DE3525141A1 - Dampf-umform-ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dampf-Umform-Ventil mit Kühl­ wasser-Einspritzung, wobei sowohl der Dampf als auch die Kühl­ wasser-Einspritzung von völligem Abschluß bis auf vollständigen Durchfluß zu regeln sind - und mit einem Fühler (Meßorgan) für mindestens eine Zustandsgröße des Dampfes in der Abdampfleitung des Ventils der auf den Kühlwasser-Zufluß einwirkt.

Bei Dampf-Umform-Ventilen mit Kühlwasser-Einspritzung wurde bis­ her allgemein die Kühlwasser-Zufuhr in Abhängigkeit von der Öff­ nung des Dampfventils geregelt, mit einer einzigen Spindel, an der die beiden Durchlaß-Ventile für Dampf einerseits und Kühlwasser andererseits, die auch als Regelventile ausgebildet sein konnten, starr verbunden waren. Im Abdampfstrom eines solchen Ventils wur­ de jeweils noch ein Meßfühler angeordnet, der zumindest eine Zu­ standsgröße des Abdampfes feststellte und danach die Zufuhr des Kühlwassers zur Kühlwasser-Einspritzung hin regelte. Vorzugsweise den Druck des Kühlwassers vor der Einspritzstelle änderte. Damit wurde eine gewisse Feinregelung der Kühlwasser-Einspritzung er­ reicht, um die erwünschten Dampf-Zustandsgrößen am Ausgang des Ven­ tils gleichmäßig sicherzustellen.

Aus der DE-OS 33 00 752 ist bekannt, daß ein die Zufuhr des Kühl­ wassers zur Einspritzstelle im Dampf-Umform-Ventil regelndes Vor­ ventil, das von dem dem Dampf-Umform-Ventil nachgeordneten Fühler beeinflußt wird, in das Gehäuse des Dampf-Umform-Ventils verlegt bzw. dort eingebaut wurde, um einerseits eine kompaktere Bauart zu erreichen und andererseits den Abstand zwischen diesem Regel­ ventil und der eigentlichen Einspritzstelle des Kühlwassers zu verringern. Die Kühlwasser-Zufuhr bzw. das Kühlwasser-Absperrven­ til, das auch die Regelung der Einspritzung des Kühlwassers ver­ sorgt, ist dabei mit einer Hilfsspindel versehen, die über ein Übersetzungsgestänge mit der Hauptspindel des Dampfventils verbun­ den ist, wobei dieses Übersetzungsgestänge zusätzlich von einem Hydraulikzylinder zur Feinverstellung beeinflußt werden kann.

Gegenüber diesem Stand der Technik geht die Erfindung von der Er­ kenntnis aus, daß ein Vorventil vor der Kühlwasser-Einspritzung das ausschließlich von dem stromabwärts des Dampf-Umform-Ventils angeordneten Dampffühler beeinflußt wird, überflüssig wird und weggelassen werden kann, wenn das Dampf-Absperr- und Regelventil mit seiner Spindel völlig unabhängig ist von dem Kühlwasser-Ab­ sperr- und Regelventil mit seiner gesonderten Spindel und beide Spindeln einen voneinander unabhängigen und völlig eigenen Antrieb haben. Die Stellung der Spindel für das einzige Absperr- und Regel­ ventil der Kühlwasser-Einspritzung wird über einen elektrischen bzw. elektronischen Schaltkreis beeinflußt und zwar sowohl von der Stellung des Dampf-Absperr- und Regelventils als auch von den Werten die der Fühler im Abdampfstrom liefert.

Von dieser Erkenntnis ausgehend ist ein Dampf-Umform-Ventil mit Kühlwasser-Einspritzung der gattungsgemäßen Art nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit Ventil und Ventil­ spindel zum Einspritzen des Kühlwassers vollständig getrennt ist von der Spindel mit dem Ventil für die Regelung des Dampfdurch­ lasses und jede der beiden Ventilspindeln je mit einem eigenen Stellmotor verbunden ist. Dabei können die Spindeln des Ventils für die Regelung des Dampfdurchlasses und die Spindel des Ventils für die Kühlwasser-Einspritzung gleichachsig angeordnet sein - sie können auch mit ihren Achsen im Winkel zueinander angeordnet sein.

Durch die völlige, mechanische Trennung der beiden Ventile für Dampf- und Kühlwasserregelung ergibt sich nicht nur die Möglich­ keit die Regelung in sämtlichen Betriebszuständen sehr fein auf­ einander abzustimmen, wobei die Kühlwasser-Einspritzung und ihre Regelung ohne Verzögerung erfolgt, so daß eine unmittelbare Re­ aktion auf jede Temperatur-Änderung möglich ist. Auch der Nachteil des Ausdampfens der Rohrleitung wird vermieden, weil das Kühlwasser­ ventil unmittelbar am Einspritzort angeordnet ist und ein Vorventil entfällt. Die Druckreduzierung sowie die Kühlwasser-Einspritzung zur Dampftemperaturregelung sind nach der Erfindung praktisch zusammengelegt und in einem Gehäuse bzw. an einer einzigen Stelle angeordnet. Hinsichtlich des Ortes der Kühlwasser-Einspritzung besteht nach der Erfindung wesentlich größere Freiheit als bisher, die Kühlwasser-Einspritzung kann je nach Bauart des Ventils an der günstigsten Stelle angeordnet werden, also nahe dem engsten Durchlaß-Querschnitt des Ventils für den Dampfdurchlaß oder auch stromabwärts entfernt davon; dabei spielt es keine Rolle, ob das Kühlwasser-Einspritzventil gleichachsig zu dem Dampf-Reduzierventil angeordnet ist oder mit seiner Achse im Winkel dazu steht. Eine Winkelstellung der Achse des Kühlwasser-Regelventils zu der Achse des Dampf-Reduzierventils kann auch aus baulichen Gründen er­ wünscht bzw. erforderlich sein, wenn beispielsweise aus strömungs­ technischen Gründen oder wegen des Raumes für den Einbau des Ven­ tilgehäuses besondere Vorgaben zu beachten sind. Dadurch lassen sich auch unerwünschte Strömungsumlenkungen vermeiden. Andererseits bestehen für den Konstrukteur wesentlich größere Freiheiten hin­ sichtlich der Ausbildung und des Einbaus von Strömungshindernissen zur Reduzierung des Dampfdrucks und der Dampfgeschwindigkeit. Die Funktion des Dampf-Umform-Ventils nach der Erfindung ist unabhängig von der Einbaulage. Weiterhin erlaubt die Bauart nach der Erfindung eine Konstruktion, die äußerst wartungsfreundlich ist durch aus­ wechselbare Innengarnituren und der Materialbedarf läßt sich er­ heblich reduzieren. Selbstverständlich sind alle Antriebsarten für die voneinander unabhängigen und voneinander unabhängig ange­ triebenen beiden Ventile möglich. Dabei können für beide Ventile dichtschließende Armaturen verwendet werden, dampfseitig auch mit einer Entlastung.

Ein Dampf-Umform-Ventil nach der Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmotoren beider Spindeln über eine elektrische bzw. elektronische Schaltung miteinander verbunden sind, an der Stellglieder angeordnet sind, mit denen jede Relativ- Verschiebung der beiden Spindeln zueinander einstellbar ist. Vor­ teilhaft ist nach der Erfindung der Stellmotor der Kühlwasser-Spin­ del über die elektrische bzw. elektronische Schaltung zusätzlich mit dem Fühler in der Abdampf-Leitung des Ventils zur Ausführung von überlagernden Stellbewegungen verbunden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Dampf-Umform-Ventils nach der Erfin­ dung

Fig. 2 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines Dampfumformventils

Fig. 3 in schematischer Übersicht einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform mit zwei einander im Winkel gestellten Achsen der Ventile

Fig. 4 eine schematische Übersicht einer weiteren Aus­ führungsform mit zueinander parallel versetzten Achsen der Ventile

Nach Fig. 1 ist ein Dampfumformventil mit Kühlwassereinspritzung dargestellt, bei dem der Dampfeinlaß dargestellt durch den Pfeil A dem Dampfauslaß, dargestellt durch den Pfeil B, unmittelbar gegen­ über liegt. Das Ventilgehäuse 1 ist mit entsprechenden Kanälen ver­ sehen und enthält Bohrungen für die Aufnahme der Armaturen, die gleichachsig angeordnet sind. Das Ventilgehäuse 1 ist nach oben abgeschlossen durch einen Deckel 2, an dem die Führung für die Spindel 3 des Ventils für die Regelung des Dampfdurchlasses mit Dichtungen und Antrieben angeordnet sind - das ist hier der Über­ sichtlichkeit halber nicht im einzelnen dargestellt. An der gegen­ überliegenden Seite ist der Boden 4 des Ventilgehäuses angeflanscht mit der Führung und den Dichtungen für die Ventilspindel 5 zum Einspritzen des Kühlwassers sowie dem ebenfalls hier nicht darge­ stellten Antrieb für diese Spindel 5.

In die weite Bohrung des Ventilgehäuses 1 ist eine Buchse 6 fest eingesetzt, in der eine Lochhülse 7 für den Dampfeinlaß von außen nach innen ausgebildet ist. Darunter ist der Ventilsitz 8 ange­ ordnet - bei Verengung der Buchse - und weiter unterhalb ist eine weitere Lochhülse 9 angeordnet für den Dampfauslaß.

In der Buchse 6 ist, an der Spindel 3 befestigt, der eigentliche Ventilkörper 10 geführt, mit dem mit Ventilsitz 8 zusammenwirkenden dichten Ventilverschluß 11 und in dem Ventilkörper 10 sind achs­ parallel verlaufende Durchlaßbohrungen 12 angeordnet zur Entlastung des Ventilkörpers 10 und seiner Spindeln 3 vom Dampfdruck. Sämt­ liche Teile liegen koaxial zu der Buchse 6. Die untere Kante 13 des Ventilkörpers 10 wirkt bei der Bewegung des Ventilkörpers mit den Lochungen 14 der Lochhülse 7 zusammen und gibt nach und nach bei ständig weiter gezogenem Ventilkörper einen immer größeren Durchfluß für den Dampfzustrom frei.

Zentral ist von der Unterseite des Ventilkörpers 10 ein weites Sackloch 15 in diesen eingelassen, dessen Bedeutung weiter unten erläutert wird.

In dem Boden 4 des Ventils ist mit einer seitlichen Kühlwasserzu­ führung 16 eine diese fortsetzende Bohrung 17 angeordnet, die in einem zentralen Sammelraum 18 mündet, der die Spindel des Kühl­ wasserventils umgibt. Oberhalb des Bodens 4 ist ein Einsatzteil 19 zwischen Boden 4 und Gehäuse 1 angeordnet. Dieses Einsatzteil 19 enthält ein weites Sackloch 20 auf seiner Unterseite, das den Sammelraum 18 im Boden 4 fortsetzt und an seiner Oberseite mit einem Ventilsitz 21 versehen ist. Mit diesem Ventilsitz 21 arbeitet eine ringförmige Ventilfläche 22 an der Spindel 5 zusammen zum dichten Abschluß. Unmittelbar unterhalb dieser Ventilfläche 22 ist die Spindel 5 mit einer zentralen Bohrung 23 versehen und damit hohl ausgebildet.

Die Führungsbohrung für die Spindel 5 in dem Einsatz 19 ist ober­ halb des Ventilsitzes 21 etwa bis zu halber Länge mit einer Er­ weiterung 24 versehen, in der die Spindel 5 mit größerem Durch­ messer 25 geführt ist. Oberhalb der Ventilfläche 22 ist an der Spindel eine Lochhülse 26 ausgebildet, deren Löcher 27 mit der Innenkante des Ventilsitzes 21 in dem Einsatz 19 zusammen­ wirken zum geregelten Durchlaß des Kühlwassers, das durch Leitung 16 und Bohrung 17 in den Sammelraum 18 zugeführt wird, von dem Sammel­ raum 18 in die innere Bohrung 23 der Spindel 5. Es ist erkennbar, daß je nach Stellung der Spindel 5 ein vollständiger Abschluß des Kühlwasserzustroms erfolgt, wenn die Ventilfläche 22 an der Spindel dicht auf dem Ventilsitz 21 in dem Gehäuseeinsatz 19 aufsitzt und sodann eine geregelte, d.h. nach und nach stärker werdende Kühl­ wasserzuführung erfolgt, nachdem die Spindel 5 nach unten ver­ schoben ist und zunehmend immer mehr Löcher 27 in der Lochhülse 26 frei gibt.

An dem oberen Ende der Spindel 5 wirkt ihr Außenrand mit der Kante 28 mit den Löchern 30 an der Lochhülse 29 zusammen, die in dem obersten Teil des Einsatzes 19 ausgebildet ist. Darüber ist der Einsatz 19 verschlossen und ragt in die Höhlung 15 auf der Unter­ seite des Ventilkörpers 10 hinein.

Durch das Zusammenwirken der Kante 28 am Ende der Spindel 5 mit den Löchern 30 der Lochhülse 29 wird eine geregelteKühlwasser-Ein­ spritzung in den Dampfstrom erreicht, wobei diese Kühlwasser-Ein­ spritzung unmittelbar - bei Öffnen des Dampfventils, also Abheben von dem Ventilsitz 11 unmittelbar nach der engsten Stelle des Dampfdurchlasses erfolgt. Es ist erkennbar, daß die Kühlwasserein­ spritzung in dem Einsatz 19 auch wesentlich tiefer im Dampfstrom und damit weiter entfernt von dem engsten Durchlaß angeordnet werden kann, beispielsweise auch gegenüber der Lochhülse 9 in der ge­ häusefesten Buchse 6, wenn das aus Betriebsgründen für vorteilhaft angesehen wird. Lage und Abstand des Kühlwassereinlasses von dem Dampfdurchlaß und seiner Drosselung sind wegen der völligen Unab­ hängigkeit der Spindel für Dampfventil und der Spindel für das Kühlwasserventil beliebig wählbar.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ventil ist auf der linken Seite die Stellung des dichten Abschlusses beider Ventile, auf der rechten Seite die volle Öffnung beider Ventile dargestellt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ventil nach einer anderen Aus­ führungsform ist lediglich die Stellung des dichten Abschlusses beider Ventile dargestellt. Gleiche Teile sind bei diesem Aus­ führungsbeispiel mit gleichen Bezugszeichen versehen und wirken in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Zum Unterschied zu den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 ist die erste Lochhülse 7 in der gehäusefesten Buchse 6 für den Dampfein­ laß derart ausgebildet, daß ihre Innenfläche einen Abstand gegenüber dem eigentlichen Ventilkörper 10 hat. Der gesamte durch den Kanal A zuströmende Dampf strömt also ständig durch die verschiedenen Bohrungen 14 in der Lochhülse 7, es erfolgt lediglich eine Regelung an der engsten Stelle zwischen Ventilsitz 8 und der Ventilfläche 11 an dem Ventilkörper 10.

Auch hier erfolgt die Zuführung des Kühlwassers über Leitung 16 und Bohrung 17 entsprechend dem Pfeil C zu dem Sammelraum 18. Dieser ist jedoch an seiner Oberfläche abgeschlossen von einem Einsatz­ deckel 19 a, der den Einsatz 19 in der Buchse 6 nach unten an­ schließt. Der Einsatz 19 ist in seinem unteren Teil mit einem trichterförmigen Hohlraum 31 versehen, der von dem Deckel 19 a eben­ falls abgeschlossen ist. In dem Deckel 19 a ist eine zentrale Durch­ laßbohrung oberhalb des Sammelraums 18 angeordnet. In dieser Durch­ laßbohrung ist an der Oberkante der Ventilsitz 21 ausgebildet. An der Spindel 5 für die Kühlwasserregelung ist unterhalb der Ventil­ fläche 22 ein Paraboloid 32 ausgebildet, es handelt sich also um ein Parabolkegelventil, bei dem die Regelung des Kühlwasserdurch­ flusses von dem Sammelraum 18 in den Raum 31 beim Anheben des Ventilkörpers nach und nach durch größere Durchlaßquerschnitte er­ folgt.

In dem Einsatz 19 ist die Spindel des Kühlwasserventils massiv aus­ gebildet und lediglich mit ihrem obersten Ende 33 geführt, das als Kolben ausgebildet ist. An dieser Stelle (bei geschlossenem Ventil) ist die von dem Einsatz 19 gebildete Röhre als Lochhülse 34 ausge­ bildet mit Löchern 35. Es ist erkennbar, daß beim Aufwärtsbewegen der Spindel 5 der Kolben 33 am Ende der Spindel mit seiner Abdeck­ kante 36 die Löcher 35 der Lochhülse 34 nach und nach frei gibt und damit die Einspritzung des Kühlwassers in den Dampfstrom re­ gelt.

Der Dampfstrom ist in eine große Anzahl von Teilströmen aufgeteilt, denn an den Ventilkörper 10 ist ein Lochkorb 37 angeformt, dessen Löcher 38 von dem Ventilsitz 8 des Dampfventils beim Anheben nach und nach freigegeben werden, so daß den zentral nach innen gerichte­ ten Teilströmen des Dampfes jeweils diametral nach außen gerichtete Kühlwasserstrahlen entgegengerichtet sind. Die Anordnung ist der­ art getroffen, daß bei geringer Öffnung der Ventile Dampfstrahlen und Kühlwasserstrahlen einander unmittelbar entgegengerichtet sind, bei vollständiger Öffnung beider Ventile die Kühlwasserstrahlen den unteren Löchern 38 in der Lochhülse 37 des Ventilkörpers 10 ent­ gegengerichtet sind und damit im stärksten Dampfdurchlaß, wobei jedoch der Dampfdurchlaß durch die oberen engeren Löcher 38 in der Hülse 37 die Kühlwasserstrahlen ebenfalls zu passieren hat.

Aus der vorstehenden Beschreibung der beiden unterschiedlichen Ausführungsformen ist zu erkennen, daß es nach der Erfindung mög­ lich ist, die völlig unabhängig voneinander beweglichen Spindeln von Dampfdurchlaß und Kühlwassereinspritzung, sowohl derart anzu­ ordnen, daß sie gleichsinnig zu bewegen sind oder auch derart, daß sie gegenläufig bewegt werden können.

Die Darstellungen nach den Fig. 3 und 4 sind rein schematische Übersichtsskizzen von Dampfumformventilen mit Kühlwassereinspritzung, die äußerst stark vereinfacht sind. Es ist lediglich dargestellt, daß das Dampfventil mit einem Lochkorb versehen ist. Es sind die wesentlichen Bezugszeichen für diese schematischen Zeichnungen übernommen. Auf Einzelbeschreibungen soll hier nicht näher eingegangen werden, nachdem zuvor zwei Ausführungsbeispiele eingehend beschrieben und dargestellt daß das Dampfventil mit einem Lochkorb versehen ist. Auf Einzelbe­ schreibungen soll hier nicht näher eingegangen werden, nachdem zu­ vor zwei Ausführungsbeispiele eingehend beschrieben und dargestellt worden sind. Die Übersichtsskizzen nach den Fig. 3 und 4 sollen lediglich zeigen, daß aufgrund der völligen unabhängigen Anordnung von Dampfventil einerseits und Kühlwasserventil andererseits und der völlig unabhängigen Regelung voneinander die Möglichkeit be­ steht auch Dampfumformventile mit Kühlwassereinspritzung darzu­ stellen bzw. zu konstruieren, bei denen die Achsen der Spindeln der beiden Ventile im Winkel zueinander angeordnet sind, entsprechend Fig. 3 oder bei denen die Achsen der Spindeln der beiden Ventile parallel zueinander versetzt angeordnet sind, entsprechend der Fig. 4. Aus der Fig. 3 ist auch zu erkennen, daß dabei die Möglichkeit besteht die Gehäuse derart auszubilden, daß die Zu- und Ableitung des Dampfes in das Gehäuse in anderer Weise angeordnet werden kann, als das bisher möglich war, beispielsweise können beide Leitungen in einem Winkel zueinander stehen. Die Erfindung bietet also nicht nur die Möglichkeit die Regelungsmöglichkeiten von Dampf und Kühl­ wasser völlig unabhängig voneinander durchzuführen und damit auch eine optimale Regelung zu erreichen, wobei der Aufbau gegenüber bis­ her bekannten Ventilen erheblich vereinfacht ist, sondern sie bietet auch die Möglichkeit für den Konstrukteur derartige Ventile mit wesentlich größerer Freiheit zu bauen, d.h. Bauarten herzustellen, die bisher bei der notwendigerweise gleichachsigen Anordnung von Dampf- und Kühlwasserventil nicht möglich waren.

Claims (6)

1. Dampf-Umformventil mit Kühlwassereinspritzung, wobei sowohl der Dampf als auch die Kühlwassereinspritzung von völligem Abschluß bis auf vollständigen Durchfluß zu regeln sind - und mit einem Fühler (Meßorgan) für mindestens eine Zustandsgröße des Dampfes in der Abdampfleitung des Ventils, der auf den Kühlwasserzufluß einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit Ven­ til (21, 22) und Ventilspindel (5) zum Einspritzen des Kühlwassers vollständig getrennt ist von der Spindel (3) und dem Ventil (10) für die Regelung des Dampfdurchlasses und jede der beiden Ventil­ spindeln (3) und (5) je mit einem eigenen Stellmotor verbunden ist.

2. Dampf-Umformventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (3) des Ventils für die Regelung des Dampfdurchlasses und die Spindel des Ventils für die Kühlwassereinspritzung gleich­ achsig angeordnet sind.

3. Dampf-Umformventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (3) des Ventils für die Regelung des Dampfdurchlasses und die Spindel (5) des Ventils für die Kühlwassereinspritzung mit ihren Achsen im Winkel zueinander angeordnet sind.

4. Dampf-Umformventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (3) des Ventils für die Regelung des Dampfdurchlasses und die Spindel (5) des Ventils für die Kühlwassereinspritzung mit ihren Achsen parallel zueinander versetzt angeordnet sind.

5. Dampf-Umformventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmotore beider Spindeln (2) und (5) über eine elek­ trische bzw. elektronische Schaltung miteinander verbunden sind, an der die Stellglieder angeordnet sind, mit denen jede Relativverschiebung der beiden Spindeln zueinander einstellbar ist.

6. Dampf-Umformventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor der Kühlwasserspindel (5) über die elek­ trische bzw. elektronische Schaltung zusätzlich mit dem Fühler in der Abdampfleitung des Ventils zur Ausführung von überlagernden Stellbewegungen verbunden ist.