DE2603042C2

DE2603042C2 - Sicherheits-Auslöseventil

Info

Publication number: DE2603042C2
Application number: DE2603042A
Authority: DE
Inventors: John Geyer Warren N.J. Williams
Original assignee: Turbodyne Corp Wellsville Ny Us
Current assignee: Turbodyne Corp Wellsville Ny Us
Priority date: 1975-06-19
Filing date: 1976-01-28
Publication date: 1983-04-07
Also published as: GB1503243A; DE2603042A1; BR7508230A; CA1025746A; US3987818A; FR2314998A1; DE7602237U1; JPS521302A; JPS6011202B2; FR2314998B1; IT1063269B

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherhcits-Auslöseveniil zum Steuern der Strömung von Arbeitsfluid bei hohen Temperaturen und hohem Druck zu einer Turbine und dergleichen, mil einem Ventilgehäuse, das eine Diirchflußkanimer definiert und einen mil dieser Durchfluß· kammer in Verbindung siehenden Einlaß und Auslaß hai; mil einem Ventilsitz in dem Ventilgehäuse, der eine durch denselben hindurchgehende Ventil-Öffnung zum Durchlassen von Fluid vom Einlaß zum Auslaß hat: mit einer Auslöseventil-Anordnung in dem Ventilgehäuse, die einen Ventilteller, der mil dem Ventilsit/ derart in Eingriff bringbar isi.daß die Ventiloffnung geöffnei und geschlossen wird, und ein Antriebsmittel hai: mil Mitteln zum Zuführen von Arbeilsfluid /u diesem Antriebsmittel, so daß Druckkräfte zur Bedienung desselben beschafft werden; mil mit dem Ventilgehäuse verbundenen Mitteln, die auf widrige Arbciisbedingun gen reagieren und dabei die Ki .ill auf diese Belätigiingsmillel aus dem (ilcieligewichi bringen und verursachen, daß sich die Aiislösever.lil Anordnung in die beschlösse ne Slellung bewegl: und mit auf dein Ventilgehäuse beweglich angebrachten l.iiisiellinilleln. die mil der Auslösevenlil Anordnung zum Verschieben derselben in die geschlossene Slellung in Eingriff bringbar sind.

Hei einem bekannten Sicherlieils-Auslösevenlil dieser Art (I IS-I¹S i^r) ^r)b 4ti i) stehen normalerweise eine innere und eine äußere Hclätigungskammcr 42 b/u. 41 unter gleichem Druck. Das Ventil wird dann durch emc Feder ih im geöffneten /usiaiul gchalien. Hei widrigen Arbeitsbedingungen wird über einen Hebel 13 ein Sicuervenlil Il geöffnei. I'her eine l.ciiung 12 entweicht dann der Druck .ins der Kammer !2. so daß nur noch ein Druck von oben von der äußeren Helaliguugskammer 41 auf den Kolben Jl wirkt I).is Ventil schließt sich. Bestehen keine widrigen Arhciisbe dinguiigeu mehr, so wird das Sicuervenlil Il wieder geschlossen, und es haul sieh allmählich über Jen Zwischenraum zwischen Ventilschaft und Ventilschaft führung der Einlaßdnick in der inneren Kammer 42 wieder auf, bis sieh das Ventil unter Wirkung der Feder ib und ties Überdrucks in der inneren Kammer 42 wieder ofl'uel (die äußere Kammer 41 steht in diesem Mi ment noch inner dem niedrigeren Auslal.ldruck des Ventils).

Dieses Offnen geschieht null sehr plötzlich Die schädlichen Wirkungen dieser plötzlichen Ollnimgslv wegnug weiden bei dem vorbekannlcn Ventil dadinch

verringert, daß bei der Ausführungsform der Figur 1 nur der Ventilteller, bei der Ausführungsform der Figur 2 auch der obere Teil des Kolbens bei der Öffnungsbewegung in eine Sackbohrung eindringt und das dort befindliche Gas komprimiert Auf diese Weise findet eine Dämpfung des letzten Teiles der Öffnungsbewegung statt.

Erfahrungen mit Auslöseventilen, die der obengenannten US-Patentschrift der Anmelderin entsprechen, haben geneigt, daß die Dämpfung nur für kleinere Ventile ausreichend war. Bei Ventilen mit Abmessungen von mehr als 7,6 cm wächst die physische Größe der Turbinen und der angetriebenen Ausrüstung, entsprechend den Abmessungen des Ventils, exponentiell an. Die größere Trägheit des Rotors der Turbine und der angetriebenen Ausrüstung erfordert dann ein langsames kontrolliertes Starten durch die Bedienungsperson, um physischen Schaden von den rotierenden Teilen der Turbine bei einer plötzlichen Öffnung des Auslöseventils zu vermeiden, wenn die widrige Arbeitsbedingung, bei der das Ventil in die geschlossene Stellung ausgelöst wird, korrigiert ist. Die Dämpfung der Öffnungsbewegung des vorbekannten Ventils reicht hierfür nicht aus.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das vorbekannte Ventil so zu verbessern, daß es nach selbsttätigem Schließen nur durch äußere Einstellmittel in kontrollierbarer Weise geöffnet werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß ein Übertragungsventil auf der Auslöseventil-Anordnung vorgesehen ist, durch das die Arbeitsfluid-Druck'.räfte auf die Belätigungsmittel in ein solches Gleichgewicht bringbar sind, daß die Auslöseventil-Anordnung in einer geschlossenen Stellung verbleibt, und daß die Einstellmittel arbeitsmäßig derart mit dem Übertragungsventil verbunden sind, daß die nicht im Gleichgewicht befindlichen Druckkräfte auf die Betätigungsmittel umgekehrt werden, so daß bei Bewegung der Einstellmittel die Auslöseventil-Anordnung der Bewegung der Einstellmittel folgt.

Das Sicherheits-Auslöseventil zum Unterbrechen des Flusses von Arbeitsfluid zu fluidbetriebenen Anlagen (z. B. Turbinen, die Wasserdampf oder andere Dämpfe oder Gase bei hohen Drucken und Temperaturen als Arbeitsfluid benutzen) wird in die geschlossene Stellung durch nicht im Gleichgewicht befindliche Kräfte gebracht, die auf dasselbe durch den Druck des Arbeitsfluids bei Auftreten von widrigen Arbeitsbedingungen ausgeübt werden. Nach dem Schließen des Auslöseventiles wird das Ungleichgewicht der Druckkräfte durch eine druckempfindliche Übertragungsventil-Anordnung im Auslöseventil aufrechterhalten, das plötzliches automatisches öffnen des Auslöseventils verhindert, wenn die widrige Arbeitsbedingung korrigiert ist. Ein mechanisches Einstellmittel, das mit dem Übertragungsventil zusammenarbeitet, ermöglicht dem Arbeitsfluid, eine resultierende Kraft in der Öffnungsrichtung auszuüben, wodurch das Auslöseventil dem mechanischen Einstellmittel folgt, während dieses durch der. das Ventil Bedienenden von der geschlossenen zur offenen Stellung bewegt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventil wird also verhindert, daß das Auslöseventil die geschlossene Stellung verläßt, bis ein externes Einstellmitte! an die bewegten Teile des Auslöseventils herangebracht ist. Es ist dann ein öffnen nur in dem Maße möglich, wie das Einstellmittel im Sinne einer Öffnungsbewegung bewegt wird. Ein solches kontrolliertes öffnen ist bei dem vorbekannten Ventil nicht möglich. Eine zusätzliche Abschaltung oder Drosselung der Dampfversorgung vor Öffnen des Auslöseventils ist daher nicht notwendig, auch wenn große Turbinen oder sonstige mit einem Arbeksfluid hohen Druckes und hoher Temperatur betätigte Anlagen über das erfindungsgemäße Auslöseventil mit Arbeitsfluid versorgt werden.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt F i g. 1 in einem Vertikalschnitt eines Sicherheits-Auslöseventils die Stellung der Elemente des Auslöseventils unter den normalen Arbeitsbedingungen im offenen Zustand;

F i g. 2 einen Querschnitt auf der Linie 2-2 von F i g. 1 - Fig. 3 einen Querschnitt auf der Linie 3-3 von Fig. 1 F i g. 4 einen Querschnitt auf der Linie 4-4 von F i g. 1 F i g. 5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Übertragungsventils und Stücke der damit verbundenen Teile, die teilweise aufgeschnitten sind, um die dadurch verlaufenden Flüssigkeitskanäle zu zeigen;

F i g. 6 in schematischer Darstellung das Auslöseventil in der geschlossenen Stellung;

F i g. 7 in schematischer Darstellung die Teile des Auslöseventils in einer Zwischenstellung oder teilweise offenen Stellung, die der Bewegung des Einstellmittels nach oben folgt;

F i g. 8 in schematischer Darstellung das Auslöseveiitil in der völlig geöffneten Stellung;

F i g. 9 in schematischer Darstellung die relative Lage der Elemente des Auslöseventils; und

Fig. 10 in schematischer Darstellung ähnlich wie F i g. 6 das Auslöseventil in geschlossener Stellung nach einem Auslösesignal durch widrige Arbeitsbedingungen. Das erfindungsgemäße Sicherheits-Auslöseventil 10, ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, mit einem äußeren mit 11 bezeichneten Steuerventil arbeitsmäßig verbunden, das mit dem Sicherheits-Auslöseventil durch eine Fluidleitung 12 so in Verbindung steht, daß das Sicherheits-Auslöseventil 10 ähnlich wie die vorbekannten Auslöseventil-Systeme in die geschlossene Stellung gebracht wird, wenn das Steuerventil 11 als Folge von widrigen Arbeitsbedingungen geöffnet wird. Dies wird durch Mittel erreicht, die schematisch als ein Hebel 13 gezeigt sind, der das äußere Steuerventil 11 in die offene >'■ Stellung bringt, wenn widrige Arbeitsbedingungen des angeschlossenen Systems vorkommen und den Hebel 13 entsprechend betätigen.

Eine in der Leitung 12 angebrachte einstellbare Düse 14 begrenzt die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids, das aus Dampf oder einem anderen Fluid besteht, auf einen vorbestimmten Wert, wenn das äußere Steuerventil 11 in die offene Stellung durch den Hebel 13 gebracht wird.

Die Einzelheiten dieses Vorgangs zum Bewegen des Sicherheits-Auslöseventils zur geschlossenen Stellung sind in der US-PS 35 56 463 beschrieben und werden daher hier nicht weiter beschrieben.

Die Konstruktion des Sicherheits-Auslöseventils 10 besitzt nicht nur die Vorteile der erwähnten vorbekannten Einrichtungen, sondern ist außerdem so aufgebaut und wird so betrieben, daß ein automatisches öffnen des Sicherheits-Auslöseventils 10 nach der Betätigung in die geschlossene Stellung verhindert wird.

Es wird im folgenden auf die Fig. 1—5 der Zeichnungen Bezug genommen. Es ist dort gezeigt, daß das Sicherheits-Auslöseventil ein Gehäuse hat, das einen Hauptteil 15 des Sicherheits-Auslöseventil-Gehäuses und einen Ventildeckel 16 einschließt, der am

■ Hauptteil des Ventils mit Hilfe einer Vielzahl von Bolzen 17 befestigt ist.

Ein Ventilführungsträger 18 ist am unteren Teil des Ventildeckels 16 mittels einer Vielzahl von Bolzen 19 befestigt, die im Umfang angeordnet sind und Abstand voneinander haben.

Fig. 1 und 2 zeigen weiter, daß der Ventildeckel 16 eine auswechselbare Laufbuchse 20 hat, die darin gesichert ist, wenn das Ventil zusammengebaut ist, um einen Zylinder 21 zu bilden, dessen Zweck weiter unten beschrieben wird.

Der Hauptteil 15 des Auslöseventil-Gehäuses definiert einen Ausflußkanal oder eine Kammer, die mit 22 bezeichnet ist, und mit einem durch den Einlaßabschnitt 24 des Hauptteils des Auslöseventil-Körpers gebildeten Einiaßkana¹. 23 in Verbindung steht. In einem Abstand von dem Einlaßkanal 23 ist ein Auslaßkanal 25, der durch den Auslaßabschnitt 26 im allgemeinen im rechten Winkel zum Einlaßabschnitt 24 gebildet wird.

Der Auslaßabschnitt 26 wird mit dem Turbinen-Regelventil einer Dampfturbine verbunden werden, im Zusammenhang mit welcher ein Sicherheits-Auslöseventil der Erfindung besonders verwendbar ist.

Der Auslaßkanal 25 ist an der Stelle, an der er an die Durchflußkammer 22 anstößt, so geformt, daß ein auswechselbarer Ventilsitz 27 darin angebracht werden kann, um eine Ventilöffnung 28 zu schaffen.

Eine mit 30 bezeichnete Auslöseventil-Anordnung wird durch den Ventilführungsträger 18 gehalten und in gleichachsiger Beziehung mit dem Ventilsitz 27 und der Ventilöffnung 28 geführt, um die Ventilöffnung zu öffnen und zu schließen und so den Fluß von Dampf oder einem anderen Arbeitsfluid vom Einlaßkanal 23 durch den Durchflußkanal oder die Kammer 22 und die Ventilöffnung 28 zum Auslaßkanal 25 zu steuern, wie dies jetzt genauer beschrieben werden wird.

Die Auslöseventil-Anordnung 30 schließt ein im allgemeinen zylindrisches Glied 31 ein, das in der Längsachse einer zylindrischen Buchse 32 liegt, so daß das untere Ende davon sich unter diese Buchse erstreckt, um einen Ventilteller 33 aufzunehmen, gegen den das untere Ende der Buchse 32 angesetzt ist. wenn der Ventilkopf in der zusammengesetzten Stellung verbunden ist.

Ein dem oberen Ende des zylindrischen Gliedes oder Ventilschaftes 31 benachbarter Kolben 34 liegt am oberen Ende der Buchse 32 an und wird in der zusammengesetzten Stellung mit Hilfe eines Übertragungsventilkörpers 35 gehalten, der mit einem mit Gewinde versehenen Abschnitt 36 am oberen Ende des zylindrischen Elements 31 wie in Fig. 1 der Zeichnung gezeigt v!»rK..r,Hor. i

r^UM^iCrj !St.

Ein Dichtring 37 zwischen dem Übertragungsventilkörper 35 und dem oberen Ende des Kolbens 34 sorgt für Dichtung, um Verlust von Dampf oder einem anderen Arbeitsfluid von den in der Auslöseventil-Anordnung gebildeten Kanälen zu verhindern, die für die Arbeitsweise des Sicherheits-Auslöseventils in Übereinstimmung mit der Erfindung wichtig sind, wie dies unten ausführlicher beschrieben wird.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 dürfte es klar sein. daß. wenn der Ventilteller, das zylindrische Element oder der Ventilschaft 31, die zylindrische Buchse 32, der Kolben 34 und der Übertragungsventilkörper 35 wie oben beschrieben zusammengesetzt sind, diese eine einzige zusammengesetzte Anordnung bilden, und da3 diese Anordnung, wenn sie gleitbar im Lagerglied 38 im Ventilführungsträger 18 angebracht ist, in der longitudinalen oder axialen Richtung des Ventilsitzes 27 und der Ventilöffnung 28 liegt, so daß, wenn die Auslöseventil-Anordnung 30 auf den Ventilsitz 27 zu und von diesem weg bewegt wird, sie die Ventilöffnung 28 öffnen und schließen wird und dabei die Strömung von Dampf oder anderer Arbeitsflüssigkeit vom Einlaßkanal 23 zum Auslaßkanal 25 steuern wird.

Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 —4 der Zeichnungen kann gesehen werden, daß die Ventilschaftbuchse 32 ein wenig Spiel wie bei 39 mit dem Lagerglied 38 hat, um so einen Strömungskanal für Dampf oder ein anderes Arbeitsfluid zu schaffen.

Der Kolben 34 ist mit Kolbenringen wie bei 40

versehen, die im zusammengesetzten Zustand in gleitendem Eingriff mit dem durch die zylindrische Buchse 20 gebildeten Zylinder 21 angeordnet sind, um es so der Auslöseventil-Anordnung zu gestatten, axial in den Lagerungen 38 aufgrund von Kräften bewegt zu werden, die auf den Kolben 34 während des Betriebes ausgeübt werden.

Der Kolben 34 definiert innerhalb der zylindrischen Buchse 20 eine äußere Betätigungskammer 41 im Ventildeckel 16 auf der oberen Seite des Kolbens 34 und eine innere Betätigungskammer 42 im Ventilführungsträger 18, so daß, wenn Dampf oder andere Arbeitsfluid in die äußere und innere Betätigungskammer eingelassen wird, der Druck des Arbeitsfluids Kräfte auf die oberen und unteren Seiten des Kolbens 34 ausüben wird, die die Auslöseventil-Anordnung in der axialen Richtung des Ventilsitzes 27 und der Ventilöffnung 28 bewegen können.

Es wird weiter bemerkt, daß der effektive Durchmesser des Kolbens 34 vorzugsweise so ausgewählt wird, daß er eine größere Querschnittsfläche als die effektive Fläche des Ventiltellers 33 bietet. Dies wird es dem Druckunterschied über dem Kolben 34 ermöglichen, eine größere Kraft in longitudinaler Richtung zum Bewegen des Auslöseventil-Aufbaus 30 zu schaffen, als dies für denselben Druckunterschied über den Ventilteller 33 der Fall ist. Der Zweck hierfür wird aus der Beschreibung der Arbeitsweise weiter unten klar werden.

Der Übertragungsventilkörper 35 hält nicht nur die

Elemente der Auslöseventil-Anordnung 30 in der zusammengesetzten Stellung, sondern bildet darüber

hinaus einen Teil der Übertragungsventil-Anordnung und mit einer Gegenbohrung 46 im Ende des zylindrischen Gliedes 31 eine Flüssigkeitsübertragungskammer 47, wie dies in Fig. 1 und 3 der Zeichnungen klar gezeigt ist.

Fluid wird der Fluidübertragungskammer 47 durch eine erste Einlaßlsitür.g 48 zugeführt. <ii<? im oberen Ende des Ventilschaftes oder zylindrischen Elementes 31 gebildet ist, das an seinem oberen Ende mit der Kammer 47 und an dem unteren Ende mit einem Verbindungskanal in Verbindung steht, der durch einen hinterschnittenen Abschnitt auf dem Ventilschaft oder zylindrischen Element 31 gebildet wird, wobei der Kanal 49 wiederum an dem von der Einlaßleitung 48 entfernten Ende mit einer radialen Bohrung in der Buchse 32 wie bei 50 in Verbindung steht.

Wenn die Auslöseventil-Anordnung in der ganz geöffneten Stellung wie in Fig. 1 gezeigt ist, liegt die radiale Bohrung 50 innerhalb des Lagers 38, und wenn die Auslöseventil-Anordnung in der geschlossenen Stellung wie in Fig. 1 durch die gepunktete Linie gezeigt ist, wird die radiale Bohrung 50 in Verbindung mit der im Hauptteil des Auslöseventil-Körpers

gebildeten Durchflußkammer 22 stehen, so daß Dampf oder Arbeitsfluid unter Einlaßdruck frei durch die radiale Bohrung 50, Kanal 49 und Einlaßleitung 48 zur Fluidübertragungskammer 47 strömen wird, während sich die Auslöseventil-Anordnung der geschlossenen Stellung nähert oder in diese gebracht wird.

Die Übertragungsventil-Anordnung arbeitet so, daß sie dem Arbeitsfluid gestattet, von der Fluidübertragungskammer 47 zur äußeren Betätigungskammer 41 zu gelangen.

Wie in den Fig. 1, 2,3 und 5 gezeigt wird, enthält der Übertragungsventil-Körper eine axiale Bohrung wie bei 55, in der das Übertragungsventil 56 gleitend angebracht ist. Das Übertragungsventil 56 hat einen zylindrischen Abschnitt wie bei 57, der in die axiale Bohrung 55 eingreift und dessen äußerer oder oberer Teil einen vergrößerten Ventilteller 58 einschließt, wie dies in den Fig. 1,3 und 5 der Zeichnungen gezeigt ist.

Eine longitudinale Bohrung oder ein longitudinaler Kanal 59 im zylindrischen Abschnitt steht an einem Ende mit der Fluidübertragungskammer 47 und an dem davon entfernten Ende mit einer Querbohrung 60 in Verbindung, die sich auf einander entgegengesetzten Seiten des vergrößerten Tellers 58 öffnet, so daß, wenn das Übertragungsventil 56 in der offenen Stellung ist, Fluid von der Kammer 47 durch den longitudinalen Kanal 59 und die Querbohrung 60 zu der äußeren Betätigungskammer 41 des Auslöseventils 10 gelangen kann.

Eine Bewegung des Übertragungsventiles 56 relativ zum Übertragungsventilkörper 35 nach oben ist durch irgendwelche passenden Mittel begrenzt, wie z. B. durch einen nahe dem unteren Ende des zylindrischen Abschnittes 57 angeordneten Sprengring 61, der mit dem Übertragungsventilkörper während der Bewegung nach oben in Eingriff kommt. Während der Bewegung nach unten wird der vergrößerte Teller mit einem versenkten Ventilsitz 62 in Eingriff kommen und wird die Querbohrung 60 abdichten und verschließen, so daß Strömung von Dampf oder anderem Arbeitsfluid von der Fluidübertragungskamniei 47 durch longitudinalen Kanal 59 und Querbohrung 60 verhindert wird.

Um den gewünschten Schließvorgang zu erhalten, wenn das Steuerventil 11 in die offene Stellung betätigt wird, besitzt die Leitung 12 des externen Steuerventils 11 eine Fluidverbindung mit der inneren Betätigungskammer 42 mittels eines verbindenden Kanals 65 im Ventildeckel 16. '

Weiter ist wie bei den früheren Formen von Sicherheits-Auslöseventilen das zylindrische Element oder der Ventilschaft 31 mit einer axialen Bohrung 66 versehen, die einen Strömungskanal 67 bildet, der an einem Ende mit einer Strömungsbegrenzenden Düse 68 im Ventilschaft 31 in Verbindung steht; am entgegengesetzten Ende kreuzt der Strömungskanal 67 einen Querkanal 69, der bis zu einer umlaufenden Nut 70 auf dem äußeren Umfang des zylindrischen Elementes oder Ventilschaftes 31 geht, so daß eine schräge Bohrung oder ein schräger Kanal 71 in dem Kolben sich mit dem Querkanal 69 an einem Ende und der äußeren Betätigungskammer 41 auf dem entgegengesetzten Ende ausrichten und damit in Verbindung stehen wird.

Ob Fiuid durch den Kanal 67, dei.· Querkanal 69 und den schrägen Kanal 71 zu der äußeren Betätigungskammer oder von der äußeren Betätigungskammer strömt, hängt von den Arbeitsbedingungen ab, bei denen das Sicherheits-Auslöseventil 10 betrieben wird.

Die Wirkung der Düse 68 ist, die Betätigungsdrucke für die sich ändernden Arbeitsbedingungen, wie dies hiernach beschrieben wird, zu ändern.

Eine Auslöseventil-Feder 75 ist um die Buchse 32 angebracht und ist auf einem Ende mit einem unteren Absatz 76 auf dem Ventilführungsträger 18 und an dem oberen oder entgegengesetzten Ende mit der unteren oder niedrigeren Seite 77 des Kolbens 34 in Eingriff. Die Auslöseventil-Feder 75 übt eine relativ kleine Kraft aus, die jedoch groß genug ist, so daß die Auslöseventil-An-Ordnung 30 in die offene Stellung, wie dies in F i g. 1 der Zeichnungen gezeigt ist, vorgespannt wird, wenn keine Druckdifferenz am Kolben 34 liegt.

Mit der Auslöseventil-Anordnung wirkt, wie dies aus der hiernach beschriebenen Arbeitsweise klar werden

is wird, eine heb- und senkbare Stange 80, die im folgenden als Schubstange bezeichnet wird, zusammen, die durch einen mit einem Gewinde versehenen Eingriff mit dem Ventildeckel 16 zu bewegen ist, so daß der Kopf 81 der Schubstange in eine solche Stellung gebracht werden kann, daß er mit dem Übertragungsventilteller 58 in Eingriff kommt, wie dies während des Betriebs des Auslöseventils nötig ist.

Obwohl es hier gezeigt wird, daß die Schubstange von Hand über das an ihrem Ende außerhalb des Ventildeckels 16 befestigte Handrad 82 betrieben wird, kann die Schubstange 80 andererseits durch jedes andere manuelle oder ferngesteuerte Mittel gedreht werden, wie z. B. einen nicht gezeigten elektrischen Motor oder jede andere nicht gezeigte Art von Stellglied. Diese Einrichtungen sind dem Fachmann bekannt und daher hier nicht dargestellt

F i g. 6 — 10 zeigen schematische Darstellungen für die verschiedenen Arbeitsbedingungen des Sicherheits-Auslöseventils 10 gemäß der Erfindung und zeigen schaubildlich durch Pfeile die Druckkräfte, die durch den Druck des Dampfes oder der anderen Arbeitsfluids, die auf das Gehäuse des Auslöseventils wirkt, ausgeübt werden.

F i g. 6 zeigt die Stellung des Auslöseventils 10 bevor

/,ο es für eine erste Inbetriebnahme in die offene Position bewegt wird.

In der in F i g. 6 gezeigten Stellung ist die Schubstange 80 in Eingriff mit dem Übertragungsventilteller 58, die Feder 75 ist zusammengedrückt, das Steuerventil 11 ist geschlossen und es wirken keine Arbeitsbedingungen, die das Steuerventil 11 in die offene Stellung bewegen. Dampf oder anderes Arbeitsfluid von hoher Temperatur und hohem Druck wirkt in der Kammer 22 im Ventilkörper 15 und gelangt durch den Zwischenraum 39 in die innere Betätigungskammer 42. Die äußere Betätigungskammer 41 hat den Druck der Auslaßseitc des Ventils, weil sie mit dem Auslaßkanal 25 durch die Kanäle 71, 69 und 67 in Verbindung steht, solange wie die Übertragungsventil-Anordnung 45 geschlossen ist.

Obwohl die durch das Druckfluid ausgeübten Druckkräfte in der inneren Betätigungskammer 42 nach oben gerichtet sind, da der Druck gleichzeitig gegen die größere, durch die Unterseite des Kolbens 34 dargestellte Oberfläche nach oben wirkt und derselbe Druck gleichzeitig auf die obere Seite des Ventiltellers 33, der eine kleinere Oberfläche hat, nach unten wirkt, wie dies durch die Pfeile A und B in F i g. 6 gezeigt ist, kann sich die Auslöseventil-Anordnung nicht öffnen, da die Schubstange die Auslöseventil-Anordnung 30 und

das Übertragungsventil 56 in der geschlossenen Stellung hält

Um das Sicherheits-Auslöseventil 10 zu öffnen, muß der Bedienende vorsichtig mit der gewünschten

Geschwindigkeit, um die Turbine auf die gewünschte Arbeitsleistung zu bringen, die Schubstange 80 einziehen und nach oben bewegen.

Da die Druckkräfte, die auf die Unterseite des Kolbens 34 wirken, größer sind als die, die auf die obere Seite des Ventiltellers 33 wirken, wird die Auslöseventil-Anordnung 30 gezwungen, der Aufwärtsbewegung der Schubstange zu folgen. Als Folge davon öffnet der Ventilteller 33 die Ventilöffnung 28.

Dies erlaubt dem Dampf oder dem anderen Arbeitsfluid unter hoher Temperatur und hohem Druck durch die Ventilöffnung 28 zum Auslaßkanal 25 in Verbindung mit der Turbine zu gelangen, wie dies in F i g. 7 gezeigt ist.

Da die Fläche des Kolbens 34 größer ist als die Fläche des Ventiltellers 33, werden die resultierenden Druckkräfte weiterhin die Ausiöseventii-Anordnung 30 in Berührung mit der Schubstange 80 halten, wie dies durch die Pfeile A und B in F i g. 8 und 9 der Zeichnungen angedeutet ist.

Da der Druck im Auslaßkanal anwächst, während der Ventilteller 33 zur völlig geöffneten Stellung bewegt wird, wird Dampf von wachsendem Druck auf die untere Seite des Ventiltellers 33 wirken, wie dies durch die Pfeile gezeigt wird, und gelangt durch die Düse 68 und die Kanäle 67 und 71 zu der äußeren Betätigungskammer 41, wo er auf die obere Seite des Kolbens 34 wirken wird, wie dies durch Pfeil Dgezeigt ist.

Jedoch sind, solange wie die Auslöseventil-Anordnung 30 nicht völlig geöffnet ist und das äußere Steuerventil 11 geschlossen ist, die resultierenden Drücke kleiner als die Drücke des Dampfes oder des anderen Druckfluids, das durch den Einlaßkanal 23 eintritt und in der inneren Betätigungskammer 42 wirkt, und die resultierenden Druckkräfte zusammen mit der durch die zusammengedrückte Feder 75 ausgeübten Kraft reichen aus, um die Auslöseventil-Anordnung 30 in die völlig geöffnete Stellung zu drücken, wie dies in F i g. 7 der Zeichnungen gezeigt ist.

Wenn der Bedienende die Schubstange 80 weiter einzieht oder bewegt, so daß sie den Kontakt mit dem Übertragungsventil 56 verliert, gleichen sich die Druckkräfte aus, weil der Dampf oder das andere Arbeitsfluid jetzt frei durch die Flüssigkeitsübertragungskammer 47 gelangen kann, da das dort wirkende Druckfluid das Übertragungsventil 56 in die offene Stellung drücken wird und dann dieses Druckfluid in die äußere Betätigungskammer 41 hinein und aus dieser durch den Kanal 67 und die Düse 68 zur Durchflußkammer oder Durchflußraum fließen wird, um dann mit dem hineinkommenden Dampf oder dem anderen Arbeitsfluid durch den äußeren Kanal 25 gelangen wird.

Der Da;npf oder das andere Arbeitsfiuid in der äußeren Betätigungskammer 41 wirkt gegen die obere Seite des Kolbens 24, um die Druckkraft, die in der inneren Betätigungskammer 42 auf dessen Unterseite wirkende Kraft auszugleichen. Der Auslaßdruck in der Kammer 22 wird ebenfalls auf die untere Fläche des Ventiltellers 33 wirken. All dies ist durch die gleiche Länge der Pfeile A, B, C und D in F i g. 9 der Zeichnung angedeutet.

Daher sind alle Komponenten der Druckkräfte, die auf die Auslöseventil-Anordnung 30 wirken, im Gleichgewicht.

Der Ventilteller 33 bleibt in der offenen Stellung wegen der nach oben drückenden Kraft der Auslöseventil-Feder 75, die größer ist als das Gewicht der Auslöseventil-Anordnung 30.

Wenn widrige Arbeitsbedingungen das äußere Steuerventil 11 öffnen, wird Fluid von der inneren Betätigungskammer 42 durch die Leitung 12, die einstellbare Düse 14 und das äußere Steuerventil U auf dieselbe Weise abgelassen, wie dies beim Ventil der US-PS 35 56 463 geschieht.

Der Fluiddruck in der inneren Betätigungskammer 42 wird dabei verringert, und die resultierende Druckkraft auf den Kolben 34 und Auslöseventil-Anordnung 30 ist nach unten gerichtet und beträchtlich größer als die nach oben gerichtete Kraft der Auslöseventil-Feder 75. Die Auslöseventil-Anordnung wird daher in die in Fi g. 10 gezeigte geschlossene Stellung bewegt, und die Feder 75 wird zusammengedrückt.

Der Einlaßdruck wirkt nun auf den Ventilteller 33 nach unten, und der Auslaßdruck wirkt auf diesen nach oben. Da der Einiaßdruck 40 Atmosphären oder mehr betragen kann, der Auslaßdruck ungefähr 2 Atmosphären, ist die Druckdifferenz in der Richtung nach unten auf den Ventilteller 33 sehr groß, und, obwohl sie auf die kleinere Fläche des Ventiltellers wirkt, ist die resultierende Kraft nach unten gerichtet und wird als eine Wirkung davon das Auslöseventil geschlossen halten. Da der in der inneren Kammer 42 wirkende Druck auch niedrig ist, weil der Dampf oder das andere Arbeitsfluid zu dem äußeren Steuerventil 11 strömt, ist auch die nach oben gerichtete Kraft auf Kolben 24 verhältnismäßig klein.

Es wird nun bewirkt, daß durch den Einlaßkanal 23 eintretender Dampf oder anderes Arbeitsfluid durch die Kanäle 50, 49 und 48 zur Fluidübertragungskammer 47 fließt, wo er nach oben auf das Übertragungsventil 56 wirkt. Dadurch wird das Übertragungsventil 56 in die offene Stellung bewegt. Fluid kann jetzt durch das offene Übertragungsventil 56 zur äußeren Betätigungskammer 41 gelangen, von dort durch die Ventilschaftkanäle 71, 70, 69 und 67 und durch die strömungsbegrenzende Düse 68 zum Auslaßkanal 25. der unter niedrigem Auslaßdruck steht. Diese Strömung durch die Ventil-

■Ό schaftkanäle findet so lange statt, wie die Auslöseventil-Anordnung 30 in der geschlossenen Stellung gehalten wird und das Übertragungsventil 56 in der offenen Stellung bleibt. Dies alles ist in F i g. 10 der Zeichnungen deutlich gezeigt.

⁴S Der Begrenzungseffekt der Düse 68 wird so ausgewählt, daß der gewünschte Druck in der äußeren Betätigungskammer 41 zum Halten der Auslöseventil-Anordnung 30 in der geschlossenen Stellung aufrechterhalten wird.

so Solange wie das äußere Steuerventil 11 offen ist, strömt Fluid auch von dem Einlaßkanal 23 durch das äußere Steuerventil 11, um einen Mitteldruck in der inneren Betätigungskammer 42 zu schaffen, der von der begrenzenden Wirkung des Durchlasses 39 und der einstellbaren Düse 14 abhängt. Jedoch wird die in Fig. 10 durch Pfeile B angedeutete Druckkraft, die auf den Kolben 34 wirkt, um ihn anzuheben, im Vergleich mit der entsprechenden nach unten gerichteten Druckkraft, die in Fig. 10 durch die Pfeile D und F angedeutet ist und auf den Kolben 34 und den Auslöseventil-Teller 33 wirkt, klein sein, so daß das Auslöseventil in der geschlossenen Stellung gehalten wird.

Wenn der Bedienende die widrige Arbeitsbedingung korrigiert, schließt sich das äußere Steuerventil, und der Druck in der inneren Kammer 42 wächst an, bis er gleich dem Einlaßdruck ist, und der Dampf oder die andere Druckflüssigkeit wird durch den Durchlaß 50 und die

Ventilschaftkanäle 49 und 48 zur Übergangsventil-Kammer 47 gelangen, wo er auf die Unterseite oder Endfläche des Übertragungsventils 56 so wirkt, daß er das Übertragungsventil 56 in die offene Stellung bewegt und es so ermöglicht, daß Dampf oder anderes Druckfluid vom Einlaßkanal 23 durch die darin befindliche axiale Bohrung 59 und den Übertragungskanal 60 zur äußeren Betätigungskammer 41 fließt. Von der äußeren Betätigungskammer 41 fließt der Dampf oder das andere Druckfluid durch den schrägen Kanal 71, den Ventilschaftkanal 67 und die Düse 68 zum Ausgangskanal 25, der unter einem verhältnismäßig niedrigen Auslaßdruck von ungefähr 2 Atmosphären steht.

Da die innere Betätigungskammer 41 und die äußere Betätigungskammer 42 Dampf oder anderes Druckfluid von derselben Einlaßkanalquelle erhalten und da die Fläche der Oberfläche und Unterfläche oder Unterseite des Kolbens 34, gegen die das Druckfluid wirkt, im wesentlichen ähnlich sind, entsteht irgendein resultierender Druckunterschied über dem Kolben 34 als Funktion der Größenbegrenzung der Düse 68 und wird bei der hier dargestellten Form der Düse 68 verhältnismäßig klein sein, und irgendeine entstehende nach oben gerichtete resultierende Druckkraft wird kleiner sein als die nach unten gerichteten Druckkräfte des Druckfluids, die auf den Ventilteller 33 wirken. Solange wie das Übertragungsventil 56 in der offenen Stellung bleibt, werden daher die resultierenden Kräfte des Druckfluids, die auf das Auslöseventil wirken, verhindern, daß die Auslöseventil-Anordnung 30 sich aus der geschlossenen Stellung bewegt.

Auf diese Weise werden Aufschlagbeanspruchungen verhindert, die durch plötzliches Öffnen und unkontrollierte Zufuhr von Dampf oder anderem Arbeitsfluid zur Turbine physischen Schaden anrichten könnten, wie dies bisher mit den früheren Einrichtungen geschah.

Um das Auslöseventil 10 erneut zu öffnen und die Strömung von Dampf oder anderem Arbeitsfluid durch die Ventilöffnung 28 wiederherzustellen, nachdem die widrige Arbeitsbedingung korrigiert und das äußere Steuerventil 11 geschlossen ist, muß der Bedienende zuerst die Schubstange 80 herunterlassen, so daß sie den Teller 58 des Übertragungsventils 56 berührt und das Übertragungsventil gegen den Sitz 62 zwingt, wie dies in F i g. 6 gezeigt ist. Dampf oder anderes Arbeitsfluid, das durch den Einlaßkanal 23 eintritt, wird dadurch gehindert durch das Übertragungsventil zur äußeren Betätigungskammer 41 zu fließen. Strömung durch den Ventilschaftkanal 67 zum Auslaßkanal 25 findet jedoch weiterhin statt, bis die äußere Betätigungskammer 41 unter Auslaßdruck steht, der sehr niedrig ist.

Als Ergebnis dieser Bedingung wird die Druckdifferenz über den Kolben 34 dann gleich und entgegengesetzt zu der über den Ventilteller 33.

Wegen der größeren wirksamen Fläche des Kolbens wird eine resultierende Kraft auf die Auslöseventil-Anordnung 30 in der Richtung nach oben ausgeübt, um diese gegen die Schubstange zu halten, die mit dem Übertragungsventil 56 in Berührung ist. Die resultierenden nach oben gerichteten Kräfte sind durch die Kraftpfeile A und ßin F i g. 6 angegeben.

Der Bedienende kann wiederum die Schubstange 80 einziehen, wie dies nötig ist, um Fluid der Turbine mit der gewünschten Geschwindigkeit zuzuführen, um den Betrieb und die Belastung wieder aufzunehmen, weil diese resultierende nach oben gerichtete Kraft auf die Auslöseventil-Anordnung 30 zur Folge hat, daß dieselbe der nach oben gerichteten Bewegung der Schubstange 80 folgt, wie dies oben für die erste Inbetriebnahme beschrieben und in F i g. 6 der Zeichnungen gezeigt ist. ίο Die Druckkräfte halten weiterhin die Auslöseventil-Anordnung 30 in Berührung mit der Schubstange, wie dies durch die Pfeile in F i g. 7 gesehen werden kann. Der Druck im Auslaßkanal und in der äußeren Betätigungskammer wird ansteigen, während die Auslöseventil-Anordnung 30 sich in die offene Stellung bewegt. Wie im Falle der ersten öffnung der Auslöseventil-Anordnung wird der Druck in der äußeren Betätigungskammer kleiner sein als der in der inneren Betätigungskammer wirkende, bis die Auslöse-2f> ventil-Anordnung fast in der voll geöffneten Stellung ist. Wenn diese Drucke gleich geworden sind, reicht die Kraft der zusammengedrückten Feder 75 aus, das Auslöseventil unter Überwindung des Gewichtes der beweglichen Teile in die offene Stellung zu drücken.
Die Endstellung direkt vor dem Zeitpunkt, wo der Bedienende Kontrolle durch die Schubstange 80 aufgibt, ist dieselbe wie die in F i g. 8 gezeigte.

Weiteres Einziehen der Schubstange bringt das Auslöseventil 10 wieder in die gewöhnliche Arbeitsstellung, wie in Fig. 9 gezeigt.

Es wird bemerkt werden, daß die Schubstange nicht mit der Auslöseventil-Anordnung 30 verbunden ist, sondern nur durch die nach oben gerichteten auf die Auslöseventil-Anordnung wirkenden Kräfte in Kontakt gehalten wird. Daher steht die automatische Sicherheits-Auslösefunktion an jeder Stelle des in den F i g. 6, 7, 8 und 9 der Zeichnungen gezeigten Öffnungsvorganges zur Verfügung, sobald dies durch widrige Arbeitsbedingungen erfordert wird, durch die das äußere Steuerventil 11 geöffnet wird, wie dies in Verbindung mit F i g. 10 beschrieben ist. Es wird verstanden werden, daß die Auslöseventil-Anordnung, sobald sie einmal in die geschlossene Stellung bewegt ist, nicht geöffnet oder wieder geöffnet werden kann, bis die Schubstange 80 ausgefahren ist, um das Übertragungsventil 56 in die geschlossene Stellung zu zwingen.

Mit einem Sicherheits-Auslöseventii gemäß der

Erfindung ist es auch leicht möglich, die Fluidströmung zur Turbine zu drosseln, indem man die Schubstange 80 von der voll eingezogenen A.rbeitsstellung von F i g. 9 zu irgendeiner Zwischenstellung des Auslöseventils, wie in F i g. 7 gezeigt, ausfährt. Wenn gewünscht, kann die Auslöseventil-Anordnung 30 auch in die in F i g. 6 gezeigte geschlossene Stellung bewegt werden.

Die Stellung der Auslöseventil-Anordnung 30 ist in beiden Richtungen unter voller Kontrolle, wenn sie in Kontakt steht mit der Schubstange, solange wie die Auslöseventil-Anordnung 30 nicht in die geschlossene Stellung durch Betätigung des äußeren Steuerventils 11 von der geschlossenen zur offenen Stellung, wie oben beschrieben, ausgelöst ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sicherheits Auslöseventil zum Steuern der Strömung von Arbeitsfluid bei hohen Temperaturen und hohem Druck zu einer Turbine und dergleichen, mit einem Ventilgehäuse, das eine Durchflußkammer definiert und einen mit dieser Durchflußkammer in Verbindung stehenden Einlaß und Auslaß hat; mit einem Ventilsitz in dem Ventilgehäuse, der eine durch denselben hindurchgehende Ventil-Öffnung zum Durchlassen von Fluid vom Einlaß zum Auslaß hat; mit einer Auslösevcntil-Anordnung in dem Ventilgehäuse, die einen Ventilteller, der mit dem Ventilsitz derart in Eingriff bringbar ist. daß die Ventiloffnung geöffnei und geschlossen wird, und ein Antriebsmittel hat: mit Mitteln zum Zuführen von Arbeilsfluid zu diesem Antriebsmittel, so daß Druckkräfte zur Bedienung desselben beschafft werden; mit mit dem Ventilgehäuse verbundenen Mitteln, die auf widrige Arbeitsbedingungen reagieren und dabei die Kraft auf diese ßetäiigungsmitlel aus dem (ileichgcwichl bringen und verursachen, daß sich die Auslösevcnlil-Anordnung in die geschlossene Stellung bewegt; und mit <uif dem Ventilgehäuse beweglich angebrachten Einslellniiltcln, die mil der Auslöseventil -Anordnung /um Verschieben derselben in die geschlossene Stellung in Kingriff briiigbar sind, d a d u r c Ii y e k e π n zeichnet, dall ein llbcrlragungsvcnlil (56) auf der Aiislösevenlil Anordnung (JO) vorgesehen ist. durch das die ArbeilsNtiid-Dnickkräfle auf ilic Heläligungsmillcl (54) in ein solches Gleichgewicht briiigbar sind, dall die Auslösevenlil Anordnung (30) in einer geschlossenen Stellung verbleibt, und dall die Einstellmittel (80, 81) arhcilsmäUig derart mit dem Überlraguugsventil (%) verbunden sind, dall die nicht im (ileichgewicht befindlichen Druckkräfte auf die llctäligungsmiticl (M) umgekehrt werden, so dall bei Hewegiing der l'.ii:Melliiiitlel (80, 81) die Auslösevenlil -Anordnung (30) der Hcwegimg der Einstcllmitlel(80,8l)folgt.

2. Sieherheils Aiislösevenlil nach Anspruch I. hei der die Aiislösevenlil-Anordnung gleitend in einer Venlilfühning angebracht und soangcorducl isl. dal.l es eine innere llewcgiiiigskauimer in der Veniilfüh rung auf einer Seite eines kolbenförmigen Hciaiigimgsuiillels und eine äußere lietäligiingsk,immer auf der CnIgCgCiIiH¹SClZtCn SeiU- des Hcläligiiugsmil IeIs bililel. wobei erste lluiilkanälc von der äußeren Beläligungskammcr durch einen Ventilschaft führen und in den Teil des Ventilteller münden, der im geschlossenen /iisland des Ventils mil dein Auslaß in Verbindung sieht, dadurch gekennzeichnet, dal.l das ί Iberlragiingsvcniil (ίβ) auf der Auslöseveniil Anordnung (.M)) so angeordiiel ist. d;'ß es Athens fltiiil /u der äußeren llcläligungskammcr gelangen läßt, wenn das (Iberiragungsvculil (Sh) in der offenen Stellung inI.

J. Sichcrheiis-Aiislöseventil nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (14) zum !lccinfliisscn ilcr (ieschwindigkeil vorgesehen sind, mil der sich bei widrigen Arbeitsbedingungen der Druck in der inneren Hcläligungskammcr erniedrig! und damn die Ausloscvcniil Anonlnung (.M)) in die geschlossene Slcllung bewegl.

4. Sicherlieils Aiislosevcnlil nach Anspruch .'oder i. dadurch gckcnn/eichncl. dal.l Slromiingsbegren /unusmillel (f>8) in den erslen Fluidkanalcu (<i7. l·"¹·.

70, 71) vorgesehen sind, daß das Übertragungsventil (56) mit dem Ventilschaft (31) auf der Seite des Kolbens (34), die von dem Ventilteller (33) entfernt ist, verbunden und so angeordnet ist. daß es bei Eingriff der Einstellmitte! (80, 81) mit der Auslöseventil-Anordnung (30) geschlossen ist. daß sie zweite Fluidkanäle (48, 49) in dem Ventilschaft (31) einschließt, die eine öffnung (50) an einem Fnde. die zur Verbindung mit Fluid unter Einlaßdruck ungeordnet ist, und eine öffnung an dem entgegengesetzten Ende, die zur Verbindung mit dem Übertragungsventil (56) angeordnet ist. haben, und daß das Übertragungsventil (56) arbeitsmäßig mit den zweiten Fluidkanälen (48, 49) und der äußeren Kammer (41) so verbunden ist. daß eine Fluidkanalverbindung zwischen der Durchflußkammer (22) und der äußeren Kammer (41) gebildet ist.