WO2012065838A1 - Schnellschlussklappe - Google Patents

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WO2012065838A1
WO2012065838A1 PCT/EP2011/069121 EP2011069121W WO2012065838A1 WO 2012065838 A1 WO2012065838 A1 WO 2012065838A1 EP 2011069121 W EP2011069121 W EP 2011069121W WO 2012065838 A1 WO2012065838 A1 WO 2012065838A1
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WO
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quick
flap
closing
action
valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/069121
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Peter Bruns
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/148—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of rotatable members, e.g. butterfly valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/221—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves specially adapted operating means therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/003—Actuating devices; Operating means; Releasing devices operated without a stable intermediate position, e.g. with snap action
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • the invention relates to a quick-closing flap according to the preamble of independent claim 1.
  • Quick-action flaps serve as a safety device in many technical systems. Often the use of
  • Quick-release flaps are designed so that they release a flow cross section within a pipe substantially completely in a first position and close the flow cross section within the pipe substantially complete in a second position.
  • the quick-closing flap In normal operation, the quick-closing flap is in From ⁇ dependence on the application, in a position in which Strö ⁇ flow cross-section either fully released or fully ⁇ permanently locked. If there is a PARTsrele ⁇ -relevant incident in use, the quick-action flap can be moved within a very short period of time from the one position to the other position. As a result, the flow cross-section is either closed or opened.
  • Quick-action flaps are used, for example, in steam turbines, for example, for extraction pressure control and for DP control. Even with turbine inlet fittings, quick-action flaps are used.
  • quick-action flaps are not suitable for volume or mass flow control.
  • additional control devices are provided. Due to cost advantages compared to conventional control valves, seeks to form the control devices as a butterfly valve.
  • the butterfly valves like the quick-release flaps, have a flap. However, their function differs from that of the quick-release flap. So a fast procedure of the flaps in case of failure is not given.
  • the state of critical relaxation depends on the parameters before and after the valve, as well as valve-specific properties and can be calculated using the steam parameters and the c v _ and x T values. These c v _ and x T values are clap ⁇ ppe specific and can usually be found in the individual manufacturer documentation. Investigations have shown that with similar valves (pressure rating and nominal diameter), the theoretical stop ranges of all valve providers are in the same range.
  • the blocking area designates the area in which the butterfly valves can not be used. Unregulated driving through the restricted area is however permitted by the manufacturers.
  • the restricted area must be calculated individually or agreed with the valve supplier. This restricted area leads to restrictions or additional expenses for the steam turbines. This restriction or additional expenses are explained below for the usual circuits in steam turbines.
  • the start-up of the turbines is generally carried out with the damper fully open.
  • the butterfly valve closes
  • Mass flow throttled pressure control
  • a passage through the valve by the restricted area is therefore not required.
  • the blocking range of the butterfly valve limits the control range of the extraction pressure control.
  • Butterfly valves for the turbine inlet valves for regulating the steam mass flow when starting the Turbi ⁇ NEN is a relatively good control performance required (low mass flows for controlling the warming-up speed and to synchronize). It is therefore additionally used a starting valve.
  • the size of the diverter valve has since ⁇ ago according to the stop band be designed.
  • the quick-closing valve according to the invention which completely releases in a ERS th position a flow cross section within a pipe ⁇ line substantially and completely closes in a second position the flow cross-section within the tube ⁇ line essentially is characterized in that the quick-action flap at least one further Occupy position that is between the first and the second position.
  • the quick-acting valve can take over a control function, wherein the intermediate position, ie the position between the first and second position depending on the position of the flap a smaller or stronger throttling ago ⁇ calls. Due to the control function, an additional damper may possibly be completely omitted However, using an additional damper in the pipeline can in any case reduce the stopband.
  • the butterfly valves can thereby be made cheaper and it also results in a significantly leucely increased control quality.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a control damper in series with the quick-action flap is open ⁇ on.
  • the quick-action flap is in the intermediate position in which the flow cross section is released to a certain extent, it can be realized two-stage relaxation (Sperrbe ⁇ rich) using this intermediate position, in particular in the lower load case.
  • the intermediate position of the quick-closing flap and the blocking area of the adjusting flap are designed so that both flaps are located at the boundary of the blocking area during the two-stage expansion. Subsequently, an offset is added to the calculated intermediate position of the quick-closing flap. With this offset, a switching system can be realized during the closing process.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the quick-closing flap is operatively connected to a control and / or regulating unit which controls a regulating drive for the quick-closing flap.
  • the quick-flap can be equipped with only little additional effort with a variable speed drive and thus be converted to a butterfly valve with ⁇ we iquess three position / position.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that the quick-closing flap is designed as a flap for the extraction pressure control of a steam turbine. This results in a much higher control range with improved control quality (possible throttling).
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the quick-closing flap is designed as a butterfly valve for the Zudampfregelung a steam turbine.
  • the blocking range which must be compensated by the higher-level turbine control, be significantly reduced. This leads to an improvement of the overall control quality. Furthermore, improved at higher printing equipmen cases ⁇ the control quality.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the quick-closing flap is designed as a butterfly valve of a turbine inlet fitting of a steam turbine.
  • the starting valve can be made significantly smaller, resulting in a significant cost savings.
  • FIG. 1 shows a quick-closing flap according to the invention
  • FIG. 2 a discharge pressure control on a steam turbine with a quick-closing flap according to the invention
  • Figure 3 a Zudampfregelung on a steam turbine with a Schneil gleichklappe invention
  • 4 shows a turbine inlet control valve with a Turbinenein- let in a steam turbine with an inventive ⁇ SEN quick-action flap.
  • the figures are each greatly simplified representations, in which only the essential components necessary for the description of the invention are shown. Identical or functionally identical components are provided below with the moving ⁇ reference symbols.
  • FIG. 1 shows a quick- closing flap 1, which is arranged inside a pipeline 6.
  • the quick-release flap 1 is shown in dashed lines to illustrate the different Stel ⁇ lungs or positions.
  • a first polyvinyl S ⁇ sition is the quick-action flap 1 the entire Strö ⁇ flow cross-section A within the pipe 6 free. The flow can thus largely bypass the quick-release flap 1.
  • a pressure drop at the quick-closing ⁇ flap 1 is largely avoided.
  • the quick-closing door 1 closes the flow cross-section ⁇ A of the pipeline 6 completely. In this position, no fluid can pass through the pipeline 6.
  • the actuation of the quick-action flap 1 is via a control actuator 8, which communicates with a control and / or regulating unit 7 in operative connection.
  • the control and / or regulating unit 7 triggers the quick-closing in the event of a safety-critical behavior and, in normal operation, also provides for the method of the quick-closing flap 1 in the third position S 3 .
  • the quick-action flap 1 can also perform a control function in addition to the Si ⁇ cherheitsfunktion.
  • the equipping of the quick-release flap 1 with a control drive 8 is also possible without additional effort and on existing systems.
  • the retrofitting is extremely inexpensive. If, for plant-specific reasons, the use of quick-action flaps (as a safety fitting) is required, it may be sufficient to design only the quick-closing flap as an additional flap, so that it is possible to dispense with additional butterfly valves.
  • the intermediate position of the quick-release flap in the lower load case can be used (Sperr Surrey) a two-stage relaxation can be realized.
  • the intermediate position of the quick-closing flap and the blocking area of the adjusting flap which is arranged in addition to the quick-closing flap, are designed so that both flaps are located at the boundary of the blocking area during the two-stage expansion.
  • An off-set is then added to be ⁇ calculated intermediate position of the quick-closing valve. This offset can be used to implement a switching hysteresis during the closing process.
  • FIG. 2 shows a withdrawal pressure control in the case of a two-stage steam turbine.
  • the steam turbine consists of a Turbi ⁇ nenteil 3 and a turbine part 4. Following the Tur ⁇ binenteil 3 there is a Dampfentnteilme, in which a mass ⁇ flow ⁇ ED is removed. The removal takes place by means of a withdrawal pressure control.
  • a quick-closing flap 1 and a valve 2 connected in series therewith are arranged.
  • the quick-action flap ⁇ 1 is formed with a variable speed drive 8, which is in operative connection with a control and / or regulating unit. 7
  • the quick-action flap 1 can be moved to a position S3, the interim ⁇ rule the fully closed and fully opened position ge ⁇ the quick-action flap 1.
  • the quick-release flap 1 used as a flap become.
  • the quick-release flap 1 as a butterfly valve, a two-stage relaxation or Druckrege ⁇ ment can be realized. It comes first to the
  • FIG. 1 shows a Zudampfregelung a steam turbine.
  • Steam turbine can be out ⁇ forms again as a multi-stage steam turbine.
  • the turbine part 3 is supplied via separate supply lines live steam rh FD and Zudampf rh Z D.
  • the Zudampf rh Z D is controlled by a Zudampfregelung.
  • the Zu ⁇ steam control via a valve 2.
  • a quick-closing flap 1 is required as a safety fitting. This is the butterfly valve 2 vorordnet.
  • the quick-release flap 1 is connected to a variable speed drive 8, which made it possible light ⁇ to keep the quick-release flap 1 in an intermediate position S3 between the fully closed position and the fully open position. By means of the intermediate position, it is possible in a particularly advantageous manner to control the intake by means of two-stage expansion.
  • FIG. 4 shows a turbine inlet fitting for a steam turbine.
  • the steam turbine can in turn be designed as a multi-stage steam ⁇ turbine, in the figure, only a first Turbine part 3 is shown.
  • the live steam m FD is regulated by the turbine inlet manifold.
  • the turbine inlet fitting comprises two branches arranged parallel to one another, wherein in each branch a quick-closing flap 1 and an adjusting flap 2 are arranged in series.
  • Shaped ⁇ low mass flows for controlling the warm-up and synchronize. It is therefore an additional Anfahrven- used til 5, which is disposed between the parallel Zubuchlei ⁇ processing branch.
  • the size of the starting valve must be designed according to the restricted area. By using quick-acting flaps, which can be used as butterfly valves, the starting valve can be significantly smaller dimensions, resulting in a significant cost savings.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schnellschlussklappe 1, die in einer ersten Position S1 einen Strömungsquerschnitt A innerhalb einer Rohrleitung 6 im Wesentlichen vollständig freigibt und in einer zweiten Position S2 den Strömungsquerschnitt A innerhalb der Rohrleitung 6 im Wesentlichen vollständig verschließt. Die Schnellschlussklappe 1 ist derart ausgebildet, dass wenigstens eine weitere Position S3 eingenommen werden kann, die sich zwischen der ersten Position S1 und der zweiten Position S2 befindet. Hierdurch kann die Schnellschlussklappe auch zu Regelzwecken verwendet werden.

Description

Beschreibung
Schneilschlussklappe
Die Erfindung betrifft eine Schnellschlussklappe nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches 1.
Schnellschlussklappen dienen als Sicherheitseinrichtung in vielen technischen Anlagen. Häufig ist der Einsatz von
Schnellschlussklappen in sicherheitsrelevanten Anlagen vorgeschrieben .
Schnellschlussklappen sind so ausgebildet, dass sie in einer ersten Position einen Strömungsquerschnitt innerhalb einer Rohrleitung im Wesentlichen vollständig freigeben und in einer zweiten Position den Strömungsquerschnitt innerhalb der Rohrleitung im Wesentlichen vollständige verschließen. Im Normalbetrieb befindet sich die Schnellschlussklappe in Ab¬ hängigkeit vom Anwendungsfall in einer Position, in der Strö¬ mungsquerschnitt entweder vollständig freigegeben oder voll¬ ständig verschlossen ist. Kommt es zu einem sicherheitsrele¬ vanten Zwischenfall im Betrieb, kann die Schnellschlussklappe innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne aus der einen Position in die andere Position verfahren werden. Hierdurch wird der Strömungsquerschnitt entweder verschlossen oder geöffnet. Schnellschlussklappen werden beispielsweise bei Dampfturbinen z.B. für die Entnahmedruckregelung sowie für die Zudampfrege- lung verwendet. Auch bei Turbineneinlassarmaturen kommen Schnellschlussklappen zum Einsatz.
Da die Schnellschlussklappen nur die beiden Schaltstellungen offen/geschlossen einnehmen können, eignen sich Schnellschlussklappen nicht zur Volumen- bzw. Massenstromregelung . Für die Volumen- bzw. Massenstromregelung sind deshalb zusätzliche Regeleinrichtungen vorzusehen. Aufgrund von Kostenvorteilen gegenüber herkömmlichen Regelventilen wird ver- sucht, die Regeleinrichtungen als Stellklappe auszubilden. Die Stellklappen weisen wie die Schnellschlussklappen eine Klappe auf. Ihre Funktionsweise unterscheidet sich jedoch von der der Schnellschlussklappe. So ist ein schnelles Verfahren der Klappen im Störfall nicht gegeben.
Beim Einsatz von Stellklappen in Dampfturbinen wird versucht, die Stellklappen bei höheren Parametern und geringen Massenströmen einzusetzen. Allerdings stoßen Stellklappen hier an ihre Grenzen. Bei überkritischer Entspannung über die Stellklappe kommt es nämlich zu einem deutlich erhöhten Verschleiß an der Stellklappe. Die Regelgüte der Stellklappe wird von den Herstellern teilweise als unzureichend eingestuft. Der Einsatz von Stellklappen im überkritischen Druckbereich ist daher im Allgemeinen nicht zugelassen. Es gibt zwar Hersteller, die hier Ausnahmen zulassen, jedoch ist bei der Verwendung im überkritischen Bereich trotzdem mit entsprechenden Auswirkungen, insbesondere einem erhöhten Verschleiß zu rechnen .
Aus den oben genannten Gründen wird versucht, die Stellklappe nicht im kritischen Bereich zu betreiben. Der Zustand der kritischen Entspannung (Wechsel zwischen über- und unterkritischer Entspannung) ist abhängig von den Parametern vor und nach der Stellklappe, sowie von klappenspezifischer Eigenschaften und kann mittels der Dampfparametern und den cv _ und xT-Werten berechnet werden. Diese cv _ und xT-Werte sind klap¬ penspezifisch und können üblicherweise den einzelnen Herstellerdokumentationen entnommen werden. Untersuchungen haben dabei ergeben, dass bei ähnlichen Klappen (Druckstufe und Nennweite) die theoretischen Sperrbereiche aller Klappenanbieter im gleichen Bereich liegen. Der Sperrbereich bezeichnet dabei den Bereich, in dem die Stellklappen nicht verwendet werden können . Ein ungeregeltes Durchfahren des Sperrbereiches wird von den Herstellern allerdings zugelassen.
Für den jeweiligen Einsatzfall und den gegebenen Dampfparametern muss deshalb der Sperrbereich individuell berechnet bzw. mit dem Klappenlieferanten vereinbart werden. Dieser Sperrbereich führt bei den Dampfturbinen zu Einschränkungen bzw. zu Zusatzaufwendungen. Diese Einschränkung bzw. Zusatzaufwendungen werden nachfolgend für die allgemein üblichen Schaltungen bei Dampfturbinen erläutert.
Stellklappen für die Endnahmedruckregelung
Das Anfahren der Turbinen erfolgt im Allgemeinen mit vollständig geöffneter Stellklappe. Mit Inbetriebnahme der Ent- nahmedruckregelung wird durch Schließen der Stellklappe der
Massenstrom angedrosselt (Druckregelung) . Ein Durchfahren der Stellklappe durch den Sperrbereich ist somit nicht erforderlich. Der Sperrbereich der Stellklappe begrenzt aber den Regelbereich der Entnahmedruckregelung.
Stellklappen für die Zudampfregelung
Mit Inbetriebnahme der Zudampfregelung wird die Stellklappe ungeregelt durch den Sperrbereich gefahren. Die dadurch ent- stehende Massenstromzunahme muss durch die übergeordnete Tur¬ binenregelung ausgeglichen werden.
Stellklappen für Turbineneinlassarmaturen Für das Regeln des Dampfmassenstroms beim Anfahren der Turbi¬ nen ist eine relativ gute Regelgüte erforderlich (geringe Massenströme zum Regeln der Aufwärmdrehzahl und zum Synchronisieren) . Es wird daher zusätzlich ein Anfahrventil eingesetzt. Der durch Massenstrom erzeugte Druck vor der Turbine (= Druck nach Stellklappe) wird ebenfalls zur Überwindung des Sperrbereiches genutzt. Die Größe des Anfahrventils muss da¬ her entsprechend des Sperrbereichs ausgelegt werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Schnellschlussventil mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
Schnellschlussventil bereitzustellen, welches die oben be¬ schriebenen Probleme bei Einsatz in Dampfturbinen veringert oder vermeidet.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Schnellschlussklappe, die in einer ers- ten Position einen Strömungsquerschnitt innerhalb einer Rohr¬ leitung im Wesentlichen vollständig freigibt und in einer zweiten Position den Strömungsquerschnitt innerhalb der Rohr¬ leitung im Wesentlichen vollständig verschließt, zeichnet sich dadurch aus, dass die Schnellschlussklappe wenigstens eine weitere Position einnehmen kann, die sich zwischen der ersten und der zweiten Position befindet.
Durch die Möglichkeit, die Schnellschlussklappe in wenigstens einer weiteren Position zwischen der ersten und der zweiten Position zu fahren, kann das Schnellschlussventil eine Regel- funktion übernehmen, wobei die Zwischenposition, d.h. die Position zwischen der ersten und zweiten Position je nach Stellung der Klappe eine geringere oder stärkere Drosselung her¬ vorruft. Durch die Regelfunktion kann auf eine zusätzliche Stellklappe unter Umständen vollständig verzichtet werden Bei Verwendung einer zusätzlichen Stellklappe in der Rohrleitung kann aber auf alle Fälle eine Reduzierung des Sperrbereiches erfolgen. Die Stellklappen kann dadurch preiswerter ausgebildet werden und es ergibt sich darüber hinaus auch eine deut- lieh erhöhte Regelgüte.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Stellklappe in Reihe mit der Schnellschlussklappe ge¬ schaltet ist. Befindet sich die Schnellschlussklappe in der Zwischenposition, in der der Strömungsquerschnitt zum einen gewissen Teil freigegeben ist, so lässt sich mittels dieser Zwischenposition insbesondere im unteren Lastfall (Sperrbe¬ reich) eine zweistufige Entspannung realisieren. Die Zwischenposition der Schnellschlussklappe und der Sperrbereich der Stellklappe werden dabei so ausgelegt, dass sich bei der zweistufigen Entspannung beide Klappen an der Grenze des Sperrbereiches befinden. Anschließend wird zur berechneten Zwischenposition der Schnellschlussklappe ein Offset addiert. Über diesem Offset kann beim Schließvorgang eine Schalthyste- rese realisiert werden.
Berechnungen haben ergeben, dass sich durch die zweistufige Entspannung eine Minderung des Sperrbereiches um ca. 45 % re¬ alisieren lässt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schnellschlussklappe mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit in Wirkverbindung steht, die einen Regelantrieb für die Schnellschlussklappe ansteuert. Die Schnellschluss- klappe kann mit nur geringem Mehraufwand mit einem Regelantrieb ausgerüstet werden und so zu einer Stellklappe mit we¬ nigstens drei Stellung/ Position umgerüstet werden. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schnellschlussklappe als Stellklappe für die Entnahmedruckregelung einer Dampfturbine ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich ein deutlich höherer Regelbereich mit einer verbesserten Regelgüte (mögliche Androsselung) .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schnellschlussklappe als Stellklappe für die Zudampfregelung einer Dampfturbine ausgebildet ist. Hierdurch kann der Sperrbereich, welcher durch die übergeordnete Turbinenregelung ausgeregelt werden muss, deutlich verringert werden. Dies führt somit zu einer Verbesserung der gesamten Regelgüte. Des Weiteren wird die Regelgüte bei höheren Druckge¬ fällen verbessert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schnellschlussklappe als Stellklappe einer Tur- bineneinlassarmatur einer Dampfturbine ausgebildet ist. Hierdurch kann das Anfahrventil deutlich kleiner dimensioniert werden, wodurch sich eine erhebliche Kosteneinsparung ergibt.
Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung wer¬ den im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt: Figur 1: eine erfindungsgemäße Schnellschlussklappe;
Figur 2 : eine Entnahmedruckregelung an einer Dampfturbine mit einer erfindungsgemäßen Schnellschlussklappe; Figur 3: eine Zudampfregelung an einer Dampfturbine mit einer erfindungsgemäßen Schneilschlussklappe ; Figur 4: eine Turbineneinlassregelung mit einer Turbinenein- lassarmatur bei einer Dampfturbine, mit einer erfindungsgemä¬ ßen Schnellschlussklappe. Bei den Figuren handelt es sich jeweils um stark vereinfachte Darstellungen, bei denen nur die wesentlichen, zur Beschreibung der Erfindung notwendigen Bauteile gezeigt sind. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind nachfolgend mit den glei¬ chen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt eine Schnellschlussklappe 1, die innerhalb ei¬ ner Rohrleitung 6 angeordnet ist. Die Schnellschlussklappe 1 ist gestrichelt dargestellt, um die unterschiedlichen Stel¬ lungen bzw. Positionen zu verdeutlichen. In einer ersten Po- sition S± gibt die Schnellschlussklappe 1 den gesamten Strö¬ mungsquerschnitt A innerhalb der Rohrleitung 6 frei. Die Strömung kann somit die Schnellschlussklappe 1 weitgehend un¬ gehindert passieren. Ein Druckabfall an der Schnellschluss¬ klappe 1 wird weitgehend vermieden. In einer zweiten Position S2 verschließt die Schnellschlussklappe 1 den Strömungsquer¬ schnitt A der Rohrleitung 6 vollständig. In dieser Position kann kein Fluid die Rohrleitung 6 passieren. Je nach Ausbildung der Schnellschlussklappe 1 fährt die Schnellschlussklap¬ pe 1 beim Auslösen des Schnellschlusses in die vollständig geöffnete Position S± bzw. in die vollständig geschlossene Position S2. Wird die Schnellschlussklappe 1 beispielsweise bei einer Dampfturbine verwendet, so wird beim Auslösen des Schnellschlusses der Strömungsquerschnitt A innerhalb kürzes¬ ter Zeit durch die Schnellschlussklappe 1 verschlossen und somit der Massenstrom zur Dampfturbine unterbrochen. Bei anderen Anwendungen kann aber auch durch Auslösen eines
Schnellschlusses die Schnellschlussklappe 1 vollständig öff¬ nen, beispielsweise um einen unzulässigen Druckanstieg innerhalb einer Rohrleitung zu verhindern. Neben der ersten Position Si, die den Strömungsquerschnitt A der Rohrleitung 6 im wesentlichen vollständig freigibt und der zweiten Position S2, die den Strömungsquerschnitt A der Rohrleitung im wesentlichen vollständig verschließt, weist die Schnellschlussklappe 1 wenigstens eine weitere dritte Po¬ sition S3 auf. Die dritte Position S3 befindet sich zwischen der ersten Position Si und der zweiten Position S2. In dieser Position gibt die Schnellschlussklappe 1 einen Teil des Strö- mungsquerschnittes A frei, wodurch der Massenstrom zwar gedrosselt wird, die Schnellschlussklappe 1 aber passieren kann. Hierbei kommt es zu einem Druckabfall an der Schnell¬ schlussklappe 1. Die Ansteuerung der Schnellschlussklappe 1 erfolgt über einen Regelantrieb 8, der mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit 7 in Wirkverbindung steht. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 7 löst bei einem sicherheitskritischen Verhalten den Schnellschluss aus und sorgt im Normalbetrieb zudem für das Verfahren der Schnellschlussklappe 1 in die dritte Position S3.
Dadurch, dass die Schnellschlussklappe 1 neben den beiden
Endpositionen S± und S2 wenigstens eine weitere Position ein¬ nehmen kann, kann die Schnellschlussklappe 1 neben der Si¬ cherheitsfunktion auch eine Regelfunktion übernehmen. Das Ausrüsten der Schnellschlussklappe 1 mit einem Regelantrieb 8 ist ohne größeren Aufwand auch nachträglich und an bereits bestehenden Anlagen möglich. Die Nachrüstung ist dabei äußerst preiswert. Ist aus anlagenspezifischen Gründen der Einsatz von Schnellschlussklappen (als Sicherheitsarmatur) erforderlich, reicht es unter Umständen aus, lediglich die Schnellschlussklappe als zusätzliche Stellklappe auszubilden, so dass auf zusätzliche Stellklappen verzichtet werden kann.
Beim Einsatz zusätzlicher Stellklappen kann mittels der Zwischenposition der Schnellschlussklappe im unteren Lastfall (Sperrbereich) eine zweistufige Entspannung realisiert werden. Bei der zweistufigen Entspannung kommt es sowohl zu einem Druckabfall an der Schnellschlussklappe als auch an der Stellklappe. Die Zwischenposition der Schnellschlussklappe und der Sperrbereich der zusätzlich zu der Schnellschlussklappe angeordneten Stellklappe sind dabei so ausgelegt, dass sich bei der zweistufigen Entspannung beide Klappen an der Grenze des Sperrbereiches befinden. Anschließend wird zur be¬ rechneten Zwischenposition der Schnellschlussklappe ein Off- set addiert. Über diesem Offset kann beim Schließvorgang eine Schalthysterese realisiert werden.
Berechnungen haben gezeigt, dass durch eine zweistufige Ent¬ spannung eine Minderung des Sperrbereichs um ca. 45 % reali- sierbar ist. Durch die Reduzierung des Sperrbereiches ergibt sich eine Erhöhung der Produktqualität bei bisher im Sperrbe¬ trieb betriebenen Klappen durch Verminderung des Verschleißes . Figur 2 zeigt eine Entnahmedruckregelung bei einer zweistufigen Dampfturbine. Die Dampfturbine besteht aus einem Turbi¬ nenteil 3 und einem Turbinenteil 4. Im Anschluss an den Tur¬ binenteil 3 erfolgt eine Dampfentnähme, bei der ein Massen¬ strom ϊΐΐ ED entnommen wird. Die Entnahme erfolgt mittels einer Entnahmedruckregelung. Hierzu ist in der Zuleitung zum Turbinenteil 4 eine Schnellschlussklappe 1 und eine zu dieser in Reihe geschaltete Stellklappe 2 angeordnet. Die Schnell¬ schlussklappe 1 ist mit einem Regelantrieb 8 ausgebildet, welcher in Wirkverbindung mit einer Steuer- und/oder Regel- einheit 7 steht. Durch den Regelantrieb 8 kann die Schnell¬ schlussklappe 1 in eine Position S3 bewegt werden, die zwi¬ schen der vollständig geschlossenen und der vollständig ge¬ öffneten Stellung der Schnellschlussklappe 1 liegt. Hierdurch kann die Schnellschlussklappe 1 als Stellklappe verwendet werden. Durch die Verwendung der Schnellschlussklappe 1 als Stellklappe kann eine zweistufige Entspannung bzw. Druckrege¬ lung realisiert werden. Dabei kommt es zunächst an der
Schnellschlussklappe 1 zu einem ersten Druckabfall und an der danach folgenden Stellklappe 2 zu einem weiteren Druckabfall. Durch die Verwendung der Schnellschlussklappe 1 als zusätzli¬ che Stellklappe ergibt sich ein deutlich höherer Regelbereich mit einer verbesserten Regelgüte (mögliche Androsselung) . Figur 3 zeigt eine Zudampfregelung einer Dampfturbine. Die
Dampfturbine kann wieder als mehrstufige Dampfturbine ausge¬ bildet sein. In der Figur ist jedoch nur ein erster Turbinenteil 3 dargestellt. Dem Turbinenteil 3 wird über getrennte Zuleitungen Frischdampf rh FD und Zudampf rh ZD zugeführt. Der Zudampf rh ZD wird über eine Zudampfregelung geregelt. Die Zu¬ dampfregelung erfolgt über eine Stellklappe 2. Aus anlagenspezifischen Gründen ist der Einsatz einer Schnellschlussklappe 1 als Sicherheitsarmatur erforderlich. Diese ist der Stellklappe 2 vorangeordnet. Die Schnellschlussklappe 1 ist dabei mit einem Regelantrieb 8 verbunden, welcher es ermög¬ licht, die Schnellschlussklappe 1 in einer Zwischenposition S3 zwischen der vollkommen geschlossenen Position und der vollständig geöffneten Position zu halten. Durch die Zwischenposition kann in besonders vorteilhafter Weise eine Zu- dampfregelung mittels zweistufiger Entspannung erfolgen.
Durch die zweistufige Entspannung wird der Sperrbereich, welcher durch eine übergeordnete Turbinenregelung ausgeregelt werden muss, deutlich verringert. Dies führt zu einer deutli¬ chen Verbesserung der gesamten Regelgüte. Des Weiteren wird die Regelgüte bei höheren Druckgefällen verbessert.
Figur 4 zeigt eine Turbineneinlassarmatur für eine Dampfturbine. Die Dampfturbine kann wiederum als mehrstufige Dampf¬ turbine ausgebildet sein, wobei in der Figur nur ein erster Turbinenteil 3 dargestellt ist. Durch die Turbineneinlassar- matur wird der Frischdampf m FD geregelt. Die Turbinenein- lassarmatur umfasst zwei parallel zueinander angeordnete Zweige, wobei in jedem Zweig jeweils eine Schnellschlussklap- pe 1 sowie eine Stellklappe 2 in Reihe angeordnet sind. Für das Regeln des Dampfmassenstroms des Frischdampfes m FD beim Anfahren der Turbine ist eine relativ gute Regelgüte gefor¬ dert (geringe Massenströme zum Regeln der Anwärmdrehzahl und zum Synchronisieren) . Es wird daher zusätzlich ein Anfahrven- til 5 verwendet, welches zwischen den parallelen Zufuhrlei¬ tungzweigen angeordnet ist. Der über das Anfahrventil 5 strö¬ mende Massenstrom erzeugt einen Druck vor der Turbine (= Druck nach der Regeklappe) , welcher ebenfalls zur Überwindung des Sperrbereiches genutzt wird. Die Größe des Anfahrventils muss entsprechend des Sperrbereichs ausgelegt werden. Durch die Verwendung von Schnellschlussklappen, die als Stellklappen verwendet werden können, kann das Anfahrventil deutlich kleiner dimensioniert werden, wodurch sich eine erhebliche Kostenersparnis ergibt.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass durch die erfin¬ dungsgemäße Schnellschlussklappe, welche neben den Klappen¬ stellungen, komplett verschlossen und komplett geöffnet, we¬ nigstens eine weitere Position zulässt, die zwischen der ers- ten Position und der zweiten Position liegt, eine einfache Regelung des Massenstroms möglich ist. Hierdurch kann teilweise vollständig auf den Einsatz zusätzlicher Stellklappen verzichtet werden. Beim Einsatz zusätzlicher Stellklappen ermöglicht das regelbare Schnellschlussventil eine mehrstufige Entspannung, wodurch der Sperrbereich der Stellklappen vermindert werden kann. Erste Berechnungen zeigen, dass eine Minderung des Sperrbereichs um bis zu 45 % möglich ist. Die Ausführung der Schnellschlussklappe als regelbare Schnell¬ schlussklappe ist besonders dann vorteilhaft, wenn aus Si- cherheitsgründen der Einbau von Schnellschlussklappen gefordert ist. In diesem Fall kann durch die regelbaren Schnell¬ schlussklappen eine einfache und preiswerte zweistufige Ent¬ spannung realisiert werden. Das Nachrüsten der Schnell- schlussventile mit einem Verstellantrieb ist sehr einfach und preiswert .

Claims

Patentansprüche
1. Schnellschlussklappe (1), die in einer ersten Position
( s i ) einen Strömungsquerschnitts (A) innerhalb einer Rohrlei- tung (6) im wesentlichen vollständig frei gibt und in einer zweiten Position (S2) den Strömungsquerschnitts (A) innerhalb der Rohrleitung (6) im wesentlichen vollständig verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schnellschlussklappe (1) wenigstens eine weitere Position (S3) aufweist, die sich zwischen der ersten Position ( s i ) und der zweiten Position (S2) befindet.
2. Schnellschlussklappe (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Stellklappe (2) in Reihe mit der Schnellschlussklappe (1) geschaltet ist.
3. Schnellschlussklappe (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schnellschlussklappe (1) mit einer Steuer- und/oder Re¬ geleinheit (7) in Wirkverbindung steht, die einen Regelantrieb (8) für die Schnellschlussklappe (1) ansteuert.
4. Schnellschlussklappe (1) nach einem der vorherigen Ansprü- che,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellschlussklappe (1) als Stellklappe für die Entnahmedruckregelung einer Dampfturbine (3, 4) ausgebildet ist.
5. Schnellschlussklappe (1) nach einem der vorherigen Ansprü¬ che,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellschlussklappe (1) als Stellklappe für die Zudampfregelung einer Dampfturbine (3, 4) ausgebildet ist.
6. Schnellschlussklappe (1) nach einem der vorherigen Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellschlussklappe (1) als Stellklappe einer Turbineneinlassarmatur einer Dampfturbine (1, 2) ausgebildet ist.
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