DE2831368A1 - Regelventil, insbesondere fuer hochdruckdampf - Google Patents

Description

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Regelventil, insbesondere für Hochdruckdampf

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelventil, insbesondere für Hochdruckdampf, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Regelarmaturen, insbesondere solchen für Kraftwerke, treten an der Absperrstelle bei grossen Regelbereichen sprunghafte Aenderungen des Durchströmungsverhaltens auf. Dabei können die Strömungsgeschwindigkeiten in den Bereich der Schallgeschwindigkeit kommen. Als Folge instabiler Strömungen, d.h. Druck- und Geschwindigkeitsänderungen, treten dabei Resonanzschwingungen auf, die zu Havarien infolge von Ermüdungsbrüchen führen können.

Wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeiten ist der Abströmweg für das Medium hinter dem Ventilsitz als Diffusor in Form einer Lavaldüse ausgeführt. Hierbei liegt der engste Querschnitt des Diffusors verhältnismässig nahe stromabwärts des Ventilsitzes, wobei die Kontur eines Meridianschnittes durch die Diffusorlängsachse zwischen dem Ventilsitz und der engsten Stelle eine konvex gekrümmte Linie mit gleichmässig zunehmendem Krümmungshalbmesser ist. Dieser Gestaltung des Diffusors liegt die Absicht zugrunde, einen möglichst hohen Druckrückgewinn zu erzielen und damit die Verluste so klein wie möglich zu halten.

Es hat sich aber gezeigt, dass bei derartig gestalteten Diffusoren die obenerwähnten, konvex gekrümmten Teile der Meridiankontur zwischen der engsten Drosselstelle am Ventilspaltaustritt und dem engsten Diffusorquerschnitt in höchstem Masse für akustische■Instabilitäten bei drosselungsbedingten Diffusorschwingungen verantwortlich zu

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machen sind. Es konnte u.a. auch experimentell festgestellt werden, dass diese unerwünschten Erscheinungen durch gerundete Eintrittslippen am Austritt des Ventilspaltes noch besonders begünstigt werden.

Es wurden daher Untersuchungen angestellt mit dem Ziel, eine Diffusorform zu entwickeln, mit der die obenerwähnten Nachteile vermieden werden sollen. Diese Aufgabe wurde mit der im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Erfindung gelöst.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser stellen dar:

Fig. 1 ein Hochdruckdampfregelventil mit den erfindungsgemässen Merkmalen, und

Fig. 2 in grösserem Massstab einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit Darstellung eines Teiles des Ventilkörpers mit Diffusor.

Das in Fig. 1 dargestellte Dampfregelventil weist ein konventionelles Ventilgehäuse 1 auf, in dessen unterem Teil ein Ventilsitzkörper 2 sitzt. Im oberen Teil befindet sich ein Ventilführungskörper 3 und zwischen dem Ventilsitzkörper 2 und dem Ventilführungskörper 3 ist ein Dampfsieb 4 angeordnet. Der Ventilführungskörper 3 ist mit seinem oberen Teil in einem Zwischenflansch 5 gelagert und er enthält eine Ventilspindelführungsbüchse 6, die eine axialbewegliche Ventilspindel 7 aufnimmt. An deren oberem Ende verbindet eine gelenkige, aber drehsteife Kupplung 8 die Ventilspindel 7 mit einer Betätigungsspindel 9 eines nicht dargestellten Servomotors. Am unteren Ende der Ventilspindel 7 ist ein Ventilkörper 10 formschlüssig befestigt und mit seinem Mantel in einer Bohrung des Ventilführungskörpers 3 in axialer Richtung geführt. Den unteren Abschluss

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des Ventilsitzkörpers bildet ein Ventilkegel 11, der in der gezeichneten Stellung auf einem hohlkegeligen Ventilsitz 12 im oberen Teil des Ventilsitzkörpers 2 aufsitzt.

Der Ventilsitzkörper 2 ist in seinem Inneren als Diffusor ausgebildet, der aus einem zylindrischen Diffusorteil, im folgenden Diffusorzylinder 13 genannt, und einem Diffusorkegel 14 besteht. Wesentlich für die Wirksamkeit gemäss der eingangs erwähnten Aufgabenstellung ist die scharfkantige Durchdringungslinie 15 zwischen dem durch den Ventilsitz 12 definierten Kegel und dem Diffusorzylinder 13· Würde man diesen Uebergang vom Ventilsitz in den Diffusorzylinder, die Eintrittslippe, abrunden, so entstünden dort akustische Instabilitäten, die aber entsprechend unserer Aufgabenstellung vermieden werden sollen. Die drosselungsbedingten akustischen Anregungen lassen sieh gemäss unseren Untersuchungen vermeiden, wenn die Eintrittslippe scharfkantig ausgeführt wird und in der übrigen Kontur des Diffusors jegliche konvexe Partien vermieden sind und insbesondere keine Querschnittsverengungen auftreten.

In Fig. 2, die in grösserem Massstab die geometrischen Verhältnisse im Bereich des Ventilsitzes und der oberen Diffusorpartien veranschaulicht, ist die Meridiankontur des Diffusors nach heute gängiger Vorstellung strichpunktiert eingezeichnet.

Die Länge des Diffusorzylinders 13 ist so zu wählen, dass sich die Strömung oberhalb der Durchdringungslinie 16 von Diffusorzylinder 13 und Diffusorkegel 14 erholt hat, das heisst also, der Diffusorzylinder soll stromabwärts möglichst nahe unterhalb der Rückstromzone enden. Wegen der praktisch nicht exakt einzuhaltenden Betriebsbedingungen wird man jedoch sicherheitshalber den Diffusorzylinder

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etwas länger ausführen als es der für ein bestimmtes Ventil experimentell gefundenen Lage der Rückstromgrenze entspricht.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht die Begrenzung des Diffusors im Meridianschnitt aus einem an die scharfe Kante 15 der Eintrittslippe anschliessenden Diffusorzylinder 13 und dem darauf folgenden Diffusorkegel 14. Gemäss dem Patentanspruch sind aber auch andere Konturen möglich, sofern der die Kontur bildende Linienzug, abgesehen von scharfen Kanten, d.h. Knickstellen an der Grenze zweier zusammenstossender Linienteile, keine von der Diffusorachse aus gesehen konvexen Linienelemente enthält.

Diese Bedingung wird unter anderem auch von einem Diffusor erfüllt, der nach der scharfen Kante der Eintrittslippe statt des Diffusorzylinders 13 einen schlanken Kegel aufweist, dem sich nach der Rückstromzone ein Kegel von grösserem Oeffnungswinkel anschliesst. Auch hierbei muss wie in allen anderen denkbaren Fällen die Durchdringungslinie zwischen den beiden Kegeln eine scharfe Abreisskante bilden. Der Diffusor könnte aber auch aus einem oder mehreren konkav gewölbten Diffusorteilen oder aus Kombinationen derselben mit zylindrischen oder kegeligen Diffusorteilen bestehen, wobei sich aber, wie gesagt, die Querschnitte in Strömungsrichtung erweitern müssen.

Die Forderung, dass nach dem engsten Durchtrittsquerschnitt des Ventilspalts die stromabwärts liegenden Wände keine konvexen Flächenteile aufweisen dürfen, gilt auch für den Ventilkegel. Bei der in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform ist die untere Stirnfläche des Ventilkörpers 10 als hohler Kegelstumpf ausgebildet. Die Stirnfläche könnte aber auch eben oder in der Abströmrichtung vorspringend ausgeführt werden, keinesfalls aber darf die aus dem Ventilspalt

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austretende Strömung auf ihrem Weg in den Diffusor auf konvex gekrümmte Flächen treffen, da sonst die Wirksamkext der erfindungsgemässen Massnahmen beeinträchtigt wird.

Claims (2)

1. BBC Aktiengesellschaft

   Brown, Boveri & Cie. · 94/78

   Baden (Schweiz) Mü/Ca

   Patentansprüche

   Regelventil, insbesondere für Hochdruckdampf, mit einer in einem Ventilgehäuse untergebrachten Ventilführung, einem in dieser Ventilführung verschiebbar beweglichen Ventilkörper mit einem Ventilkegel, und einem als Diffusor ausgebildeten Ventilsitzkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittslippe am Uebergang vom Ventilsitz (12) in den Diffusor scharfkantig ausgeführt ist und dass die Begrenzungen der Meridianschnitte des Diffusors und des Ventilkegels (11) nach dem engsten Durchtrittsquerschnitt des Ventilspaltes aus einem Linienzug besteht, der aus nichtkonvexen Linienteilen zusammengesetzt ist.
2. 2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Ventilsitz (12) anschliessende Teil des Diffusors als Zylinder (14) ausgebildet ist und scharf abgegrenzt in einen sich in Strömungsrichtung öffnenden Diffusorkegel (14) übergeht.

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