DE2626474A1

DE2626474A1 - Kombiniertes stopp- und zwischenventil fuer dampfturbinen

Info

Publication number: DE2626474A1
Application number: DE19762626474
Authority: DE
Inventors: Donald Harry Davis; John George Mossey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1976-06-12
Publication date: 1976-12-30
Also published as: FR2315049A1; CH600210A5; FR2315049B1; JPS5523324B2; US4020869A; CA1053537A; JPS521304A; GB1546149A

Description

Kombiniertes Stopp- und Zwischenventil für Dampfturbinen

Die Erfindung bezieht sich auf kombinierte Stopp- und Zwischenventile für Dampfturbinen.

Bei großen Dampfturbinen-Generatorsätzen muß die Dampfmenge gesteuert werden, die der Dampfturbine zur Steuerung ihrer Drehzahl zugeführt wird, oder in einer Notsituation, wie beispielsweise dem Verlust der elektrischen Last an dem Generator, muß
die Turbine vollständig abgeschaltet werden. Um diese Steuerung der Turbinendrehzahl zu erreichen, sind üblicherweise Dampfventile zur Steuerung der Dampfströmung von einer Hochdruck-Dampfturbine zu einer Niederdruck-Dampfturbine vorgesehen gewesen,
•iie in Abhängigkeit von Leistungserfordernissen einzeln betätigt wurden. Unter normalen Betriebsbeaingungen sind sowohl ein Stoppventil (stromaufwärts) und ein Zwischen- bzw. Abfangventi". (stromabwärts) geöffnet und liefern eine maximale Dampfströmung zwischen den Hochdruck- und den Niederdruck-Turbinen. Während einer

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Überdrehzahl der Turbine, wenn die Turbinendrehzahl 103 % der. Nenndrehzahl erreicht, schließt das Zwischenventil im wesentli- , chen die gesamte Dampfeinspeisung zur Niederdruckturbine.. Das Stoppventil unterstützt das Zwischenventil. Sollte die Turbinendrehzahl 108 % der Nenndrehzahl erreichen₃ schließt das Stoppventil vollständig in Abhängigkeit von einer allgemeinen Turbinenauslösung, die die Dampfeinspeisung in die Niederdruckturbine abschaltet. Sollte der Uberdrehzahlzustand vor der allgemeinen Turbinenaus lösung und der daraus resultierenden Schließung des Stopp ventiles beseitigt werden, kann das Zwischenventil geöffnet werden, wobei der Niederdruck-Turbine wieder Dampf zugeführt wird, ohne daß die Turbine vollständig abgeschaltet wird.

Bekannte kombinierte Stopp- und Zwischenventile sind nach Art der Kronen- und Kolbenventile aufgebaut. Ein derartiges kombiniertes Stopp- und Zwischenventil, das einen im allgemeinen ringförmigen Sitz aufweist, mit dem ein kronenförmiges Zwischenventilelement und ein kolbenförmiges Stoppventilelement in Eingriff bringbar ist, hat gewisse Nachteile. Ein derartiger Nachteil besteht darin, daß die Dampfströmung durch das Ventil hindurch über einen Winkel von 90 gedreht werden muß, wodurch ein wesentlicher Anteil der zur Verfügung stehenden Energie aus der Dampfströmung verloren geht. Zusätzlich können die kronen- und becherförmigen Teile nicht aerodynamisch geformt werden, wodurch weitere Verluste bei diesen bekannten Ventilen entstehen. Ein kombiniertes Stopp- und Zwischenventix nach Art eines Kronen- und Kolbenventils ist auch teuer in der Fertigung.

Zur- Überwindung der Nachteile von bekannten kombinierten Stopp- und Zwischenventilen wird erfindungsgemäß ein kombiniertes Stopp- und Zwischenventil geschaffen, das PlügeIscheiben sowohl als Stopp- als auch als Zwxschenventxlelemente verwendet, die in einer Linie mit der Dampfströmung zwischen den Hochdruck- und Niederdruck-Turbinen angeordnet sind. Plügelklappenventile sind in der Vergangenheit zur Steuerung der Dampfströmung zu einer Dampfturbine verwendet worden. In bekannten Reihenanordnungen von ijwvji oder mehreren Flügelscheiben führte jedoch die stromabwärtige Schei >e eine Flatterbewegung im Abstrom bzw. der Wirbel-

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schleppe der Fluidströmung um die stromaufwartige Scheibe herum aus , wodurch wesentliche Anteile der in der Strömung zur Verfügung stehenden Energie verloren gingen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Stopp- und Zwischenventil zu schaffen, das zwischen und in einer Strömungsverbindung mit einer Hochdruck- und einer Niederdruck-Dampfturbine angeordnet ist, wobei ein stromabwärtiges Ventilelement nicht durch eine Wirbelströmung um das stromaufwärtige Ventilelement beeinflußt wird, wodurch der Verlust verfügbarer Energie aus der Dampfströmung verhindert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein kombiniertes Stopp- und Zwischenventil gelöst, bei dem sowohl die Stopp- als auch die Zwischenabschnitte nach Art von Flügelklappen aufgebaut sind. Das kombinierte Stopp- und Zwischenventil gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse mit zwei identischen Flügelklappenscheiben, die an drehbaren Wellen befestigt und innerhalb des Gehäuses unmittelbar hintereinander angeordi. ;t sind. Die eine Scheibe arbeitet als der Stoppabschnitt des Ventiles und die andere arbeitet als der Zwischenabschnitt. Beide Flügelklappenscheiben haben eine aerodynamische Form und sind axial in einem Abstand zueinander angeordnet, der kleiner als ein Scheibendurchmesser ist, so daß sie, wenn sie geöffnet sind, übereinander liegen, so daß die Flatterbewegung der stromabwärtigen Scheibe, im Abstrom der stromaufwärtigen Scheibe verhindert ist. Das Innere des Gehäuses ist mit ringförmigen Rillen versehen, die die Ventilsitze aufnehmen, die in einer Stirndichtungsanordnung mit den Flügelklappen zusammenpassen. Diese Stirndichtungsanordnung stellt sicher, daß keine Verbindung zwischen den Scheiben und den Sitzen auftritt, die eine Eotation der Wellen beeinträchtigt. Die Sitze sind einstellbar in den Rillen angeordnet, um eine wirksame Abdichtung der Scheiben mit den Sitzen bei einer Wellenbiegung sicherzustellen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

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Figur 1 ist eine Teilschnittansicht von einem bekannten kombinierten Stopp- und Zwischenventil nach Art eines Kronen- und Kolbenventils.

Figur 2 ist eine Teilschnittansicht von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 3 ist eine Draufsicht auf eine Flügelklappenscheibe, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet ist.

Figur 4 ist eine Ansicht von demjenigen Abschnitt des Ventilsitzes, der sich innerhalb der gestrichelten Linie in Figur 2 befindet. Dieser Ausschnitt ist vergrößert, um Einzelheiten der Ventilsitzstruktur zu zeigen.

Figur 5 ist eine auseinandergezogene Ansicht von einem der Sitze, der in dem Ventil gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet ist.

Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht von einem Teil von einem der Sitze des Ventiles gemäß dem bevorzugten Ausführungsbaispiel.

Figuren 7 und 8 sind Teilschnittanaichten von einer der Flügelklappenscheiben und einem zusammenpassenden Sitz, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispxel verwendet sind. Die Darstellung ist vereinfacht, um ein spezifisches Merkmal deutlicher herauszustellen.

In Figur 1 ist ein bekanntes kombiniertes Stopp- und Zwischenventil mit einem Kronen- und Kolbenventil gezeigt. Dieses Ventil umfaßt ein Ventilgehäuse 1, einen im allgemeinen ringförmigen Ventilsitz 2, der mit einem kolbenförmigen Ventilelement 3 in Eingriff bringbar ist, und ein kronenförmiges Ventilelement 4, wobei jedes Element durch ein individuelles hydraulisches Betätigungsglied zu betätigen ist. Die Dampfströmung tritt in das Ventil' durch das Rohr 5 ein und verläßt das Ventil durch ein

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Rohr 6. Das Ventilelement 4 und der Sitz 2 bilden einen Zwischenabschnitt des Ventiles, und das Ventilelement 3 und der Sitz 2 bilden einen Unterstützungs- oder Stoppabschnitt des Ventiles. Dieser Stoppabschnitt ist vorgesehen, um die Dampfströmung zur Turbine vollständig abzusperren, falls das Zwischenventil in seiner Punktion versagen sollte. Es ist ersichtlich, daß bei Verwendung eines derartigen kombinierten Stopp- und Zwischenventiles aufgrund von Gestaltungserfordernissen im Gehäuse die Dampfströmung durch das Ventil um 90 gedreht werden muß, wodurch ein wesentlicher Anteil der im Dampf verfügbaren Energie verloren geht und dessen Druck gesenkt wird. Darüber hinauo haben die kronen- und kolbenförmigen Ventilelemente keine aerodynamische Form und bewirken deshalb einen zusätzlichen Druckabfall über dem Ventil. Der Verlust von verfügbarer Energie aus der Dampfströmung und der damit verbundene Druckabfall über dem Ventil beeinträchtigt nachteilig die Leistungsfähigkeit der Dampfturbine und deshalb des gesamten großen Dampfturbinen-Generatorsatzes.

In den Figuren 2, 3 und 4 iat ein verbessertes kombiniertes Stopp- und Zwischenventil gezeigt, das zwischen und in Strömungsverbindung mit einer Hochdruck- und einer Niederdruck-Dampfturbine verwendet ist und das ein im allgemeinen zylinderförmiges Gehäuse 7 benutzt, das auf seiner inneren Oberfläche mit Rillen 8 versehen ist. Die Rillen 8 nehmen Ventilsitze 9 und Abstandshalter 10 auf zum Einstellen der Position von jedem Sitz innerhalb der entsprechenden Rille.

Das Ventil gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit zwei Wellen 11 versehen, die für eine Rotation innerhalb des Gehäuses 7 angebracht und durch Keile 12 mit zwei Flügelscheiben 13 verkeilt sind. Jede Scheibe greift an ihrem passenden Sitz in einer Stirndichtungsanordnung entlang einer Lippe 14 an, die in den Sitzen 9 ausgebildet ist (s. Figur 5). Eine der Scheiben und ihr zugehöriger Sitz bilden einen Zwischenabschnitt des Ventiles, während die ütaige Scheibe und ihr zugehöriger Sitz den Stoppabschnitt des Ventiles bilden.

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Aufgrund der Stirndichtungsanordnung der Scheiben und der Sitze des Ventiles gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht keine Reibung zwischen den Teilen und infolgedessen keine Möglichkeit für irgendein Anhaften oder Pestfressen zwischen diesen Teilen. Dies stellt ein wirksames Öffnen und Schließen der Scheiben sicher. Darüber hinaus ermöglicht diese Stirndichtungsanordnung, daß die Sitze wesentliche Energiemengen absorbieren, wenn die Scheiben beispielsweise in einer Notschließsituation gegen diese prallen. Die Fähigkeit der Sitze, diese Stoßenergie zu absorbieren, vermindert die Beanspruchungen in den Wellen 11 und den dafür vorgesehenen Betätigungsgliedern während einer derartigen Schließbewegung.

Wie am besten aus Figur 2 zu ersehen ist, haben die Scheiben 13 eine aerodynamische Form, um StrömungsVerluste und somit den Druckabfall über dem Ventil auf ein Minimum zu reduzieren. Zu-. sätzlich ist der Stoppabschnitt des Ventiles nahe genug an dem Zwischenabschnitt innerhalb von einem Scheibendurchmesser angeordnet, so daß, wenn das Ventil offen ist, wie es durch die gestrichelte Darstellung der Scheiben in Figur 2 gezeigt ist, die Scheiben sich überlappen. Dies verhindert ein Flattern der stromabvärtigen Scheiben in dem Wirbel der Dampfströmung um die stromauf wärt ige Scheibe herum und vermindert dadurch irgendwelche Strömungsverluste in dem Ventil.

Aus den Figuren 2, 3 und 4 ist ersichtlich, daß jede Ventilscheibe erste und zweite im wesentliche kreisförmige übereinanderliegende Platten 15 und 16 umfaßt, die durch zahlreiche Bolzen 17 oder andere Befestigungsglieder zusammengehalten sind. Insbesondere aus Figur 3 ist zu ersehen, daß jede Platte mit einem ersten Abschnitt 18 versehen ist, dessen Radius R. etwas größer als der Radius R„ eines zweiten Abschnittes 19 ist. Jede Scheibe ist bei Verwendung in dem Ventil gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispie 1 der Erfindung dadurch gebildet * daß die erste Platte 15 über der zweiten Platte 16 liegend angeordnet ist, so daß der Abschnitt, der Platte 15 mit dem kleineren Radius R~ über dem Abschnitt der Platte 16 mit dem größeren Radius R. liegt. In ähnlicher Weise liegt der Abschnitt der Platte 15 mit einem größeren

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Radius R über dem Abschnitt der Platte 16 mit dem kleineren Radius Rp. Die Umfangsabschnitte des größeren Radius R^ von jeder Platte 15 und l6 bilden die Dichtflächen 20 der Scheiben 13, Es ist ersichtlich, daß jede Scheibe 13 mit zwei derartigen Dichtflächen in einer koplanaren Anordnung versehen ist.

In den Figuren 4, 5 und 6 ist ein Sitz 9 in der Rille 8 gezeigt, die im Inneren des Gehäuses 7 ausgebildet ist. Jeder Sitz ist in der Rille einstellbar angeordnet durch Abstandselemente 10 mit veränderbaren Breiten. Wie aus den Figuren 5 und 6 hervorgeht, ist jeder Sitz 9 aus zwei im allgemeinen gegenüberliegenden Halbringförmigeri Sitzteilen 21 und 22 gebildet. Figur 6 zeigt, daß die Lippen 14 in zwei zusammenpassenden halbringförmigen Teilen eine Dichtebene bilden, die in einem Winkel von etwa 10 ° zur Vertikalen angeordnet ist. Diese Dichtebene paßt mit auf dem Umfang verlaufenden Dichtflächen 20 der entsprechenden Ventilscheibe 13 (s. Figur 2) zusammen.

Somit wird deutlich, daß das Ventil gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgrund einer Anzahl von darin verwendeten Duplikaten einfach zu fertigen ist. Beispielsweise sind die Sitze von sowohl den Stopp- als auch den Zwischenabschnitten identisch,und das gleiche gilt für die Klappenscheiben und die Wellen, mit denen die Scheiben verkeilt sind. In gleicher Weise sind beide Scheiben aus identischen Platten gebildet. Ähnlich sind beide Sitze aus identischen halbringförmigen Teilen gebildet. Deshalb machen im Gegensatz zu den bekannten kombinierten Stopp- und Zwischenventilen die in dem Ventil gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendeten Doppelteile das Ventil so wirtschaftlich in der Fertigung.

In den Figuren 7 und 8 sind vereinfachte Darstellungen der Ventilscheiben 13 und der halbringförmigen Teile 21 und 22 angegeben. Der Einfachheit halber sind die Sitze 9 als dünne halbringförmige Sitzteile dargestellt, die mit Scheiben 13 in einer ver-. tikalen Ebene zusammenpassen. In der zu beschreibenden Anordnung 'ist zur Ausbildung einer effektiven Dichtung zwischen der Scheibe 13 und den halbringförmigen Teilen 21 und 22 während Betriebs-

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zuständen mit einer Wellenbiegung ein leichtes Leck zwischen der Scheibe und einem dieser Sitzteile in das Ventil gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung eingebaut. Wenn das Ventil geschlossen ist und die Dampfzufuhr sperrt, kann der Dampfdruck bewirken, daß sich die Welle um ein Stück & nach rechts verbiegt. Wenn, wie es in Figur 7 dargestellt ist, die halbringförmigen Sitzteile so angeordnet sind, daß die Lippen eine'einzige Ebene bilden, dann bewirkt eine Verbiegung der Welle um ein Stück b nach rechts, daß die Scheibe an dem halbringförmigen Sitzteil 21 an einem Punkt 23 angreift, wodurch die Scheibe aus ihrem Stirndichtungseingriff mit diesem halbringförmigen Sitzteil herausgedreht wird und sich ein relativ großer Bereich 24 am oberen Abschnitt de:. Ventiles für eine Leckdampf strömung öffnet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses Problem durch Abstandshalter mit veränderlichen Breiten 10 innerhalb der Rillen überwunden, die es gestatten, daß das obere halbringförmige Sitzteil 21 in bezug auf das untere halbringförmige Sitzteil 22 um ein Stück b nach rechts versetzt ist, wie es in Figur 8 gezeigt ist. Wenn das halbringförmige Sitzteil 21 in dieser Weise versetzt ist, bewirkt eine Wellenbiegung des Stückes S, daß die Dichtungsfläche 20 am oberen Abschnitt der Scheibe an diesem halbringförmigen Sitzteil im wesentlichen auf dem ganzen Weg um ihren Umfang herum angreift. Darüber hinaus ist, wie es ebenfalls in Figur 8 gezeigt ist, durch Versetzen des halbringförmigen Sitzteiles 21 der untere Aoschnitt der Scheibe nur ein Stück δ von dem unteren halbringförmigen Sitzteil 22 verschoben. Da die Scheibe in dieser Anordnung nur ein Stück S axial verschoben ist, anstatt in Winkelrichtung verschoben zu werden, wie es in der Anordnung gemäß Figur 7 gezeigt ist, wird nur ein sehr kleiner Bereich am unteren Ende der Scheibe für die Leckdampfströmung geöffnet im Vergleich zu der großen Fläche, die in Figur 7 bei 24 geöffnet ist. Deshalb wird deutlich, daß die Einfügung von Abstandshaltern 10 veränderlicher Breiten das variable Positionieren der Ventilsitze 9 innerhalb der Rallen 8 gestattet, wodurch eine große Leckage aufgrund einer Wellenbiegung verhindert wird,· die üblicherweise zwischen einer Scheibe und einem passenden

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- 9 nicht-einstellbaren Sitz auftreten koante.

Zusammenfassend wird also deutlich, daß das kombinierte Stopp- und Zwischenventil gemäß der vorliegenden Erfindung wirtschaftlich zu fertigen ist aufgrund der Verwendung von doppelten Teilen und mit hohem Wirkungsgrad arbeitet, d.h. es ist frei von vielen Strömungsverlusten, die bei bekannten kombinierten Stopp- und Zwischenventilen auftreten.aufgrund der aerodynamischen Form der Scheiben und des Abstandes der Scheiben, der eine Überlappung bei geöffnetem Ventil gestattet, wodurch eine gerade Strömungsbahn gebildet wird. Das kombinierte Stopp- und Zwischenventil gemäß der vorliegenden Erfindung ist betriebssicher, da keine Reibung zwischen den Vuntilscheiben und den dafür vorgesehenen Sitzen besteht. Zusätzlich sind die Wellen, an denen die Scheiben verkeilt sind, nicht großen Beanspruchungen bei einer Notschließung des Ventiles ausgesetzt, da die Ventilsitze in ihrem Stirndichtungseingriff mit den Scheiben einen großen Anteil der Energie der Scheiben bei ihrer Schließung absorbieren. Darüber hinaus stellt die Verwendung von Mitteln zum axialen Einstellen der Position der halbringförmigen Sitzteile innerhalb der diese Sitze aufnehmenden Rillen sicher, daß das Ventil nicht wesentlich leckt, falls die Wellen, mit denen die Scheiben verkeilt sind, sich bei großen Dampfdrucken verbiegen.

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Claims

Ansprüche

ί1./ Kombiniertes Stopp- und Zwischenventil für eine große Dampfturbine, gekennzeichnet durch ein im allgemeinen zylinderformiges Ventilgehäuse (7)₃ erste und zweite Wellen (11), die für eine Rotation innerhalb des Gehäuses angebracht sind, erste und zweite im wesentlichen kreisförmige aerodynamische Klappenventilscheiben (13), die auf den Wellen (11) in dem Gehäuse (7) drehbar angebracht sind und axial in einem kleineren Abstand als ein Scheibendurchmesser angeordnet sind derart, daß bei geöffnetem Ventil ein Teil der zweiten Ventilscheibe einen Teil der ersten Ventilscheibe überlappt, und erste und zweite Ventilsitze O)₃ die in dem Gehäuse (7) und in Stirndichtungseingriff mit Umfangsabschnitten der ersten und zweiten Ventilscheiben angeordnet sind, wenn das Ventil geschlossen ist.
2. Stopp- und Zwischenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Ventilsitz (9) zwei im allgemeinen gegenüberliegende halbringförmige Sitzteile (21, 22) aufweist.
3. Stopp- und Zwischenventil· nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede Scheibe (13) zwei versetzt übereinander Liegende Platten (15,16) aufweist, wobei die versetzten Abschnitte der Platte ebene Dichtungsflächen (20) bilden, die mit gegenüberliegenden Seiten der Ventilsitze (9) in einer Stirndichtungsanordnung in Eingriff bringbar sind.
4. Stopp- und Zwischenventil nach Anspruch 3_} dadurch gekennzeichnet , daß ferner Mittel (10) für ein Versetzen in axialer Richtung von einem halbringförmigen Sitzteil relativ zum gegenüberliegenden halbringförmigen Sitzteil vorgesehen sind.
5. Stopp- und Zwischenventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß ringförmige Rillen (8)

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in der inneren Oberfläche des Ventilgehäuses (7) vorgesehen sind, die die halbringformigen Sitzteile (21, 22) aufnehmen, und die axiale Position von irgendeinem halbringformigen Satzteil innerhalb seiner Rille (8) relativ zu dem gegenüberliegenden halbringformigen Sitzteil durch Abstandsmittel (10) veränderbar ist.
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