DE3146921C2 - Regelarmatur zur variablen Drosselung eines Flüssigkeitsstromes - Google Patents

Abstract

Regelarmatur zur variablen, möglichst kavitationsfreien Drosselung von in Rohrleitungen (R) strömenden Flüssigkeitsströmen (Q) von einem ersten Druckniveau (P ↓1) auf ein zweites niedrigeres Druckniveau (P ↓2) nach Maßgabe einer vorgegebenen Regelgröße, insbesondere mit als Regelklappen ausgebildeten Stellgliedern (K1, K2) großer Nennweite und/oder für niedriges Druckniveau. Mindestens zwei mechanisch miteinander gekoppelten Stellgliedern (K1, K2) ist wenigstens eine in die Rohrleitung integrierte Festdrossel (D1) nachgeschaltet. Insbesondere folgen in Strömungsrichtung gesehen die erste und zweite Regelklappe (K1, K2) einer Regelklappen-Kombination sowie eine erste und eine zweite Festdrossel (D1, D2) im gegenseitigen Abstand (a1, a2, a3) aufeinander. Die erste und die zweite Regelklappe (K1, K2) sind über ein gemeinsames Getriebe (G) betätigbar und über eine Koppelstange (2) mit Trimmvorrichtung (3) miteinander gekoppelt.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Armaturen zur Regelung von Flüssigkeitsströmen und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer Regelarmaiur anzuwenden, die möglichst kavitationsfrei arbeiten solL

Derartige Regelarmaturen haben die Aufgabe, Druck und Durchfluß des strömenden Mediums zu regeln, und zwar durch Drosselung des Mengenstromes mittels kontinuierlich bzw. stufenlos einstellbarer Querschnittsverengung. Ein besonderes Problem bei solchen Regelarmaturen stellt die Kavitation dar. Es ist bekannt, daß einstufige Regelklappen, wie sie im Zuge von Rohrleitungen mit großer Nennweite eing_-setzt werden, nur bei begrenztem Druckverlust kavitationsfrei arbeiten. Daher ist bereits eine Regelarmatur L ;kannt, die in einem Kraftwerk zur Regelung einer Kühlwasserströmung eingesetzt ist und die aus wenigstens zwei im Zuge der Rohrleitung hintereinander geschalteten Regelklappen besteht, die über eine Kuppelstange miteinander mechanisch gekoppelt sind (DE-Z »VGB-Kraftwerkstechnik«, 1978, Seite 658. Bild 20). Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch eine solche Regelarmatur nicht über den gesamten Betriebsbereich kavitationsfrei arbeitet.

Zur kavitationsfreien Ausgestaltung von Drosselventilen, Kolbenschiebern und Düsenregelschiebem ist es an sich bekannt, der Regelarmatur mehrstufige, nicht regelbare Drosseleinbauten mit Strahlaufteilung nachzuschalten. Bei solchen Drosseleinbauten kann es sich um Lochzylinder, Strömungsgleichrichter, Leitkreuze oder hintereinander geschaltete Lochdrosselscheiben handeln (DE-AS 11 38 290). Diese ein- oder mehrstufigen Drosseleinbauten sind dann im Gehäuse der Regelarmatur angeordnet und dem Ventil oder Kolbenschieber in spezieller Weise konstruktiv zugeordnet (DE-Z »Technische Mitteilungen«, 1974, Seiten 364-368).

Ausgehend von einer Regelarmatur mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 (DE-Z »VGB-Kraftwerkstechnik) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, der Regelarmatur durch eine entsprechende konstruktive Ausgestaltung eine Regelcharakteristik zu geben, die über den gesamten Massenstrom- und Differenzdruck-Bereich praktisch kavitationsfrei ist. Insbesondere soll die Betriebskennlinie (Differenzdruck in Abhängigkeit vom Massenstrom) an die betriebsspezifischen Daten so anpaßbar sein, daß ein kavitationsfreier Arbeitsbereich erzielt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung

vorgesehen, daß die Koppelstange mit einer Trimm vorrichtung zur Längenverstellung der Koppelstange versehen ist und daß den Regelklappen wenigstens eine Festdrossel nachgeschaltet ist, die in Form einer Lochscheibe zwischen zwei Flanschen der aus Rohrschüssen bestehenden Rohrleitung eingesetzt ist

Bei einer derart ausgebildeten Regelarmatur setzt sich die Gesamt-Regelcharakteristik aus der degressiven Charakteristik der Regelklappen (Verstelldr issel)

ίο und der progressiven Charakteristik der Festdrossel zusammen, wobei die degressive und die progressive Charakteristik so aufeinander abstimmbar sind, daß im Differenzdruck-Massenstrom-Diagramm ein kavitationsfreier Flächenbereich sowohl oberhalb als auch unter- halb des Kurvenastes erzielt wird. Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Trimmvorrichtung ist dabei die theoretische Auslegung der Mehrstufenkombination in der fertiggestellten Anlage noch korrigierbar, um damit einerseits veränderten Betriebsbedingungen und Ausle gungsparametern Rechnung zu tragen und um anderer seits den gesamten Druckabbau so auf die einzelnen Druckabbaustufen zu verteilen, daß innerhalb der gewählten Stufenzahl ein möglichst hoher Differenzdruck kavitationsfrei abzubauen ist. Die vorgesehene Trimm vorrichtung und die übrige konstruktive Ausgestaltung der Regelarmatur, insbesondere die Anordnung der Festdrosseln zwischen Flanschen der Rohrleitung, ermöglichen es also, das zulässige Druckgefälle in den einzelnen Drosselstellen so zu bemessen, daß das Regel verhalten und die Standzeit optimiert werden. Dieses Optimum ist dann gegeben, wenn entweder die Kavitation vermieden oder in einen für den Betrieb unbedeutenden Betriebspunkt verlegt ist oder wenn die verbleibende Kavitation ganz bewußt in ein Bauelement verla- gert ist, welches als Verschleißteil ohne große Kosten und großen Aufwand austauschbar ist

Im folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist die Erfindung noch näher erläutert

Darin zeigt in schematischer Darstellung

F i g. 1 die Regelarmatur, ausgeführt als vierstufige Regelklappenkombination innerhalb einer Rohrleitung: F i g. 2 und 3 die vereinfacht als Einzelklappe dargestellte Doppelklappe (F i g. 2) und die zugehörige Kenn- linie(Fig. 3);

Fig.4 und 5 die vereinfacht als Einzel-Festdrossel dargestellte Doppel-Festdrossel (Fig.4) und die zugehörige Kennlinie (F i g. 5) und F i g. 6 und 7 die vereinfachte Verstell- und Fest-Dros selanordnung, die aus F i g. 2 und F i g. 4 durch Kombi nation erhalten wird und der Ausführung nach F i g. t entspricht (F i g. 6) und die sich daraus ergebende überlagerte Kennlinie (F i g. 7). In den Kennlinien AP—f(Q) ist auf der Abs/.i.sscn achse jeweils der Massenstrom Q in Prozent des Ncnn- Massenstromes und auf der Ordinatenachse der Differenzdruck beginnend bei Pi = 0 bis hin zu 0 < P? < P\ aufgetragen. Die Regelarmatur nach F i g. 1 dient zur variablen, möglichst kavitationsfreien Drosselung von in der als Ganzes mit R bezeichneten Rohrleitung strömenden Flüssigkeitsströmen, deren Mengenstrom mit Q bezeichnet und deren Strömungsrichtung durch den Pfeil I verdeutlicht ist. Die Rohrleitung R ist beispielsweise ei ne Kaltkondensatleitung im Niederdruckbereich eines Kühlwasserkreislaufes für Kernkraftwerke. Es könnte sich aber ganz allgemein um Kaltwasser- oder KaItFlUssigkeitsleitungen in einem Kraftwerk oder einer sonsti-

gen Großanlage handeln, wo es darauf ankommt den Flüssigkeitsstrom möglichst kavitationsfrei und nach Maßgabe einer Regelgröße abzudrosseln.

Wie ersichtlich, handelt es sich um eine vierstufige Regelklappenkombination als Regelarmatur mit den beiden mechanisch miteinander gekoppelten Stellgliedern in Form der beiden Regelklappen K1, K 2 und den beiden den Regelklappeo in Strömungsrichtung nachgeschalteten Festdrosseln Di, DZ In Strömungsrichtung gesehen folgen also die erste und die zweite Regelklappe Ki, K 2 der Regelklappen-Kombination sowie die erste und die zweite Festdrossel D1, D 2 im gegenseitigen Abstand a 1 bis a 3 aufeinander.

Als Stellglieder werden wegen der großen Nennweiten der Rohrleitung R bevorzugt Regelklappen verwendet: es müssen zur Erzielung des erfindungsgemäßen Effektes davon mindestens zwei in Strömungsrichtung hintereinander liegen und weiterhin bevorzugt über eine Koppelstange 2 mit Trimmvorrichtung 3 miteinander gekoppelt sein, wie es F i g. 1 schematisch zeigt Die Trimmvorrichtung 3 dient zur Längenverstellung der Koppelstange 2, weiche über Gelenke 4 an ihren Enden und die beiden Schwenkhebel 2.1,23. über entsprechende Büchsen oder dergleichen verdrehungssichsr mit den Drehzapfen 5 der beiden Klappen Ki, K 2 jeweils verbunden sind. An den oberen Gelenkzapfen 5 der Klappe K i ist ein Getriebe C angekoppelt, welches aufgrund der mechanischen Kopplung über die Koppelstange 2 als gemeinsames Getriebe zur gleichzeitigen Betätigung beider Klappen Ki, K 2 dient Der Antriebsmotor Mist ebenfalls wie das Getriebe C lediglich schematisch angedeutet Die Trimmvorrichtung 3 kann z. B. eine Gewindchülse sein, in welche die anliegenden Enden der beiden Stangenteile 2a, 2b mit einem Rechts- und einem Links-Gewinde eingeschraubt sind, so daß bei Drehung der Gewindehülse in der einen Drehrichtung eine Verkürzung und bei der Drehung der Gewir.dehülse 3 in der anderen Richtung eine Verlängerung der Stange 2 zwischen den beiden Gelenkpunkten 4,4 erfolgt Auf diese Weise kann man eine völlig synchrone Klappen-Schließ- und -Öffnungsbewegung erreichen oder eine Phasenverschiebung der einen Klappe gegen die andere. Die Klappen K 1, K 2 selbst sind von der Ausführung, die auch als »Butterfly-Valve« bezeichnet wird. Im übrigen können die Klappen Ki, K 2 als dicht schließende oder als nicht dicht schließende Regelklappen ausgeführt sein. Sie werden auch als Verstelldrosseln bezeichnet, im Gegensatz zu den nachgeschalteten Festdrosseln Di, D 2, deren Drosselquerschnitt nur durch Einsetzen einer anderen DrosseJscheibe veränderbar ist Dargestellt sind Mehrlochscheiben als Festdrosseln Di, D 2; grundsätzlich ließen sich jedoch auch Einlochscheiben verwenden.

Die Rohrleitung R ist wie ersichtlich, aus einzelnen Rohrschüssen ur.d Armaturenteilen ki, k2 sowie den Drosselscheiben Di, D 2 zusammengeflanscht, dK in der Reihenfolge von links nach rechts mit r 1, k i, r 2, k 2, rZ, Di, r4, D 2, r5 bezeichnet sind. Die Rohrflansche /wischen den einzelnen Rohrschüssen und Armaturenteilen sind mit f\ bis f% bezeichnet Die erste Klappe K 1 ist innerhalb des Armaturenteiles k 1 angeordnet, die zweite Klappe K 2 innerhalb des Armaturenteiles k 2, die erste Festdrossel D i ist im Bereich des Flansches /"5 zwischen den Rohrschüssen r3, r4 und die zweite Festdrossel D 2 im Bereich des Flansches f% zwischen den Rohrs^hüssen r4, r5 dichtend eingesetzt. Druckmeßgeräte sind allgemein mit PM bezeichnet. Das zur Messung des Vordruckes P\ vorgesehene Druckmeßgerät (Rohrschuß r 1) ist mit PM 1 bezeichnet das Druckmeßgerät zur Messung des Druckes P? hinter der zweiten Festdrossel D2 mit PM2 CRchrschuß r5). Im übrigen sind jeweils noch Druckmeßgeräte PM an die Rohrschüsse bzw. Rohrleitungsstrecken r 2, r 3 und r 4 angeschlossen.

Die Regelarmatur drosselt also von dem ersten Druckniveau P\ vor der ersten Klappe K 1 auf das zweite, niedrigere Druckniveau P2 nach Maßgabe einer vorgegebenen Regelgröße ab. Betrachtet man dabei nur die beiden Regelklappen Ki, KZ dann erhält man gemäß Fig.2, 3 die Kennlinie AP = f(Q) mit dem oberhalb des Kurvenastes schraffiert dargestellten kavitationsfreien Drosselbereich A 1, wogegen der unterhalb des Kurvenastes eingezeichnete Flächenbereich AK nicht kavitationsfrei ist.

Betrachtet man dagegen nur die beiden Festdrosseln D1, D Z die vereinfacht in F i g. 4 ab einzige Festdrossel schematisch dargestellt sind, so ergibt sich ein gleichartiger Verlauf der Kennlinie ΔΡ = f(Q), nur mit dem Unterschied, daß unterhalb des Kun'nastes der (schraffierte) kavitationsfreie Bereich lieg! und oberhalb des Kurvenastes der kavitationsbehaftete Drosselbereich AK'.

Durch Hintereinanderschaltung der beiden Regelklappen Ki, K 2 und der beiden Festdrosseln Di, D 2 so wie in F i g. 1 gezeigt und in F i g. 6 vereinfacht dargestellt, erhält man nun eine Überlagerung der beiden kavitationsfreien Drosselbereiche A1 oberhalb des Kurvenastes und A 2 unterhalb des Kurvenastes, wie es F i g. 7 verdeutlicht. Zur Erzielung dieses Effektes sind mindestens zwei hintereinander geschaltete Stellglieder, insbesondere Regelklappen, und mindestens eine nachgeschaltete Festdrossel erforderlich. Noch günstiger ist es jedoch, zwei hintereinanderliegende Festdrosseln D i, D 2 vorzusehen, wobei zwei Festdrosseln nicht die obere Grenze bilden, sondern auch mehr als zwei Festdrosseln, die in entsprechenden Abständen hintereinander geschaltet sind, verwendet werden kennen. So wurden auch mit drei Festdrosseln gute Ergebnisse erzielt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Regelarmatur zur variablen Drosselung eines Flüssigkeitsstromes in einer Rohrleitung, bei der das regelbare Drosselorgan aus wenigstens zwei im Zuge der Rohrleitung hintereinander geschalteten Regelklappen besteht, die über eine Koppelstange miteinander mechanisch gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstange (2) mit einer Trimmvorrichtung (3) zur Längenverstellung der Koppelstange versehen ist und daß den Regelklappen (K 1, K 2) wenigstens eine Festdrossel (D 1, D 2) nachgeschaltet ist, die in Form einer Lochscheibe zwischen zwei Flanschen (f5, /6) der aus Rohrschüssen (r3, rA, r S) bestehenden Rohrleitung eingesetzt ist.