DE3533363C1 - Sicherheitsueberstroemventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsüberströmventil mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspru­ ches 1, wie es z. B. aus der Veröffentlichung "Technische Mitteilungen", 2/1974, Seite 73, Bild 3, bekannt ist.

In konventionellen Kraftwerken wird neuerdings als Verbindung vom Überhitzeraustritt am Hochdruckteil des Dampferzeugers zum Zwischenüberhitzereintritt eine Über­ strömstation eingesetzt, die gleichzeitig als Sicherheits­ einrichtung dienen soll. Diese Überströmstation hat mehrere Aufgaben zu erfüllen. So ist der Dampfdruck von der Hoch­ druckschiene zur Mitteldruckschiene der Kesselanlage gere­ gelt zu reduzieren. Dieser teilentspannte Dampf ist auf die Temperatur am Zwischenüberhitzereintritt abzukühlen. Schließlich ist ein Überschreiten des Kesselkonzessions­ druckes zu verhindern.

Es sind sogenannte Dampfumformventile bekannt (DE-PS 19 45 035, DE-PS 25 44 970), die zur Druck- und Temperatur­ reduzierung von Dampf dienen. Diese Dampfumformventile wei­ sen ein als Parabol- oder Lochkegel ausgebildetes Drossel­ organ für den Dampf auf. Gleichzeitig ist eine Spritz­ wasserleitung vorgesehen, die mit in mehreren Ebenen über­ einander angeordneten Einspritzbohrungen verbunden ist. Dabei sind das Drosselorgan und die Einspritzbohrungen so miteinander funktionell verknüpft, daß der durch die jewei­ lige Stellung des Drosselorgans freigegebene Querschnitt der Einspritzbohrungen dem freigegebenen Dampfregelquer­ schnitt angepaßt ist. Die aus den beiden genannten Patent­ schriften bekannten Dampfumformventile weisen keinen von unten mit Druck beaufschlagten Absperrkegel auf, wie er grundsätzlich bei Sicherheitsventilen verlangt und einge­ setzt wird.

In der älteren, nicht vorveröffentlichten DE-PS 35 24 732 ist ein Sicherheitsüberströmventil für Dampf beschrieben, bei dem ein die Ventilspindel umgebender, mit axialen Bohrungen für die Spritzwasserzuführung versehener Führungs­ zylinder unverschiebbar angeordnet ist. Auf diesem Führungs­ zylinder gleitet ein Lochzylinder, der mehrere Reihen von Durchtrittsbohrungen für das Spritzwasser enthält und mit dem Absperrkegel auf der dem Dampfeintrittsstutzen abge­ wandten Seite verbunden ist. Die Anzahl der Durchtritts­ bohrungen kann in Abhängigkeit vom Hub variiert werden, so daß die Wassergeschwindigkeit an der Einspritzstelle über die gesamte Betriebskennlinie des Sicherheitsüberström­ ventils groß ist.

Bei der Temperaturreduzierung durch Wassereinspritzung ist es von Bedeutung, daß das eingespritzte Wasser mög­ lichst homogen im Dampfstrom verteilt wird. Dies wird er­ reicht, wenn das Wasser möglichst fein verdüst mit hoher Geschwindigkeit eingespritzt wird. Um den Verschleiß im Einspritzsystem zu reduzieren, wird die Einspritzgeschwin­ digkeit auf 60 bis 70 m/s begrenzt. Dies entspricht einer Druckdifferenz zwischen Einspritzwasser und Dampf von etwa 20 bar. Diese Druckdifferenz soll nach Möglichkeit über alle Betriebszustände erhalten bleiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheits­ überströmventil der gattungsgemäßen Art derart zu gestalten, daß gleichzeitig eine Druck- und Temperaturreduzierung mög­ lich ist und daß die Einspritzgeschwindigkeit des Wassers über alle Betriebszustände weitgehend konstant bleibt.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Sicherheits­ überströmventil durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitsüberströmventil bestimmt der Absperrkegel mit dem nachgeschalteten Lochzylinder über seine Hubstellung die Druckreduzierung des Dampfstromes. Die verwendete Feder ist so vorgespannt, daß bei Beaufschlagung mit Spritzwasser nach Erreichen eines vorbestimmbaren Differenzdruckes zwischen Dampf und Einspritzwasser der Führungszylinder gerade vom Sitz ab­ hebt. Die Breite des Ringspaltes am Sitz stellt sich ent­ sprechend der zugeführten Wassermenge ein. Auf diese Weise sind nahezu konstant hohe Einspritzgeschwindigkeiten mög­ lich, die eine gute Vermischung des Wassers mit dem Dampf gewährleisten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung stellt den Längsschnitt durch ein Ventil gemäß der Erfindung dar, wobei in der linken Bildhälfte die ge­ schlossene und in der rechten Bildhälfte die offene Ventil­ stellung gezeigt ist.

Das Sicherheitsüberströmventil ist in der Dampfleitung des Hochdruckventiles einer Kesselanlage angeordnet. Es enthält ein Gehäuse 1, das durch einen mit Hilfe von Schrauben 2 befestigten Deckel 3 geschlossen ist. Das Gehäuse 1 weist einen Dampfeintrittsstutzen 4 und einen Dampfaustrittsstutzen 5 auf. Das Gehäuse 1 nimmt einen Ventilsitz 6 auf, der durch einen Absperrkegel 7 freigege­ ben bzw. geschlossen wird. Der Absperrkegel 7 ist an einer axial verstellbaren Spindel 8 befestigt, die durch den Deckel 3 hindurchgeführt ist. Auf die Spindel 8 wirkt die Andrückkraft, die durch eine Hydraulik aufgebracht wird und die dem Druck des von unterhalb des Absperrkegels 7 anstehenden Dampfes entgegengerichtet ist.

Der Absperrkegel 7 ist stromabwärts von dem Ventilsitz 6 mit einem Lochzylinder 9 verbunden. Der Lochzylinder 9 ist in einem Zylinder 10 geführt, der mit dem Gehäuse 1 fest verbunden ist. Der Lochzylinder 9 ist mit Durch­ trittsbohrungen 11 versehen, die in mehreren Ebenen über­ einander angeordnet und über den Umfang verteilt sind. Bei einem Anheben der Spindel 8 aus der Schließstellung (linke Bildhälfte der Zeichnung) in die Offenstellung (rechte Bildhälfte der Zeichnung) wird der Ventilsitz 6 freigegeben, und zunehmend mehr Durchgangsbohrungen 11 gelangen aus der Überdeckung mit dem Zylinder 10 heraus. Damit ist der Weg für den Dampf freigegeben, der bei der Durchströmung des Ringspaltes am Ventilsitz 6 und der Durchgangsbohrungen 11 des Lochzylinders 9 in zwei Stufen entspannt wird. Zur weiteren Druckreduzierung in einer dritten Stufe ist der Zylinder 10 in dem dem Deckel 3 zuge­ wandten Bereich ebenfalls mit Durchtrittsbohrungen 12 ver­ sehen.

Die Spindel 8 ist oberhalb des Absperrkegels 7 von einem Führungszylinder 13 umgeben, der in einer Bohrung des Deckels 3 geführt und axial verschiebbar ist. In einem den oberen Teil des Führungszylinders 13 umschließenden Ringraum 14 des Deckels 3 münden zwei Stutzen 15, die an eine nicht gezeigte Spritzwasserzuführungsleitung ange­ schlossen sind. Der Führungszylinder 13 weist parallel zur Spindel 8 axiale Bohrungen 16 auf. Die axialen Bohrungen 16 stehen mit einem Ende über den Ringraum 14 und die Stutzen 15 mit der Spritzwasserzufüh­ rungsleitung in Verbindung. Das andere, untere Ende der axialen Bohrungen 16 ist durch einen Sitz 17 verschließbar. Der Sitz 17 ist durch zwei einander gegenüberliegende Sitz­ flächen gebildet. Die eine Sitzfläche ist auf der oberen Seite des Absperrkegels 7 und die andere Sitzfläche ist auf der Unterseite des Führungszylinders 13 angebracht.

Dabei ist der Durchmesser d 2 des Sitzes 17 größer als der Durchmesser d 1 der Bohrung im Deckel 3, in der der Führungszylinder 13 gleitend gehalten ist.

Oberhalb des Führungszylinders 13 ist auf die Spindel 8 ein Ring 18 geschraubt, der mit einem zylindrischen, nach unten weisenden Ansatz versehen ist. Zwischen dem Ring 18 und der oberen Stirnfläche des Führungszylinders 13 ist ein Paket aus Tellerfedern 19 gelegt. Die Tellerfedern 19 sind vorgespannt, so daß der Führungszylinder 13 unter Federkraft gegen den Sitz 17 gedrückt ist.

Wird vom Temperaturregelkreis der Kesselanlage der Befehl zur Wassereinspritzung gegeben, so öffnet zunächst das Regelventil in der Spritzwasserzuführungsleitung. Das Wasser wird dann durch die Stutzen 15, den Ringraum 14 und die im Führungszylinder 13 befindlichen axialen Boh­ rungen 16 in den Raum zwischen dem Führungszylinder 13 und dem Absperrkegel 7 geleitet. Die Vorspannung der Tellerfedern 19 ist mittels des Ringes 18 so eingestellt, daß ein Differenzdruck von etwa 20 bar, der auf der von den Durchmessern d 1 und d 2 begrenzten Ringfläche lastet, den Führungszylinder 13 gerade vom Sitz 17 abhebt. Der Ringspalt am Sitz 17 stellt sich entsprechend der zugeführten Wassermenge ein, wobei der Differenzdruck auf etwa 24 bar ansteigen kann.

Claims (4)

1. Sicherheitsüberströmventil für Dampf, das ein Gehäuse (1) mit einem Deckel (3), einem Dampfeintrittsstutzen (4), einem Dampfaustrittsstutzen (5) und einem Ventil­ sitz (6) enthält, der durch einen vom Dampf entgegen der Schließkraft des Ventils angeströmten und mit einer axial verstellbaren Spindel (8) verbundenen Absperr­ kegel (7) verschließbar ist, wobei das Sicherheitsüber­ strömventil auf der der Dampfzuströmung abgewandten Seite des Ventilsitzes (6) mit einer Spritzwasserzuführung ver­ sehen ist und die Spindel (8) vor dem Absperrkegel (7) von einem Führungszylinder (13) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrkegel (7) dampfstromabwärts des Ventilsitzes (6) mit einem vom Dampf durchströmten Lochzylinder (9) versehen ist, und daß der Führungszylinder (13) axial gegen die Kraft einer Feder (19) verschiebbar ist und axiale Bohrungen (16) für das Spritzwasser aufweist, deren eine Enden mit der Spritzwasserzuführungsleitung verbunden und deren andere Enden durch einen Sitz (17) verschließbar sind, dessen Sitzflächen auf einander zugewandten Flächen des Absperr­ kegels (7) und des Führungszylinders (13) angebracht sind.

2. Sicherheitsüberströmventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung des Führungszylinders (13) auf die Spindel (8) ein Ring (18) aufgeschraubt und zwischen den Ring (18) und der oberen Stirnfläche des Führungszylinders (13) ein Paket aus Tellerfedern (19) gelegt ist.

3. Sicherheitsüberströmventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszylinder (13) in einer Bohrung des Deckels (3) geführt ist.

4. Sicherheitsüberströmventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszy­ linder (13) auf einer Ring-Projektionsfläche, die durch die Differenz des Außendurchmessers d ₂ des Sitzes (17) und des Durchmessers d ₁ der Führungszylinder-Bohrung im Deckel (3) bestimmt ist, mit dem Druck des Spritz­ wassers beaufschlagt ist.