DE7602237U1

DE7602237U1 - Sicherheits-ausloeseventil

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Publication number: DE7602237U1
Application number: DE19767602237U
Authority: DE
Original assignee: Turbodyne Corp Wellsville Ny Us
Current assignee: Turbodyne Corp Wellsville Ny Us
Priority date: 1975-06-19
Filing date: 1976-01-28
Publication date: 1984-08-02
Also published as: JPS6011202B2; CA1025746A; US3987818A; GB1503243A; JPS521302A; BR7508230A; IT1063269B; FR2314998B1; DE2603042C2; FR2314998A1; DE2603042A1

Description

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G 76 02 237.2
Turbodyne Corp.
N/GK

Sicherheits-Auslöseventil

Die Erfindung betrifft ein Sicherheits-Auslöseventil zum Steuern der Strömung von Arbeitsfluid bei hohen Temperaturen und hohem Druck zu einer Turbine und dergleichen, mit einem Ventilgehäuse, das eine Durchflußkammer begrenzt und einen mit dieser Durchflußkammer in Verbindung stehenden Einlad und Auslaß aufweist; mit einem Ventilsitz in dem Ventilgehäuse, das eine durch denselben hindurchgehende Ventilöffnung zum Durchlassen von Fluid vom Einlaß zum Auslaß hat; mit einer Auslöseventil-Anordnung in dem Ventilgehäuse, das einen Ventilteller und einen Antriebskolben hat; mit Fluidkanälen für Arbeitsfluid, die mit diesem Antriebskolben in Verbindung stehen; mit einem mit dem Ventilgehäuse verbundenen auf widrige Arbeitsbedingungen reagierenden Steuerventil, das mit Fluidkanälen verbunden ist; und mit einem auf dem Ventilgehäuse in Richtung der Antriebskolbenachse beweglich angebrachten Einstellstößel, der mit der Auslöseventil-Anordnung in Eingriff bringbar ist.

Bei einem bekannten Sicherheits-Auslöseventil dieser Art (US-PS 3 556 463) stehen normalerweise eine innere und eine äußere Betätigungskammer 42 bzw. 41 unter gleichem

Druck. Das Ventil wird dann durch eine Feder 36 im geöffneten Zustand gehalten. Bei widrigen Arbeitsbedingungen wird über einen Hebel 13 ein Steuerventil 11 geöffnet, über eine Leitung 12 entweicht dann der Druck aus der Kammer 42, so daß nur noch ein Druck von oben von der äußeren Betätigungskammer 41 auf den Kolben 31 wirkt. Das Ventil schließt sich. Bestehen keine widrigen Arbeitsbedingungen mehr, so wird das Steuerventil 11 wieder geschlossen, und es baut sich allmählich über den Zwischenraum zwischen Ventilschaft und Ventilschaftsführung der Einlaßdruck in der inneren Kammer 42 wieder auf, bis sich das Ventil unter Wirkung der Feder 36 und des Überdrucks in der inneren Kammer 42 wieder öffnet (die äußere Kammer 41 steht in diesem Moment noch unter dem niedrigeren Auslaßdruck des Ventils).

Dieses öffnen geschieht nun sehr plötzlich. Die schädlichen Wirkungen dieser plötzlichen Öffnungsbewegung werden bei dem vorbekannten Ventil dadurch verringert, daß bei der Ausführungsform der Figur 1 nur der Ventilteller, bei der Ausführungsform der Figur 2 auch der obere Teil des Kolbens bei der Öffnungsbewegung in eine Sackbohrung eindringt und das dort befindliche Gas komprimiert. Auf diese Weise findet eine Dämpfung des letzten Teiles der Öffnungsbewegung statt.

Erfahrungen mit Auslöseventilen, die der oben genannten US-Patentschrift der Anmelderin entsprechen, haben gezeigt, daß die Dämpfung nur für kleinere Ventile ausreichend war. Bei Ventilen mit Abmessungen von mehr als 7,6 cm wächst die physische Größe der Turbinen und der angetriebenen Ausrüstung, entsprechend den Abmessungen des Ventils, exponentiell an. Die größere Trägheit des Rotors der Turbine und der angetriebenen Ausrüstung erfordert dann ein langsames kontrolliertes Starten durch

die Bedienungsperson, um physischen Schaden von den rotierenden Teilen der Turbine bei einer plötzlichen Öffnung des Auslöseventils zu vermeiden, wenn die widrige Arbeitsbedingung, bei der das Ventil in die geschlossene Stellung ausgelöst wird, korrigiert ist. Die Dämpfung der Öffnungsbewegung des vorbekannten Ventils reicht hierfür nicht aus.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das vorbekannte Ventil so zu verbessern, daß es nach selbsttätigem Schliessen nur durch äußere Einstellmittel in kontrollierbarer Weise geöffnet werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß ein Übertragungsventil auf der Auslöseventil-Anordnung auf der Seite des Einstellstößels, mit demselben ausgerichtet, vorgesehen ist, das mit Arbeitsfluid-Kanälen verbunden ist, die mit auf beiden Seiten des Antriebskolbens gebildeten Hohlräumen in Verbindung stehen.

Das Sicherheits-Auslöseventil zum Unterbrechen des Flusses von Arbeitsfluid zu fluidbetriebenen Anlagen (z.B. Turbinen, die Wasserdampf oder andere Dämpfe oder Gase bei hohen Drucken und Temperaturen als Arbeitsfluid benutzen) wird in die geschlossene Stellung durch nicht im Gleichgewicht befindliche Kräfte gebracht, die auf dasselbe durch den Druck des Arbeitsfluids bei Auftreten von widrigen Arbeitsbedingungen ausgeübt werden. Nach dem Schließen des Auslöseventiles wird das Ungleichgewicht der Druck-

-A-

kräfte durch eine druckempfindliche Übertragungsventil-Anordnung im Auslöseventil aufrechterhalten, das plötzliches automatisches öffnen des Auslöseventils verhindert, wenn die widrige Arbeitsbedingung korrigiert ist. Ein mechanisches Einstellmittel, das mit dem Übertragungsventil zusammenarbeitet, ermöglicht dem Arbeitsfluid, eine resultierende Kraft in der Öffnungsrichtung auszuüben, wodurch das Auslöseventil dem mechanischen Einstellmittel folgt, während dieses durch den das Ventil Bedienenden von der geschlossenen zur offenen Stellung bewegt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventil wird also verhindert, daß das Auslöseventil die geschlossene Stellung verläßt, bis ein externes Einstellmittel an die bewegten Teile des Auslöseventils herangebracht ist. Es ist dann ein öffnen nur in dem Maße möglich, wie das Einstellmittel im Sinne einer Öffnungsbewegung bewegt wird. Ein solches kontrolliertes öffnen ist bei dem vorbekannten Ventil nicht möglich. Eine zusätzliche Abschaltung oder Drosselung der Dampfversorgung vor öffnen des Auslöseventils ist daher nicht notwendig, auch wenn große Turbinen oder sonstige mit einem Arbeitsfluid hohen Druckes und hoher Temperatur betätigte Anlagen über das erfindungsgemäße Auslöseventil mit Arbeitsfluid versorgt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Vertikalschnitt eines Sicherheits-Auslöseventils die Stellung der Elemente des Auslöseventils unter den normalen Arbeitsbedingungen im offenen Zustand;

4* ·« im Uli · · · t

Pig. 2 einen Querschnitt auf der Linie 2-2 von Fig. 1; Fig. 3 einen Querschnitt auf der Linie 3-3 von Fig. 1; Fig. 4 einen Querschnitt auf der Linie 4-4 von Fig. 1;

Fig. 5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Übertragungsventils und Stücke der damit verbundenen Teile, die teilweise aufgeschnitten sind, um die dadurch verlaufenden Flüssigkeitskanäle zu zeigen;

Fig. 6 in schematischer Darstellung das Auslöseventil in der geschlossenen Stellung;

Fig. 7 in schematischer Darstellung die Teile des Auslöseventils in einer Zwischenstellung oder teilweise offenen Stellung, die der Bewegung des Einstellmittels nach oben folgt;

Fig. 8 in schematischer Darstellung das Auslöseventil in der völlig geöffneten Stellung;

Fig. 9 in schematischer Darstellung die relative Lage der Elemente des Auslöseventils; und

Fig.10 in schematischer Darstellung ähnlich wie Fig. 6 das Auslöseventil in geschlossener Stellung nach einem Auslösesignal durch widrige Arbeitsbedingungen .

Das erfindungsgemäße Sicherheits-Auslöseventil 10 ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, mit einem äußeren mit 11 bezeichneten Steuerventil arbeitsmäßig verbunden, das mit dem Sicherheits-

Auslöseventil durch eine Pluidleitung 12 so in Verbindung steht, daß das Sicherheits-Auslöseventll 10 ähnlich wie die vorbekannten Auslöseventil-Systeme in die geschlossene Stellung gebracht wird, wenn das Steuerventil 11 als Folge von widrigen Arbeitsbedingungen geöffnet wird. Dies wird durch Mittel erreicht, die schematisch als ein Hebel 13 gezeigt sind, der das äußere Steuerventil 11 in die offene Stellung bringt, wenn widrige Arbeitsbedingungen des angeschlossenen Systems vorkommen und den Hebel 13 entsprechend betätigen.

Eine in der Leitung 12 angebrachte einstellbare Düse 14 begrenzt die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids, das aus Dampf oder einem anderen Fluid besteht, auf einen vorbestimmten Wert, wenn das äußere Steuerventil 11 in die offene Stellung durch den Hebel 13 gebracht wird.

Die Einzelheiten dieses Vorgangs zum Bewegen des Sicherheits-Auslöseventils zur geschlossenen Stellung sind in der US-PS 3 556 463 beschrieben und werden daher hier nicht weiter beschrieben.

Die Konstruktion des Sicherheits-Auslöseventils 10 besitzt nicht nur die Vorteile der erwähnten vorbekannten Einrichtungen, sondern ist außerdem so aufgebaut und wird so betrieben, daß ein automatisches öffnen des Sicherheits-Auslöseventils 10 nach der Betätigung in die geschlossene Stellung verhindert wird.

Es wird im folgenden auf die Fig. 1 - 5 der Zeichnungen Bezug genommen. Es ist dort gezeigt, daß das Sicherheits-Auslöseventil ein Gehäuse hat, das einen Hauptteil 15 des Sicherheits-Auslöseventil-Gehäuses und einen Ventildeckel 16 einschließt, der am Hauptteil des Ventils mit Hilfe einer Vielzahl von Bolzen 17 befestigt ist.

Ein Ventilführungsträger 18 ist am unteren Teil des Ventildeckels 16 mittels einer Vielzahl von Bolzen 19 befestigt, die im Umfang angeordnet sind und Abstand voneinander haben.

Pig. 1 und 2 zeigen weiter, daß der Ventildeckel 16 eine auswechselbare Laufbuchse 20 hat, die darin gesichert ist, wenn das Ventil zusammengebaut ist, um einen Zylinder 21 zu bilden, dessen Zweck weiter unten beschrieben wird.

Der Hauptteil 15 des Auslöseventil-Gehäuses definiert einen Ausflußkanal oder eine Kammer, die mit 22 bezeichnet ist, und mit einem durch den Einlaßabschnitt 24 des Hauptteils des Auslöseventil-Körpers gebildeten Einlaßkanal 23 in Verbindung steht. In einem Abstand von dem Einlaßkanal ist ein Auslaßkanal 25, der durch den Auslaßabschnitt 26 im allgemeinen im rechten Winkel zum Einlaßabschnitt 24 gebildet wird.

Der Auslaßabschnitt 26 wird mit dem Turbinen-Regelventil einer Dampfturbine verbunden werden, im Zusammenhang mit welcher ein Sicherheits-Auslöseventil der Erfindung besonders verwendbar ist.

Der Auslaßkanal 25 ist an der Stelle, an der er an die Durchflußkammer 22 anstößt, so geformt, daß ein auswechselbarer Ventilsitz 27 darin angebracht werden kann, um eine Ventilöffnung 28 zu schaffen.

8 -

tine rait 3o bezeichnete Ausloseventil-Anordnung wird durch den VentiIführungsträger 18 gehalten und in gleichachsiger Beziehung mit dem Ventilsitz 27 und der Ventilöffnung 28 geführt, um die Ventilöffnung zu öffnen und zu schließen und so den Fluß von Dampf oder einem anderen Arbeitsfluid vom Einlaßkanal 23 durch den Durchflußkanal oder die Kammer 22 und die Ventilöffnung 28 zum Auslaßkanal 2 5 zu steuern, wie dies jetzt genauer beschrieben werden wird.

Die Auslöseventil-Anordnung 3o schließt ein im allgemeinen zylindrisches Glied 31 ein, das in der Längsachse einer zylindrischen Buchse 32 liegt, so daß das untere Ende davon sich unter diese Buchse erstreckt, um einen Ventilteller aufzunehmen, gegen den das untere Ende der Buchse 32 angesetzt ist, wenn der Ventilkopf in der zusammengesetzten Stellung verbunden ist.

Ein dem oberen Lnde des zylindrischen Gliedes oder Ventil-Schaftes 31 benachbarter Kolben 34 liegt am oberen Ende der Buchse 32 an und wird in der zusammengesetzten Stellung mit Hilfe eines Übertragungsventilkörpers 3 5 gehalten, der mit einem mit Gewinde versehenen Abschnitt 3 6 am oberen Ende des zylindrischen Elements 31 wie in Fig. 1 der Zeichnung gezeigt verbunden ist.

Ein Dichtring 37 zwischen dem übertragungsventilkörpar 35 und dem oberen Ende des Kolbens 34 sorgt für Dichtung, um Verlust von Dampf oder einem anderen Arbeitsfluid von den in der Aurlöseventil-Anordnung gebildeten Kanälen zu verhindern, die für die Arbeitsweise des Sicherheits-Auslöseventils in Übereinstimmung mit der Erfindung wichtig sind, wie dies unten ausführlicher beschrieben wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 dürfte es klar sein, daß, wenn uer Ventilteller, das zylindrische Element oder uer Ventilschaft 31, die zylindrische Buchse 32, der Kolben 34unci eier Übertragungsventilkörper 35 wie oben beschrieben zusammengesetzt sind, diese eine einzige zusammengesetzte Anordnung biluen.und daß diese Anordnung, wenn sie gleitbar im Lagerglied 38 im Ventilführungsträger 18 angebracht ist, in der longitudinalen oder axialen Richtung des Ventilsitzes und der Ventilöffnung 28 liegt, so daß, wenn die Auslöseventil-Anordnung 3o auf den Ventilsitz 27 zu und yon diesem weg bewegt wird, sie die Ventilöffnung 28 öffnen und schließen wird und dabei die Strömung von Dampf oder anderer Arbeitsflüssigkeit vom üinlaßkanal 23 zum Auslaßkanal 25 steuern wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1-4 der Zeichnungen kann gesehen werden, daß die Ventilschaftbuchse 32 ein wenig Spiel wie bei 39 mit dem Lagerglied 38 hat, um so einen Strörnungskanal für Dampf oder ein anderes Arbeitsfluid zu schaffen.

Der Kolben 34 ist mit Kolbenringen wie bei 4o versehen, die im zusammengesetzten Zustand in gleitendem Eingriff mit dem durch die zylindrische Buchse 2o gebildeten Zylinder 21 angeordnet sind, um es so der Auslöseventil-Anordnung zu gestatten, axial in den Lagerungen 38 aufgrund von Kräften bewegt zu werden, die auf den Kolben 34während des Betriebes ausgeübt werden.

Der Kolben 34definiert innerhalb der zylindrischen Buchse eine äußere Betätigungskammer 41 im Ventildeckel 16 auf der oberen Seite des Kolbens 34 und eine innere Betätigungskammer 42 im Ventilführungsträger 18, so daß, wenn Dampf

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oder andere Arbeitsfluid in die äußere und innere Betätigungskammer eingelassen wird, der Druck de s Arbeitsfluids Kräfte auf die oberen und unteren Seiten des Kolbens 34 ausüben wird, die die Auslöseventil-Anordnung in der axialen Richtung des Ventilsitzes 27 und der Ventilöffnung 28 bewegen können.

Es wird weiter bemerkt, daß der effektive Durchmesser des Kolbens 34 vorzugsweise so ausgewählt wird, daß er eine größere üuerschnittsfläche als die effektive Fläche des Ventiltellers 3 3 bietet. Sies wird es dem Druckunterschied über dem Kolben 34 ermöglichen, eine größere Kraft in longitudinaler Richtung zum Bewegen des Auslöseventil-Aufbaus 3o zu schaffen, als dies für denselben Druckunterschied über uen Ventilteller 33 der Fall iat. Der Zweck hierfür wird aus der Beschreibung der Arbeitsweise weiter unten klar werden.

Der Übertragungsventilkörper 3 5 hält nicht nur die Elemente der Auslöseventil-Anordnung 3o in der zusammengesetzten Stellung, sondern bildet darüber hinaus einen Teil der Übertragungsventil-Anordnung und mit einer Gegenbohrung 46 im Ende des zylindrischen Gliedes 31 eine Flüssigkeitsübertragungskammer 47, wie dies in Fig. 1 und 3 der Zeichnungen klar gezeigt ist.

Fluid wird der Fluidübertragungskammer 47 durch eine erste Einlaßleitung 4 8 zugeführt, die im oberen Ende des Ventilschaftes oder zylindrischen Elementes 31 gebildet

ist, das an seinem oberen Ende mit der Kammer 4 und an dem unteren Ende mit einem Verbindungskanal in Verbindung steht, der durch einen hinterschnittenen Abschnitt auf dem Ventilschaft oder zylindrischen Element 31 gebildet wird, wobei der Kanal 49 wiederum an dem von der Einlaßleitung 4ö entfernten Ende mit einer radialen Bohrung in der Buchse 3 2 wie bei So in Verbindung steht.

..11

Wenn die Auslöseventil-Anordnung in der ganz geöffneten Stellung wie in Fig. 1 gezeigt ist, liegt die radiale Bohrung 5o innerhalb des Lagers 38, und wenn die Auslöseventil-Anordnung in der geschlossenen Stellung wie in Fig. 1 durch die gepunktete Linie gezeigt ist, wird die radiale Bohrung !So in Verbindung mit der im Hauptteil des Auslöseventil-Körpers gebildetea Durchflußkammer 22 stehen, so daß Dampf oder Arboitsfluid unter Einlaßdruck frei durch die radiale Bohrung 5o, Kanal 49 und Einlaßleitung 48 zur Fluidübertragungskammer 47 strömen wird, während sich die Anslöseventil-Anordnung der geschlossenen Stellung nähert oder in diese gebracht wird.

Die Ubertragungsventil-Anordnung arbeitet so, daß sie deir Arbeitsfluid gestattet, von der Fluidübertragungskammer 47 zur äußeren Betätigungskarraner 41 zu gelangen.

Wie in den Fig. 1, 2, 3 und 5 gezeigt wird, enthält der Übortragungsventil-Körper eine axiale Bohrung wie bei 55, in der das Übertragungsventil 56 gleitend angebracht ist. Das Übertragungsventil 56 hat einen zylindrischen Abschnitt wie bei 57, der in die axiale Bohrung 55 eingreift und dessen äußerer oder oberer Teil einen vergrößerten Ventilteller 58 einschließt, wie dies in den Fig. 1, 3 und 5 der Zeichnungen gezeigt ist.

Eine longitudinale Bohrung oder ein longitudinaler Kanal im zylindrischen Abschnitt steht an einem Ende mit der

Fluidübertragungskammer 47 und an dem davon entfernten Ende mit einer Querbohrung 6o in Verbindung, die sich auf einander entgegengesetzten Seiten des vergrößerten Tellers 58 öffnet, so daß, wenn das Ubertragungsventil in der offenen Stellung ist. Fluid von der Kammer

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durch den longitudinalen Kanal 59 und die Querbohrung Go au der äußeren Betätigungskammer 41 des Auslöseventils gelangen kann.

Eine Bewegung des Ubertragungsventiles 56 relativ zum Übertragungsventilkörper 35 nach oben ist durch irgendwelche passenden Mittel begrenzt, wie z.B. durch einen nahe dem unteren Ende des zylindrischen Abschnittes 57 angeordneten Sprengring 61, der mit dem Ubertragungsventilkörper während der Bewegung nach oben in Eingriff kommt. Während der Bewegung nach unten wird der vergrößerte Teller mit einem versenkten Ventilsitz 62 in Eingriff kommen und wird die Uuerbohrung 6o abdichten und verschließen, so daii Strömung von Dampf oder anderem Axbeitsfluid von der Fluidübertragungskammer 47 durch longitudinalen Kanal 59 und Querbohrung Go verhindert wird.

Um den gewünschten Schließvorgang zu erhalten, wenn das Steuerventil 11 in die offene Stellung betätigt wird, besitzt die Leitung 12 des externen Steuerventils 11 eine

Fluidverbindung mit der inneren Betätigungskammer 4 mittels eines verbindenden Kanals 65 im Ventildeckel 16.

Weiter ist wie bei den früheren Formen von Sicherheits-Auslöseventilen das zylindrische Llement oder der Ventilschaft 31 mit einer axialen Bohrung 66 versehen, die einen Strömungskanal 67 bildet, der an einem Ende mit einer Strömungsbegrenzenden Düse 6B im Ventilschaft 31 in Verbindung steht; am entgegengesetzten Ende kreuzt der Strömungskanal einen üuerkanal 69, der bis zu einer umlaufenden Hut 7o auf dem äußeren Umfang des zylindrischen Elementes oder Ventilschaftes 31 geht, so daß eine schräge Bohrung oder

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ein schräger Kanal 71 in dem Kolben sich mit deia Quer- ψ

w kanal 69 an einem Ende und der äußeren Betätigungshammer 41

auf dem entgegengesetzten Ende ausrichten und damit in w

Verbindung stehen wird. V₁

Ob Fluid durch den Kanal 67, den Querkanal 69 und , *

den schrägen Kanal 71 zu der äußeren Betätigungskanutier Ί

oder von der süßeren Betätigungskammer strömt, hängt von \ den Arbeitsbedingungen ab, bei denen das Sicherheits-

Auslöseventil 1o betrieben wird. '

Die Wirkung der Düse 68 ist, die Betätigungsdrucke für die sich ändernden Arbeitsbedingungeni wie dies hiernach be-

schrieben wird, zu ändern. H

Line Auslöseventil-Feder 75 ist um die Buchse 32 angebracht und ist auf einem Ende mit einem unteren Absatz 7 6 auf dem Ventilführungsträger 18 und an dem oberen oder ent- I

gegengesetzten Ende mit der unteren oder niedrigeren Seite 77 des Kolbens 34 in eingriff. Die Auslöseventil-Feder 75 übt eine relativ kleine Kraft aus, die jedoch groß genug ist, so daß die Auslöseventil-Anordnung 3o in die offene Stellung, wie dies in Fig. 1 der Zeichnungen gezeigt ist, vorgespannt wird, wenn keine Druckdifferenz am Kolben 34 liegt.

Mit der Auslöseventil-Anordnung wirkt, wie dies aus der hiernach beschriebenen Arbeitsweise klar werden wird, eine ^: heb- una senkbare Stange üo, die iia folgenden als Schubstange bezeichnet wiru, zusammen, die durch einen mit einem Gewinde versehenen Eingriff mit dem Ventildeckel 16 zu bewegen ist, so daß der Kopf 81 der Schubstange in eine solche Stellung gebracht v/erden kann, daß er mit dem Übertragungsventilteller 58 in Eingriff kommt, wie dies während des Betriebs des Auslöseventils nötig ist.

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Obwohl «s hier gezeigt wird, daß die Schubstange von Hand über das an ihrem Lnde außerhalb des Ventildeckols 1G befestigte Handrad Ü2 betrieben wird, kann die Schubstange andererseits durch jedes andere manuelle oder ferngesteuerte Mittel gedreht werden, wie z.B. einen nicht gezeigten elektrischen Motor oder jede andere nicht gezeigte Art von Stellglied. Diese Linrichtungen sind dem Fachmann bekannt und daher hier nicht dargestellt.

Fig. 6 - Io zeigen schematische Darstellungen für die verschiedenen Arbeitsbedingungen des Sicherheits-Auslöseventils 1o gemäß der Erfindung und zeigen schaubildlich durch Pfeile die Druckkräfte, die durch den Druck des Dampfes oder der anderen Arbeits fluids, die auf das Gehäuse des Auslüseventils wirkt, ausgeübt v/erden.

Fig. 6 zeigt die Stellung des Auslöseventils 1o bevor es für eine erste Inbetriebnahme in die offene Position bewegt wird.

In der in Fig. 6 gezeigten Stellung ist die Schubstange 80 in Eingriff mit dem tJbertragungsventilteller 58, die Feder 75 ist zusammengedrückt, das Steuerventil 11 ist geschlossen und es wirken keine Arbeitsbedingungen, die das Steuerventil 11 in die offene Stellung bewegen.

Dampf oder anderesArbeitsfluid von hoher Temperatur und hohem Druck wirkt, in der Kammer 22 im Ventilkörper 15 und gelangt durch den Zwischenraum 39 in die innere Betätigungskammer 42. Die äußere Betätigungskammer 41 hat den Druck der Auslaßseite des Ventils, weil sie mit dem Auslaß-

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kanal 25 durch die Kanäle 71, 69 und 67 in Verbindung steht, solange wie die Ubertragungsventil-Anordnung 4 5 geschlossen ist.

Obwohl die durch das Druckfluid ausgeübten Druckkräfte in der inneren Betätigungskammer 4 2 nach oben gerichtet sind, da der Druck gleichzeitig gegen die größere, durch die Unterseite des Kolbens 34 dargestellte Oberfläche nach oben wirkt und derselbe Druck gleichzeitig auf die obere Seite des Ventiltellers 33, der eine kleinere Oberfläche hat, nach unten wirkt, wie dies durch die Pfeile A und B in Fig. 6 gezeigt ist, kann sich die Ausloseventil-Anordnuny nicht öffnen, da die Schubstange die Auslöseventil-Anordnung 3o und das Übertragungsventil in der geschlossenen Stellung hält.

Un das Sicherheits-Auslöseventil 1o zu öffnen, muß der Bedienende vorsichtig mit der gewünschten Geschwindigkeit, um die Turbine auf die gewünschte Arbeitsleistung zu bringen, die Schubstange 80 einziehen und nach oben bewegen.

Da die Druckkräfte, die auf die Unterseite des Kolbens wirken, größer sind als die, die auf die obere Seite des Ventiltellers 33 wirken, wird die Auslöseventil-Anordnung gezwungen, der Aufwärtsbewegung der Schubstange zu folgen. Als Folge davon öffnet der Ventilteller 33 die Ventilöffnung 28.

Dies erlaubt dam Dampf oder dejn anderen Arbeits fluid unter hoher Temperatur und hohem Druck durch die Ventilöffnung 28 zum Auslaßkanal 25 in Verbindung mit der Turbine zu gelangen, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist.

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■ Da die Fläche des Kolbens 34 größer ist als die Fläche

des Ventiltellers 33, werden die resultierenden Druck-

kräfte weiterhin die Auslöseventil-Anordnung 3o in Berüh-

f_; rung mit der Schubstange öo halten, wie dies durch die

Pfeile A und B in Fig. Ii und 9 uer Zeichnungen angedeutet ;'; ist.

f Da der Druck im Auslaßkanal anwächst, während der Ventil-

\ teller 33 zur völlig geöffneten Stellung bewegt wird,

'■. wird Dampf von wachsendem Druck auf die untere Seite des

Ventiltellers 33 wirken, vie dies durch die Pfeile gezeigt wird, und gelangt durch die Düse 68 und die Kanäle 67 und 71 zu der äußeren Betätigungskammer 41, wo er auf die obere Seite des Kolbens 34 wirken wird, wie dies durch Pfeil D gezeigt ist.

Jedoch sind, solange wie die Auslöseventil-Anordnung 3o nicht völlig geöffnet ist und aas äußere Steuerventil 11 geschlossen ist, uie resultierenden Drücke kleiner als die Drücke des Dampfes oder des anderen Druckfluids, das durch den Einlaßkanal 23 eintritt und in der inneren Betätigungskammer 4 2 wirkt, und die resultierenden Druckkräfte zusammen mit der durch die zusammengedrückte Feder ausgeübten Kraft reichen aus, um die Auslöseventil-Anordnung 3o in die völlig geöffnete Stellung zu drücken, wie dies in Fig. 7 der Zeichnungen gezeigt ist.

Wenn der Bedienende die Schubstange 8o weiter einzieht oder bewegt, so daß sie den Kontakt mit dem Übertragungsventil verliert, gleichen sich die Druckkräfte aus, weil der Dampf oder das andere Arbeits fluid jetzt frei durch die Flüssigkeitsübertragungskammer 4 7 gelangen kann, da

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das dort wirkende Druckfluid das Ubertragungsventil in die offene Stellung drücken wird und dann dieses Druckfluid in die äußere Betätigungskammer 41 hinein und aus dieser durch den Kanal G7 und die Düse 6ß zur Durchflußkammer oder Durchflußraum fließen wird, um dann mit dem hineinkommenden Dampf oder dem anderen Arbeitsfluid durch den äußeren Kanal 25 gelangen wird.

Der Dampf oder das andere Arbeitsfluid in der äußeren Betätigungskammer 41 wirkt gegen die obere Seite des Kolbens 24, um die Druckkraft, die in der inneren Betätigungskammer 4 2 auf dessen Unterseite wirkende Kraft auszugleichen. Der Auslaßdruck in der Kammer 22 wird ebenfalls auf die untere Fläche des Ventiltellers 33 wirken. All dies ist durch die gleiche Länge der Pfeile A, B, C und D in Fig. 9 der Zeichnungen angedeutet.

Daher sind alle Komponenten der Druckkräfte, die auf die Auslöseventil-Anordnung 3o wirken, im Gleichgewicht.

Der Ventilteller 33 bleibt in

der offenen Stellung wegen der nach oben drückenden Kraft der Auslöseventil-Feder 75, die größer ist als das Gewicht der Auslöseventil-Anordnung 3o.

Wenn widrige Arbeitsbedingungen das äußere Steuerventil 11 öffnen, wird Fluid von der inneren Betätigungskammer 4 durch die Leitung 12, die einstellbare Düsen 14 und das äußere Steuerventil 11 auf dieselbe Weise abgelassen, wie dies beim Ventil der US-PS 3 556 463 geschieht.

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Der Fluiddruck in der inneren Betätigungskammer 42 wird dabei verringert, und die resultierende Druckkraft auf den Kolben 34 und Auslöseventil-Anordnung 30 ist nach unten gerichtet und beträchtlich größer als die nach oben gerichtete Kraft der Auslöseventil-Feder 75. Die Auslöseventil-Anordnung wird daher in die in Fig. 10 gezeigte geschlossene Stellung bewegt, und die Feder wird zusammengedrückt.

Der Einlaßdruck wirkt nun auf den Ventilteller 33 nach unten, und der Auslaßdruck wirkt auf diesen nach oben. Da der Einlaßdruck 4 0 Atmosphären oder mehr betragen kann, der Auslaßdruck ungefähr 2 Atmosphären, ist die Druckdifferenz in der Richtung nach unten auf den Ventilteller 33 sehr groß, und, obwohl sie auf die kleinere Fläche des Ventiltellers wirkt, ist die resultierende Kraft nach unten gerichtet und wird als eine Wirkung davon das Auslöseventil geschlossen halten. Da der in der inneren Kammer 42 wirkende Druck auch niedrig ist, weil der Dampf oder das andere Arbeitsfluid zu dem äußeren Steuerventil 11 strömt, ist auch die nach oben gerichtete Kraft auf Kolben 24 verhältnismäßig klein.

Es wird nun bewirkt, daß durch den Einlaßkanal 23 eintretender Dampf oder anderes Arbeitsfluid durch die Kanäle 50, 49 und 48 zur Fluidübertragungskammer 47 fließt, wo er nach oben auf das Ubertragungsventil wirkt. Dadurch wird das Übertragungsventil 56 in die offene Stellung bewegt. Fluid kann jetzt durch das offene Übertragungsventil 56 zur äußeren Betätigungskammer gelangen, von dort durch die Ventilschaftkanäle 71, 70, 69 und 67 und durch die Strömungsbegrenzende Düse 68

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zum Auslalikanal 2b, der unter niedrigem Auslafödruck steht. Diese Strömung durch die Ventilschaftkanäle findet so lange statt, wie die Auslöseventil-Anordnung 3o in der geschlossenen Stellung gehalten wird und das Übertragungsventil 56 in der offenen Stellung bleibt, üies alles ist in Fig. Io der Zeichnungen deutlich gezeigt.

Der Begrenzungseffekt der Düse 68 wird so ausgewählt, daß der gewünschte Druck in der äußeren Betätigungskammer 41 zum Halten der Auslöseventil-Anordnung 30 in der geschlossenen Stellung aufrechterhalten wird.

Solange wie das äußere Steuerventil 11 offen ist, strömt Fluid auch von dem Einlaßkanal 2 3 durch das äußere Steuerventil 11, um einen Mitteldruck in der inneren betätigungskammer 42 zu schaffen, der von der begrenzenden Wirkung des Durchlasses 39 und der einstellbaren Düse

I¹J abhängt. Jedoch wira die in Fig. Io durch Pfeile B angedeutete Druckkraft, die auf den Kolben 34 wirkt, um ihn anzuheben, im Vergleich mit der entsprechenden nach unten gerichteten Druckkraft, die in Fig. Io durch die Pfeile D und F angedeutet ist und auf den Kolben 34 und den Auslöseventil-Teller 33 wirkt, klein sein, so daß das Auslöseventil in der geschlossenen Stellung gehalten wird.

Wenn der Bedienende die widrige Arbeitsbedingung korrigiert, schließt sich das äußere Steuerventil, und der Druck in der inneren Kammer 42 wächst an, bis er gleich dem Einlaßdruck ist, und der Dampf oder die andere Druckflüssigkeit wird durch den Durchlaß 30 und die Ventilschaftkanäle ^9 und zur Übergangsventil-Kammer 47 gelangen, wo er auf die Unterseite oder Endfläche des Übertragungsventils 56 so wirkt, daß er das übertragungsventil 56 in die offene Stellung bewegt und es so ermöglicht, daß Dampf oder anderes Druckfluid vom hinlaflkanal 23 durch die darin befind-

liehe axiale bohrung 59 und den Übertragungskanal 60 zur äußeren betätigungskammer Hl fließt. Von der äußeren betätigungskammer hl fließt der Dampf oder das andere Druckfluid durch den schrägen Kanal 71, den Ventilschaf tkanal 67 und aie Düse 68 zum Ausgangskanal 25, der unter einem verhältnismäßig niedrigen Auslaßdruck von ungefähr 2 Atmosphären steht.

Da die innere betätigungskammer hl und die äußere Betätigungskammer ¹J 2 Dampf oder anderes Druckfluid von derselben kinlaßkanalquelle erhalten und da die Fläche der Oberfläche und Unterfläche oder Unterseite des Kolbens 3^, gegen die das Druckfluid wirkt, im wesentlichen ähnlich sind, entsteht irgendein resultierender Druckunterschied über dem Kolben 34 als Funktion der Größenbegrenzung der Düse 68 und wird bei der hier dargestellten Form der Düse 68 verhältnismäßig klein sein, und irgendeine entstehende nach oben gerichtete resultierende Druckkraft wird kleiner sein als die nach unten gerichteten Druckkräfte des Druckfluids, die auf den Ventilteller 33 wirken. Solange wie das übertragungsventil 56 in der offenen Stellung bleibt, werden daher die resultierenden Kräfte des Druck fluids, die auf aas Auslöseventil wirken, verhindern, daß die Auslöseventil-Anordnung 30 sich aus der geschlossenen Stellung bewegt.

Auf diese Weise werden Aufschlagbeanspruchungen verhindert, die durch plötzliches Offnen und unkontrollierte Zufuhr von Dampf oder anderem Arbeitsfluid zur Turbine physischen Schaden anrichten könnten, wie dies bisher mit den früheren Einrichtungen geschah.

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Um das Auslöseventil 1o erneut zu öffnen und die Strömung I

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Ventilöffnung 28 wiederherzustellen, nachdem die widrige J₃ Arbeitsbedingung korrigiert und das äußere Steuerventil 11 fl geschlossen ist, muß der Bedienende zuerst die Schub- -;·'

stange 8o herunterlassen, so daß sie den Teller 58 des Ubertragungsventils 56 berührt und das Ubertragungs- I

ventil gegen den Sitz 62 zwingt, wie dies in Fig. 6 gezeigt f, ist. Dampf oder anderes Arbeitsfluid, das durch den %

Einlaßkanal 23 eintritt, wird dadurch gehindert, durch das , Übertragungsventil zur äußeren Betätigungskammer 41 zu fließen. Strömung durch den Ventilschaftkanal 67 zum Aus- f laßkanal 25 findet jedoch weiterhin statt, bis die äußere Betätigungskammer 41 unter Auslaßdruck steht, der sehr niedrig ist. :■

Als Ergebnis dieser Bedingung wird die Druckdifferenz über den Kolben 34 dann gleich und entgegengesetzt zu der über ■;

den Ventilteller 33. ^T

Wegen der größeren wirksamen Fläche des Kolbens wird eine resultierende Kraft auf die Auslöseventil-Anordnung 3o in der Richtung nach oben ausgeübt, um diese gegen die Schubstange zu halten, die mit dem übertragungsventil 56 in Berührung ist. Die resultierenden nach oben gerichteten Kräfte sind durch die Kraftpfeile A und B in Fig. 6 angegeben.

Der Bedienende kann wiederum die Schubstange 8o einziehen, wie dies nötig ist, um Fluid der Turbine mit der gewünschten Geschwindigkeit zuzuführen, um den Betrieb und die Belastung wieder aufzunehmen, weil diese resultierende j nach oben gerichtete Kraft auf die Auslöseventil-Anordnung 3o

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zur Folge hat, UaJS dieselbe der nach oben gerichteten Bewegung der Schubstange 8o folgt, wie dies oben für die erste Inbetriebnahme beschrieben und in Fig. 6 der Zeichnungen gezeigt ist.

Die Druckkräfte halten weiterhin die Auslöseventil-Anordnung 3o in Berührung mit der Schubstange, wie dies durch die Pfeile in Fig. 7 gesehen werden kann. Der Druck im Auslaßkanal und in der äußeren Betätigungskammer wird ansteigen, während die Auslöseventil-Anordnung 3o sich in die offene Stellung bewegt. Wie im Falle der ersten öffnung der Auslöseventil-Anordnung wird der Druck in der äußeren Betätigungskammer kleiner sein als der in der inneren Betätigungskammer wirkende, bis die Auslöseventil-Anordnung fast in der voll geöffneten Stellung ist. Wenn diese Drucke gleich geworden sind, reicht die Kraft der zusammengedrückten Feder 7 5 aus, das Auslöseventil unter Überwindung des Gewichtes der beweglichen Teile in die offene Stellung zu drücken.

Die Endstellung direkt vor dem Zeitpunkt, wo der Bedienende Kontrolle durch die Schubstange 8o aufgibt, ist dieselbe wie die in Fig. ti gezeigte.

Weiteres Einziehen der Schubstange bringt das Auslöseventil wieder in die gewöhnliche Arbeitsstellung, wie in Fig. 9 gezeigt.

Es wird bemerkt werden, daß die Schubstange nicht mit der Auslöseventil-Anordnung 3o verbunden ist, sondern nur durch die nach oben gerichteten auf die Auslöseventil-Anordnung wir"Senden Kräfte in Kontakt gehalten wird. Daher steht die

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automatische Sicherheits-Auslösefunktion an jeder Stelle des in den Fig. 6, 7> Ii und 9 der Zeichnungen gezeigten üffnungsvorganges zur Verfügung« sobald dies durch widrige Arbeitsbedingungen erfordert wird/ durch die das äußere Steuerventil 11 geöffnet wird« wie dies in Verbindung mit Fig« Io beschrieben ist. I;'s wird verstanden werden, daß die Auslöseventil-Anordnung/ sobald sie einmal .In die geschlossene Stellung bewegt ist/ nicht geöffnet oder wieder geöffnet werden kann, bis die Schubstange 8o ausgefahren ist, um das Übertragungsventil 56 in die geschlossene Stellung zu zwingen.

Mit einem Sicherheits-Auslöseventil gemäß der Erfindung ist es auch leicht möglich/ die Fluidströmung zur Turbine zu drosseln, indem man die Schubstange 8o von der voll eingezogenen Arbeitsstellung von Fig. 9 zu irgendeiner Zwischenstellung des Auslöseventils, wie in Fig. 7 gezeigt, ausfährt. Wenn gewünscht, kann die Auslöseventil-Anordnung 3o auch in die in Fig. 6 gezeigte geschlossene Stellung bewegt werden.

Die Stellung der Auslöseventil-Anordnung 3o ist in beiden Richtungen unter voller Kontrolle, wenn sie in Kontakt steht mit der Schubstange, solange wie die Auslöseventil-Anordnung 3o nicht in die geschlossene Stellung durch Betätigung des äußeren Steuerventils 11 von der geschlossenen zur offenen Stellung, wie oben beschrieben, ausgelöst ist.

Claims

G 76 02 237.2 Turbodyne Corp. N/GK Schutz ansprüche

1. Sicherheits-Ausiöseventil zum Steuern der Strömung von Arbeitsfluid bei hohen Temperaturen und hohem Druck zu einer Turbine und dergleichen, mit einem Ventilgehäuse, das eine Durchflußkammer begrenzt und einen mit dieser Durchflußkammer in Verbindung stehenden Einlaß und Auslaß aufweist; mit einem Ventilsitz in dem Ventilgehäuse, das eine durch denselben hindurchgehende Ventilöffnung zum Durchlassen von Fluid vom Einlaß zum Auslaß hat; mit einer Auslöseventil-Anordnung in dem Ventilgehäuse, das einen Ventilteller und einen Antriebskolben hat; mit Fluidkanälen für Arbeitsfluid, die mit diesem Antriebskolben in Verbindung stehen; mit einem mit dem Ventilgehäuse verbundenen auf widrige Arbeitsbedingungen reagierenden Steuerventil, das mit Fluidkanälen verbunden ist; und mit einem auf dem Ventilgehäuse in Richtung der Antriebskolbenachse beweglich angebrachten Einstellstößel, der mifc der Auslöseventil-Anordnung in Eingriff bringbar ist, xladurch gekennzeichnet, daß ein Ubertragungsventil (56) auf der Auslöseventil-Anordnung (30) auf der Seite des Einstellstößels (80, 81), mit demselben ausgerichtet, vorgesehen ist, das mit Arbeitsfluid-Kanälen (67, 69, 70, 71, 48, 49) verbunden ist, die mit auf beiden Seiten des Antriebskolbens (34) gebildeten Hohlräumen (41, 42) in Verbindung stehen.

2. Sicherheits-Ausiöseventil nach Anspruch 1, bei dem die Auslöseventil-Anordnung gleitend in einer Ventilführung angebracht und so angeordnet ist, daß sie eine innere Bewegungskammer in der Ventilführung auf der einen Seite eines Betätigungskolbens und eine äußere Betätigungs-

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:· kammer auf der entgegengesetzten Seite des Betätigungskolbens • begrenzt, wobei erste Fluidkanäle von der äußeren Betätigungs-

kanuner durch einen Ventilschaft führen und in den Teil des Ventiltellers münden, der im geschlossenen Zustand des Ven- ^:i tils mit dem Auslaß in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Ubertragungsventil (56) den Arbeitsfluideinlaß (23) mit der äußeren Betätigungskammer (41) verbindet.

3. Sicherheits-Auslöseventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse (14) in der Leitung (12) zwischen dem Auslöseventil und dem Steuerventil (11) vorgesehen ist.

4. Sicherheits-Auslöcdventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kanalverengungen (6S) in den ersten Fluidkanälen (67, 69, 70, 71) vorgesehen sind, daß das Ubertragungsventil (56) mit dem Ventilschaft (31) auf der Seite des Kolbens (34), die von dem Ventilteller (33) entfernt ist, verbunden und so angeordnet ist, daß es bei Eingriff des Einstellstößels (80, 81) mit der Auslöseventil-Anordnung (30) geschlossen ist, daß sie zweite Fluidkanäle (48, 49) in den Ventilschaft (31) einschließt, die eine öffnung (50) an einem Ende, die zur Verbindung mit Fluid unter Einlaßdruck angeordnet ist, und eine öffnung an dem entgegengesetzten Ende, die zur Verbindung mit dem Übertragungsventil (56) angeordnet ist, haben, und daß das ubertragungsventil (56) arbeitsmäßig mit den zweiten Fluidkanälen (48, 49) und der äußeren Kammer (41) zur Bildung einer Fluidkanalverbindung zwischen der Durchflußkammer (22) und der äußeren Kammer (41) verbunden ist.