DE2303511B2 - Kombinierte anfahr- und schnellschlusseinrichtung fuer dampf- und gasturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Anfahr- und SchnellschluBeinrichtung für Dampf- und Gasturbinen unter Verwendung eines mittels Hilfsventil druckmittelgesteuerten Ventils entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind Schnellschlußeinrichtungen für Dampfturbinen bekannt, bei denen Ventil und Ventilbetätigungseinrichtungen mittels Ventilstange und Laterne miteinander verbunden sind. Die Betätigungseinrichtung wird dabei mit einem gesonderten Druckmittel, z. B öl oder auch Wasser gesteuert. Diese bekannten Schnellschlußeinrichtungen haben oft eine große Baulänge, da bei diesen das Druckmittel der Betätigungseinrichtung von der E^:nwirkung höherer Temperaturen ferngehalten werden muß und somit ein größerer Abstand zwischen dem vom heißen Treibmittel durchströmten Ventil und der Betätigungseinrichtung eingehalten werden muß. Nachteilig sind dabei auch die Leckdampfverluste an der Spindeldurchführung. Außerdem können diese Einrichtungen nicht als AnfahrSieherheitseinrichtungen verwendet werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kombinierte Anfahr- und Schnellschlußeinrichtung für Dampf- und Gasturbinen zu schaffen, die sich durch kurze Baulänge auszeichnet und eine gegendruckabhängige Verriegelung, sowie eine selbsttätige gesteuerte Hubdämpfung bei Öffnung des Ventils aufweist.

Diese Aufgabe wird crfir.dungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs !.

Hierbei hat man auch noch den Vorteil, daß das Ventil druckentlastet öffnet, außerdem wird das Treibmittel zur Betätigung des Ventilkolbens herangezogen, und es werden keine großen Mengen an gesondertem Druckmittel zur Betätigung benötigt.

Es ist auch ein Ventil entsprechend dem Oberbegriff bekanntgeworden (DT-PS 11 96 458). Hierbei besteht aber eine grundsätzlich ganz andere Aufgabenstellung als beim Erfindungsgegenstand. Diese wird auch durch grundsätzlich andere Mittel gelöst, indem dort beim Öffnen des Ventils der Hauptventilkörper zwar vergrößert aber doch zwangsläufig öffnet und beim Schließen der Hilfsventilverschlußkörper ebenfalls verzögert aber auch zwangsläufig schließt. Diese Wirkungsweise zu erreichen sind dort ein umfangreiches Kanalsystem und zwei Rückschlagventile zusätzlich nötig. Außerdem sind die dort vorhandenen beiden Drosseln in vom Erfindungsgegenstand sehr verschiedener Weise in das dortige Kanalsystem eingeschaltet. Der Gedanke, eine Strömungskaskade in einer der Erfindung entsprechenden Weise zur gedämpften Betätigung eines Ventilverschlußkörpers heranzuziehen, ist in jener Schrift in keiner Weise angesprochen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beschrieben.

1. Aufbau

Ein Ventilgehäuse 1, dessen äußere Formgebung beliebig sein kann, mit einem Einströmstutzen 2 und einem Ausströmstutzen 3 versehen, wird koaxial zum Ausströmstutzen 3 durch einen Flansch 4 abgeschlossen. Mit dem Flansch 4 fest verbunden ist ein Führungszylinder 6, der innen sowie an der axialen Ringfläche 23 gepanzert ist

Im Führungszylinder 6 gelagert ist ein Ventilkolben 8, dessen axiaie Verlängerung als Ventilstange 10 ebenfalls in einer im Flansch 4 eingearbeiteten Gehäusebohrung 46 unter Bildung eines Ringspaltes gelagert ist

Mittels einer warmfesten Druckfeder 11, die sich einseitig gegen den Flansch 4 abstützt, wird der Ventilkolben 8 zusätzlich zum Treibmitteldruck gegen den Ventilsitz 43 im Gehäuse 1 gedruckt Im Ventilkolben 8 ist ein Vorhubventilverschlußkörper 12 mit Radialspiel eingebaut, der durch eine Kontaktfeder 13 mit seinem zylindrischen Ansatz 14 gegen einen Ventilsitz 13 im Ventilkolben 8 gedruckt wird und die Bohrung 21 dicht abschließt.

Senkrecht zur Achse des Hauptventils ist im Flanschansatz 5 ein Drei-Wege-Steuerventil angeordnet, bestehend aus: Ventilkegel 28, Stange 31, Entlastungskolben 27 mit Gestänge 38 und Faltenbalg 32. Als Stellglied für die Betätigung des Drei-Wege-Steuerventils — an dessen Stelle auch mechanische oder elektrische Stellglieder angebracht werden können — kommt hier vorzugsweise ein Membranstellglied 7 zur Anwendung.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei der beschriebenen Ventilanordnung in vorteilhafter Weise keinerlei Stopfbuchse erforderlich ist, so daß keine ständige Leckmittelabführung notwendig ist und überhaupt Treibmittelverluste nur während des öffnens und auch nur in sehr geringfügigem Maße auftreten.

2. Wirkungsweise

Wird die Membrankammer 44 über die Signalleitung 36 nicht mit Druck beaufschlagt, drückt die zylindrische Druckfeder 33 über das Gestänge 38 den Ventilkegel 28 gegen den Sitz der Bohrung 29 und dichtet diese ab.

Die Öffnung des Sicherheitsventils wird eingeleitet durch Druckbeaufschlagung der Membrankammer 44 mittels Signaldruck über die Leitung 36. Aufgrund der Flächendifferenz der Membranen 34 und 35 wird das Gestänge 38 gegen die Vorspannung der Feder 33 angezogen, der Ventilkegel 28 hubbetätigt und die Ventilbohrung 29 geöffnet bei gleichzeitigem Abschluß der Ventilbohrung 26. Hierdurch wird der Vorhubventilverschlußkörper 12 durch den Treibmitteldruck auf die Ringfläche 20 in Richtung Kontaktfeder 13 soweit hubbetätigt, bis der Zylinderteil des Vorhubventilverschlußkörpers 12 gegen den Ventilsitz 18 zur Anlage kommt.

Über die freigewordene Bohrung 21 kann nun das Druckmedium in den Ausströmstutzen 3 zur Vorwärmung der nachgeschalteten Anlagenteile überströmen. Erst wenn im Ausströmstutzen 3 ein vorbestimmter Treibmitteldruck aufgebaut wird, d. h. zum Beispiel bei Dampf, wenn die nachgeschalteten Anlagenteile wärmer sind als es der Kondensationstemperatur entspricht bzw. die nachgeschalteten Regelventile und die Entwässerungen abgesperrt werden, hebt der Ventilkolben 8 — der bisher noch vom vollen Treibmitteldruck auf den Ringansatz 9 des Ventilkolbens 8 einwirkend in Schließstellung gehalten wurde — druckentlastet vom Gehäusesitz 43 ab.

Es herrscht nun aber, bedingt durch die von der Bohrung 48 und dem Ringspalt zwischen Ventilstange 10 und Bohrung 46 gebildete Strömungskaskade, über die ein Treibmittelstrom bei gegebener freier Hilfsventilöffnung 29 besteht, im Druckraum 42 ein bestimmter Druck, der verschieden groß eingestellt werden kann, von beispielsweise 80% oder 90% des vollen Treibmitteldrucks. Geht der Ventilkolben 8 also rückwärts, komprimiert er zu einem gewissen Grade die im Druckraum 42 eingeschlossene Treibmittelmenge und führt so eine Dämpfung der Öffnungsbewegung herbei: Schließlich kommt er dabei in eine Stellung, in der der Bypass-Kanal 47 weitgehend die Drosselwirkung der Kaskade aufhebt so daß der Ventilkolben noch einmal beschleunigt wird und den Restöffnungsquerschnitt am Ventilsitz 43 schnell frei gibt.

Die Öffnungsbewegung des Kolbens 8 erfolgt also im wesentlichen in zwei Abschnitten, wovon der ersiere mehr oder weniger stark gedämpft ist. Dieses Öffnungsverhalten ist durch Wahl und Anordnung der Strömungsquerschnitte in weiten Grenzen variierbar. Zu dem Zweck ist im Ausbildungsbeispiel auch das Nadelventil 44 vorgesehen. Auf jeden Fall aber wird ein zu hartes Aufsetzen des Ventilkolbens 8 auf den Sitz 23 verhindert.

Da im Öffnungszustand der Ventilkolben 8 fest am axialen Sitz 23 sowie der Vorhubventilkörper 12 am Ventilsitz 18 anliegen, kann kein Treibmittel über den Kanal 47 und Bohrung 40 ausströmen, so daß also keine Leckverluste auftreten.

Bei Schnellschlußauslösung durch Druckabbau in der Membrankammer 64 wird die Ventilbohrung 26 geöffnet und die Ventilbohrung 29 abgesperrt, wodurch der Druckraum 39 und zunächst auch über den Bypass-Kanal 47 der Druckraum 42 wieder mit dem vollen Treibmitteldruck beau^rschlagt werden.

Nach einem gewissen Schließweg aber wird der Bypass-Kanal 47 wieder abgesperrt, wodurch die weitere Füllung des Druckraumes 42 nur noch durch die Bohrung 4S und den Ringspalt an der Bohrung 46 erfolgt. Hierdurch eignet sich das Ventil auch zur Begrenzung der Stellgeschwindigkeit beim Schließen bei großen Ventilmassen, — um ein zu hartes Aufschlagen zu vermeiden —, indem durch Einstellung oder Bemessung der Bohrung 48 das Nachfüllen des Druckraumes 42 mehr oder weniger stark gedrosselt erfolgt. Schließlich wird sich am Ende des Schließhubes die Schließkraft aufgrund des Differenzdruckes bei Drosselung der Treibmittelzufuhr wieder etwas erhöhen, wodurch die nachlassende Schiießkraft der Druckfeder 47 kompensiert wird, so daß insgesamt ein in notwendigerweise schnelles, aber relativ gleichmäßiges Schließen erzielt wird

Das Drei-Wege-Steuerventil mit dem Stellglied 7 ist eigensicher ausgelegt.

a) Bei Bruch der Membrane 34 und/oder 35 wird der Ventilkegel 28 durch die Feder 33 gegen den Sitz der Bohrung 29 gedruckt und eine Schnellschließung des Ventilkolbens 8 eingeleitet.

b) Bei Undichtheit oder Bruch des Balges 32 wird die Abschaltsicherheit nicht gefährdet, weil der Balg 32 und der Entlastungskolben 27 gleiche wirksame Flächen besitzen.

c) Bei Bruch der Druckfeder 33 wird aufgrund unterschiedlicher wirksamer Flächet, von Entlastungskolben 27 und Ventilkeg: I 28 — der Entlastungskolben 27 ist im Durchmesser kleiner —

die Abschaltsicherheit nicht gefährdet, weil der Ventilkegel 28 durch den Treibmitteldruck gegen den Sitz der Bohrung 29 gedrückt und so selbsttätig eine Schnellschließung des Ventilkolbens 8 eingeleitet wird.

Vorteilhaft für Dampfturbinen ist die Wirkungsweise ies Ventils als Anfahr- und Schnellschlußsicherheitsventil. Dabei wird der Öffnungsquerschnitt 21 des Vorhubventils so bemessen, daß, falls die Regelventile der Turbine geöffnet sind, diese keinesfalls durch die Vorwärm- Dampfmenge anlaufen kann. Das ist dann erst möglich, wenn die Regel- und Entwässerungsventile geschlossen werden und somit der Ventilkolben 8 öffnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mittels Hilfsventil druckmittelgesteuertes Ventil mit einem den Ventilverschlußkörper bildenden, in einem Führungszylinder gleitenden und von einer dort vorgesehenen Feder in Schließrichtung belasteten Ventilkolben, dessen Führungszylinder mit der dem Ventilsitz abgekehrten Seite des Ventilkolbens einen Druckraum bildet und der an der Seite des Druckraums mit einer Ventilstange versehen ist, die in einer Gehäusebohrung gleitet, deren vom Ventilkolben abgekehrtes Ende mit dem Hilfsventil in Strömungsverbindung steht, wobei Strömungsverbindungen zwischen den Steueröffnungen des <s Hilfsventil und der Gehäusebohrung und dem Druckraum einerseits und der Einlaßseite des Hauptventils andererseits bestehen und mindestens die Strömuugsverbindung zwischen dem Druckraum und der zu einem drucklosen Auslaß führenden Steueröffnung des Hilfsventil eine Drosselstelle aufweist, und mit einem im Hilfskolben geführten, als Stufenkolben ausgebildeten, eine Vorsteueröffnung zum Hauptventilquerschnitt beherrschenden Vorhubventilverschlußkörper, dessen den kleineren Querschnitt aufweisender Teil das Sitzende darstellt und der an der vom Sitzende abgewandten Seite durch eine Innenbohrung der Ventilstange von der Gehäusebohrung her und an der anderen Seite direkt durch eine Querbohrung im Ventilkolben an der Ringfläche der Stufe von der Eintrittsseite des Ventils her mit dem Treibmittel beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung des Ventils als kombinierie Anfahr- und Schnellschlußeinrichtung für Dampf- und Gasturbinen dem Ventilkolben (8) eine Ihn bis zum Erreichen eines festgelegten Druckes auf der Abströmseite (37) in Schließrichtung haltende Verriegelung zugeordnet ist, indem d'p CiehäusebohrunB (46) und der Druckraum (42) strömungsmäßig hintereinandergeschaltet sind, so daß die Drosselstelle dazwischen liegt, wobei diese als Spalt zwischen der Ventilstange (fO) und der Gehäusebohrung (46) ausgebildet ist, der am freien Ende der Ventilstange (10) durch eine kanalförmige, als Bypass für den Drosselspalt wirkende Vertiefung (47) in der Ventilstange (10) erweitert ist, und daß eine weitere, im montierten Zustand des Ventils (1) anpaßbare drosselnde Strömungsverbindung (44, 48) direkt von der Eintrittsseite (16) des Ventils (1) zum Druckraum (42) des Ventilkolbens (8) besteht, so daß diese zusätzliche Strömungsverbindung (44, 48) und der Spalt zwischen der Ventilstange (10) und der Gehäusebohrung (46) eine die Festlegung des Zylinderdruckes im Druckraum (42) und damit des als öffnungdruck zur Wirkung kommenden Gegendrucks auf der Abströmseite (37) in einem bestimmten Verhältnis zum Treibmitteldruck bewirkende Strömungskaskade bilden.

2. Anl'ahr- und Schnellschlußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere drosselnde Strömungsverbindung zum Druckraum (42) des Ventilkolbens (8) eine Bohrung (48) im Führungszylinder (6) ist, deren freier Querschnitt mittels eines Nadelventils (44) von *5 außen einstellbar ist.

3. Anfahr- und Schnellschlußeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (8) an seinem rückwärtigen, seinem Druckraum (42) zugewandten Ende eine bei voller Ventilöffnung an einer Gegensitzfläche (23) am Ende des Führungszylinders (6) anliegende und damit die Strömungsverbindung zwischen dem Druckraum (42) und dem Spindelraum (24) unterbrechende Sitzfläche aufweist