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Mittelbar beeinflußtes Sicherheitsventil zum Einbau in Dampfanlagen
Die Erfindung bezieht sich auf mittelbar beeinflußte Sicherheitsventile, durch deren
Steuerventil die .auf den Hilfskraftkolb:en des Hauptventils ausgeübte Schließkraft
überwacht wird, und bezweckt, derartige Ventile für den Einbau in Dampfanlagen,
insbesondere Gegendruckturbinenanlagen, so auszubilden, daß sie gegen Druckschwanl,tungen
wenig empfindlich sind und unter allen Betriebsverhältnissen stoßfrei: arbeiten.
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Bei mittelbar beeinflußten Sicherheitsventilen der üblichen Bauart
sind sowohl das Steuerventil als ,auch besonders das Hauptventil in ihrer Arbeitsweise
gegen Druckschwankungen sehr empfindlich. Beispielsweise wurde beobachtet, daß bei
Gegendruckanlagen, bei denen eine Beeinflussung des Druckes durch den Turbinenregler
erfolgt, jede Regelbewegung des Turbinenreglers eine entgegengesetzte Bewegung,des
in der Gegendruckleitung angeordneten Sicherheitsventils veranlaßt. Schwingungen
können auch schon durch die Form und Größe der Rohrleitungen veranlaßt werden, z.
B. wenn die Zuführungsleitung zu dem Sicherheitsventil verhältnismäßig eng ist,oder
an irgendeiner Stelle einen wesentlichen -Strömungswiderstand aufweist. In diesem
Fälle tritt erfahrungsgemäß nach öffnen des Sicherheitsventils ein. Absinken des
Druckes zwischen Drosselstelle und Sicherheitsventil ein, wodurch das Sicherheitsventil
schließt. Sofort nach dem Schließen des Ventils bildet sich aber wieder eine Druckerhöhung
,aus, die das Ventil wieder zum öffnen bringt. Diese Vorgänge geben Anlaß zum Schlagen
des Ventils.
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Das unerwünschte Schlagen des Hauptventils und die dadurch verursachten
Folgeerscheinungen
des stoßweisen Ausströmens des Dampfes werden
nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß an dem Steuerventil eine erst nach einem
gewissen Anfangshub seines Ventilkegels zur Wirkung gelangende Dämpfungseinrichtung,
z. B. eine Feder, in der Weise angeordnet ist, daß das Hauptventil anfänglich bis
auf eine verhältnismäßig große Abblasemenge schnell öffnet, dann aber, ohne bis
in die Endstellung aufzuschlagen, langsam weiter öffnet.
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Bei einem bekannten Überdruckventil für mit explosiven Gasen gefüllte
Räume ist das Ventil nur mit einer schwachen Feder belastet, damit es sich schon
bei geringem überdruck .öffnen kann, und verhindert wird, daß in dem Raum, den-
das Ventil .abdichtet, Ex-. plosionen mit hohem Überdruckentstehen. Infolge der
schwachen Federbelastung wird das Ventil rasch geöffnet. Das aufgeschleuderte Ventil
wird von einem Puffer aufgefangen, der so ausgebildet ist, da.ß sein Widerstand
mit dem Bremsweg erst schwach und dann stärker ansteigt. Bei diesem bekannten Ventil
hat die Dämpfungseinrichtung die Aufgabe, eine Beschädigung des ,aufgeschleuderten
Ventils zu verhüten. Dementsprechend ist sie .an dem den Gasaustritt freigebenden
Ventil selbst angeordnet. Nach der Erfindung ist die. Einrichtung dagegen nicht
an dem Hauptventil, das zunächst schnell und dann langsam weiter öffnen soll, getroffen,
sondern an dem Steuerventil. Außerdem hat das mittelbar gesteuerte Sicherheitsventil
eine ganz andere Aufgabe zu erfüllen, als das zur Sicherung gegen Explosionen finit
hohem 'Überdruck bestimmte Überdruckventil.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Dämpfungsfeder,
die erst nach einem gewissen Öffnungshub des Steuerventils zur Wirkung gelangt,
in eine am Steuerventil angeordnete Ölbremse eingebaut. Dadurch wird mit einer baulich
einfachen Anordnung erreicht, daß sowohl ein günstiger Verlauf -des Öffnungsvorganges
des Sicherheitsventils gesichert als auch ein Schlägen beim Schließen verhindert
ist.
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Es ist bekannt, .an dein Hauptventil eine Ölbremse ,anzuordnen. Damit
läßt sich .aber die beabsichtigte Wirkung nicht erzielen. Wollte man eine mit einer
Ölbremse vereinigte Dämpfüngseinrichtung am Hauptventil anordnen, so würde die Einrichtung
sehr große Abmessungen erfordern und die Ausführung des Ventils ungewöhnlich verteuern.
Außerdem wäre eis unrichtig; das Öffnen des Hauptventils durch dessen unmittelbare
Belastung zu stark zu .erschweren, weil am Hauptventil große Öffnungskräfte wirksam
sein müssen, um unter allen Umständen das Abblasen des Hauptventils zu sichern,
auch wenn dieses aus irgendwelchen Ursachen, z. B. durch .angesetzte Verunreinigungen,
festsitzen sollte.
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Auf der Zeichnung zeigt ` - Abb. i in vereinfachter Darstellung einen
senkrechten Schnitt durch .ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
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Abb.2 gibt in einem Schaubild den Verlauf des über dem Impulsdruck
aufgetragenen Steuerdruckes. wieder.
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Abb.3 zeigt den Schnitt durch das Steuerventil in größerem Maßstabe.
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Zwischen der Eintrittsleitung i und der Austrittsleitung 2 ist der
Ventilsitz 3 des Hauptventils 4 angeordnet. Mit dem Kegel des Hauptventils ist der
Hilfskraftkolben 5 verbunden. Auf der - Spindel 6 des Hauptventilkegels ist eine
Feder 7 angeordnet, die hauptsächlich die Aufgabe hat, das Hauptventil zu schließen,
wenn es aufgestellt ist und nicht unter Druck steht. Die Schließkraft der Feder
7 ist im Vergleich zu den am Hilfskraftkolben Sauftretenden öffmmgs-# kräften verhältnismäßig
klein. Der in der Druckkammer 8 über dem Hilfskraftkolben 5 herrschende Schließdruck
wird von dein Steuerventil g überwacht, dessen Gehäuse an einem Stutzen i o des
Dampfeintrittsrohres i angebaut ist. Es bezeichnet r i den Sitz des Steuerventils,
12 einen mit seinem Ventilkörper 9 verbundenen Ausgleichkolben und 13 die Ventilspindel,
Der Ausgleichkolben 12 läuft mit Spiel in seiner Führung 24: Durch den Spielraum
kann Dampf in eine durch den Ventilkegel g abgeschlossene Vorkammer 14 eintreten.
Bei geöffnetem Steuerventil g strömt der Dampf aus der Vorkammer 14 durch den Austrittsstutzen
15 aus. Von der Vorkammer 14 führt eine Verbindungsleitung 16 zur Druckkammer 8
des Hauptventils. Eine Zweigleitung 17, in der ein Hilfsabsperrventil 18 ,angeordnet
ist, führt von der Leitung 16 und damit von der Druckkammer 8 zur Auspuffleitung
2. Das Steuerventil ist durch ein auf einem Hebel ig einstellbares Gewicht 2o belastet.
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Eine derartige Ausführung eines mittelbar beeinflußteli Sicherheitsventils
ist bekannt. Der durch den Spielraum zwischen dem Aus- 1 gleichkolben 12 des Steuerventils
g und der Kolbenführung 24 durchtretende Leckdampf füllt durch die Leitung 16 den
Druckraum 8 über dem Kraftkolben 5 des Hauptventils 4. an. Das Absperrventil i8
in der Zweigleitung 17 ist dabei geschlossen. Auch das Steuerventil g bleibt so
lange geschlossen, wie der Druck in der Eintrittsleitung i die durch Einstellung
des Belastungsgewichtes 2o des Steuerventils bestimmte Druckgrenze nicht überschreitet.
Wird diese Druckgrenze überschritten, so wird das Steuerventil g geöffnet.
Der
Schließdampf kann jetzt aus der Druckkammer 8 durch die Leitung 16, das geöffnete
Steuerventil 9 und den Austrittsstutzen 15 -ab.-strömen. Infolgedessen wird
das Hauptventil q. durch den auf die Stufenfläche des Hilfskraftk olbens 5 einwirkenden
Druck geöffnet, und der Dampf kann aus der Leitung i zur Austrittsleitung 2 abströmen.
Durch Öffnen des Absperrventils 18 in der Abzweigleitung 17 kann man ebenfalls den
Schließdruck aus der Druckkammer 8 austreten lassen und damit unabhängig vom Erreichen
der Druckgrenze des Dampfes in der Leitung i das Hauptventil zum Öffnen bringen.
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Um bei dem durch Ansprechen des Steuerventils 9 herbeigeführten Öffnen
des Hauptventils den Öffnungsvorgang in der eingangs erläuterten Weise zu beeinflussen,
ist erfindungsgemäß folgende Anordnung getroffen: Mit dem Belastungshebel i9 des
Steuerventils ist der Kolben 2 i einer Ölbremse 22 verbunden. Eine in der Ölbremse
angeordnete Dämpfungsfeder 23 ist so eingebaut, da:ß sie erst nach einem gewissen
Anfangshub des Steuerventils 9 und damit des Kolbens 2 i zur Wirkung gelangt. Bei
dem gezeichneten Ausführungsbeispiel trifft der obere Federteller 25 erst nach einem
gewissen Hub des Kolbens 21 gegen den Anschlag26 (Abb.3). Erst von da ab. wirkt
die Feder 23 ,als zusätzliche Belastung am Gewichtshebel i g.
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In dem Schaubild der Abb.2 ist der Steuerdruck über dem Impulsdruck
- das ist der unter dem Steuerventil 9 herrschende Druck, ,also der Abblasedruck
in der Leitung i - aufgetragen. Der Steuerdruck ist der Druck im Druckraum 8 ,oberhalb
des Kraftkolbens 5. Ohne zusätzliche Dämpfungscinrichtung ,am Steuerventil würde
der Impulsdruck zwischen der kleinsten und größten Abblasemenge keine stark ee Erhöhung
erfahren, weil das Steuerventil 9 sehr schnell auf den größten Hub geht, dementsprechend
der Steuerdruck rasch fällt und das Hauptventil sogleich voll öffnet. Die Schaulinie
würde deshalb von dem bei i o atü liegenden Abblasebeginn sehr schnell abfallen.
Bei dem am Prüfstand untersuchten Ventil, von dem das Schaubild entsprechend Abb.2
aufgenommen ist, war der tote Gang der eingebauten Zusatzfeder so bemessen, daß
die Zusatzfeder bei einem Impulsdruck von i o,7 atü wirksam wird. Das zunächst nicht
zusätzlich belastete Steuerventil öffnet deshalb schnell nur bis zu dem Punkt, wo
die Dämpfungsfeder anliegt, und sodann langsam weiter. Infolgedessen bleibt zwar
die zeitliche Verzögerung, mit welcher das Hauptventil nach dem Steuerventil :öffnet,
klein, und das Hauptventil wird auch ,am Anfang verhältnismäßig weit geöffnet, so
daß es auch plötzlich auftretende Abblasemengen aufnehmen kann, dann aber wird das
weitere Anheben des Hauptventils bis zum vollen Öffnen stark verlangsamt. Bis zur
größten Abblasemenge steigt der Impulsdruck bis .auf 12,5 atü.
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Beim Einbau einer Zusatzfeder ohne toten Gang würde dagegen das Hauptventil
erst mit wesentlicher Verzögerung nach dem Steuerventil zu öffnen beginnen, weil
,anfänglich der Steuerdruck entsprechend dem geringen Öffnen des Steuerventils nur
allmählich sinkt> dann ,aber mit gleichmäßig großer Geschwindigkeit von Öffnungsbeginn
bis zur ,größten Öffnung öffnen.