörper 7. Der Schliessvorgang wird durch Eindrücken der Spindel 8 eingeleitet. Das Vorhubventil 9 gibt den Sitz 13 frei und liegt am Sitz 12 an. Durch die Bohrung 17 im Deckel 5, die Bohrung 18 im Ventilkörper 7, die Bohrung 14 in der Einsatzbüchse 10, sowie durch den offenen Ventilsitz 13 gelangt entlang dem Ringspalt 19 zwischen Spindel 8 und Einsatzbüchse 11 und durch die Bohrung 15 in der Einsatzbüchse 11 Arbeitsmittel in den Ausgleichraum 20. Hierdurch wird der Ventilkörper 7 druckentlastet; beim weiteren Einrücken der Spindel 8 wird der Ventilkörper 7 über das am Ventilsitz 12 anliegende Vorhubventil 9 mitgenommen.

Soll das Schnellschlussventil 2 aus der geschlossenen Stellung geöffnet werden, so wird dieser Vorgang durch Anheben der Spindel 8 eingeleitet. Der Sitz 12 wird freigegeben, und über die Bohrungen 18, 1Ί, den offenen Sitz 12 und die Bohrung 21 gelangt Arbeitsmittel von der Zuströmseite in den von den geschlossenen Schnellschluss- und Regelventilen und vom Ventilsitz 6 gebildeten Raum. Der Ventilkörper 7 wird dadurch druckentlastet und folgt über das am Ventilsitz 13 anliegende Vorhubventil 9 einer weiteren Anhebung der Spindel 8.

Der Regelventilkörper 22 des Regelventils 3 ist als Kolben ausgebildet und ist starr mit der Betätigungsspindel 23 verbunden.

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Die Konstruktion benötigt kein Vorhubventil, wodurch sie dank dem Fehlen freibeweglicher Teile im Dampfraum sehr einfach und wenig störanfällig ist. Dadurch, dass im Betrieb das gedrosselte Arbeitsmittel vom Zentrum wegströmt, wird eine Energiekonzentration im Kolbenzentrum in Richtung Ventilführung vermieden, wodurch die Schwingungsanregung des Regelventils 3 stark reduziert ist.

Die Spindel 23 gleitet in einer. Spindelführung 24, der Ventilkörper 22 gleitet in einer Kolbenführung 25, deren äussere Kontur zusammen mit dem Ventilsitz 6 einen kreisringförmigen Diffusor 26 bildet. Ueber den Abschlussdeckel 27 sind die Spindelführung 24 und die Kolbenführung 25 im Gehäuse 1 befestigt. Die Kolbenräume 28 und 28a sind über die Bohrungen 29 und den Ringspalt 30 mit der Zuströmseite des Regelventils 3 verbunden. Die Kolbenflächen des Ventilkörpers 22 sind so dimensioniert, dass die Summe der auf den Kolben wirkenden Dampfkräfte auf das Ventil schliessend wirkt. Da das Ventil nur mit Druch in den Kolbenräumen 28 und 28a geschlossen gehalten werden kann, ist der Kolben mit nicht gezeigten Kolbenringen abgedichtet. Hierdurch wird die Leckage klein gehalten; die Leckagemenge wird über den Ringspalt 30 in der Kolbenführung 25 und die Bohrung 31 im Gehäuse 1 in einen Raum tieferen Druckes abgeführt.

Der Oeffnungs- und Schliessvorgang des Regelventils 3 bedarf keiner weiteren Erläuterungen, da der Regelventilkörper 22 direkt

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über die Betätigungsspindel 23 gehoben respektiv gesenkt wird.

In der Fig. 2 ist in etwas grösserem Massstab das Regelventil 3¹ gezeigt, welches in Abweichung zur Ausführungs nach Fig. 1 mit einer Dampf- Vorsteuerung versehen ist. Soweit Elemente der Anordnung nach Fig. 2 mit solchen der Fig. 1 übereinstimmen, sind sie durch die selben Bezugszeichen gekennzeichnet. Liegt lediglich Funktionsgleicheit, jedoch verschiedene Ausführungsform vor, sind dieselben Bezugszeichen mit Indices verwendet.

Der Ventilkörper 22' ist ein Servokolben mit Dampfdruck- Folgesteuerung und ist demnach nicht mehr starr mit der Betätigungsspindel 23' verbunden. Kolben 22' und Spindel 23' gleiten wiederum in der Kolbenführung 25 respektiv der Spindelführung 2¹I'. Im Kolbeninnern ist eine Einsatzbüchse 32 angeordnet, welche der besseren Uebersicht wegen einteilig dargestellt ist. Diese Einsatzbüchse 32, welche aus Montagegründen selbstverständlich mehrteilig ausgeführt werden kann, ist fest mit dem Kolben verbunden und weist Bohrungen 33 zum Ringraum 3^ auf. Dieser ist über die Bohrung 35 mit der Zuströmseite des Ventilkörpers 22' verbunden. Der Raum 36 im Kolbeninneren hat über den Kanal 37 und die Aussparung 39, welche alle in den Ventilkörper eingearbeitet sind, und über den Raum 46, über die Bohrung 30' und

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die Ausnehmung 40 in der Kolbenführung 25, sowie über die Bohrung 31 im Gehäuse 1 Verbindung zu einem nicht gezeigten Dampfsystem niederen Druckes (bei Turbinen mit Zwischenüberhitzung beispielsweise der Austritt der Hochdruck- Turbine, falls es sich um ein Hochdruck-Regelventil handelt). Die Einsatzbüchse 32 weist eine Ausnehmung auf, welche mit zwei Steuerkanten 4l, 42 versehen ist. In diese Ausnehmung greift eine Verdickung der Betätigungsspindel 23' ein, wobei die betreffenden Verdickungen den Steuerkanten 4l und 42 entsprechende Gegensteuerkanten aufweisen.

Die Betätigungsspindel 23' ist mit einem Hohlraum 45 versehen, welcher ständig mit dem Kolbenraum 28 und über den als Nute ausgebildeten Raum 46 mit dem Kolbenraum 28a kommuniziert. Ueber die Steuerkanten 41, 42 können damnach die Kolbenräume 28 und 28a wahlweise mit der Zuströmseite des Regelventils 3¹ oder dem System niederen Druckes verbunden werden.

Folgendermassen ist nun die Funktionsweise der Folgesteuerung:

Bei geschlossenem Regelventilkörper 22' bewege sich die Betätigungsspindel 23' aus der gezeigten Stellung nach unten. Die Steuerkante 42 schliesst, die Steuerkante 4l öffnet die Verbindung zwischen dem Raum niederen Druckes 36 und dem mit den Kolbenräumen 28 und 28a kommunizierenden Hohlraum 45. Dadurch entweicht Dampf hohen Druckes aus den Kolbenräumen 28 und 28a

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durch das Kanalsystem 28a, 46, 28, 45, 11, 36, 37, 39, 47, 30', 40, 31. Der Druck in den Kolbenräumen 28 und 28a fällt, und die von der Zuströmseite auf den Regelventilkörper 22' wirkenden Dampfkräfte schieben denselben in öffnendem Sinne nach unten. Dabei wird die Steuerkante 4l wieder geschlossen, die Steuerkan'te 42 beginnt zu öffnen, bis sich über das Kanalsystem 35, 34, 33, 45, 28, 46, 28a in den Kolbenräumen 28, 28a ein Druck einstellt, der den öffnenden Dampfkräften das Gleichgewicht hält.

Die Bohrung 30' in der Kolbenführung 25 ist vorzugsweise als Drossel ausgelegt; hierdurch kann bei schneller Bewegung des Kolbens vorübergehend eine erhebliche Druckänderung im Raum 47 auftreten. Sowohl diese Massnahme als auch die Ausbildung des Raumes 46 dienen dem Ziel, Schwingungstendenzen des Folgekolbens dämpfend entgegen zu wirken.

Claims

P at entansprüche

1. Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil für Turbinenanlagen, insbesondere für Dampfturbinenanlagen, dessen Schnellschluss- und Regelventilkörper in einem gemeinsamen Gehäuse koaxial zueinander angeordnet sind und unabhängig voneinander steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (3) stromabwärts vom Schnellschlussventil (2) und mit der Dampfströmung öffnend angeordnet ist, und der Regelventilkörper (22, 22') als Entlastungsoder Servokolben ausgebildet ist,

2. Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnellschlussventil (2) zur Druckentlastung der Ventilteile mit einem Vorhubventil (9) versehen ist, welches an einem Ende einer Ventilspindel (8) angeordnet ist und mit dessen Hilfe über Ventilsitze (12, 13), mit welchen am Schnellschlussventilkörper (7) starr befestigte Einsatzbüchsen (10, 11) versehen sind, sowohl die Druckentlastung als auch der Ventilhub auszuführen ist.

3. Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnellschlussventil-

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körper (T) und der Verschlussdeckel (5) mit einem kreisringförmigen Flachsitz (16) versehen sind.

Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (3) vom Arbeitsmittel doppelseitig beaufschlagt ist.

nach Anspruch 1 5. Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil, dadurch gekennzeichnet, dass das infKolben^äuraen (28, 28a) des Regelventils (3) wirkende Arbeitsmittel über Bohrungen (29, 35) im Regelventilkörper (22, 22') der Zuströmseite des Regelventils (3) entnehmbar ist.

6. Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenflächen des Regelventils (3) so dimensioniert sind, dass die angreifenden Arbeitsmittelkräfte eine das Regelventil (3) schliessende Wirkung ausüben.

7. Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelventilkörper (22¹) mit einer Arbeitsmitteldruck- Folgesteuerung versehen ist.

8. Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Oeffnen des Regelven-

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tils (3) die Kolbenräume (28, 28a) mit einem Arbeitsmittelsystem verbunden sind, dessen Druckniveau niedriger liegt als- das Druckniveau des vom Regelventil zu steuernden Arbeitsmittels.

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