DE2523295A1

DE2523295A1 - Kombiniertes schnellschluss- und regelventil

Info

Publication number: DE2523295A1
Application number: DE19752523295
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Dipl Ing Masek; Arthur Dipl Ing Oberle
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-04-30
Filing date: 1975-05-26
Publication date: 1976-11-11
Also published as: US4121617A; DE7516725U; IN146250B; CH584348A5; FR2309708B3; FR2309708A1; CA1032522A

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil für den Einbau in Arbeitsmediumsleitungen von Turbomaschinen, insbesondere Dampfturbinen, dessen Schnellschlussventilkörper und Regelventilkörper unabhängig voneinander in einem gemeinsamen Ventilgehäuse angeordnet sind, und mit koaxialen und unmittelbar an einer Durchflussöffnung des Ventilkorbes nebeneinanderliegenden Ventilsitzen ausgerüstet sind, wobei der Regelventilkörper als Glocke ausgebildet ist, in deren Hohlraum der Schnellschlussventilkörper koaxial eintaucht und sowohl Regelventilkörper als auch Schnellschlussventilkörper in den Endstellungen gegenüber dem Ventilgehäuse fest abgestützt sind.

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Im allgemeinen werden in den Arbeitsmediumsleitungen von Turbomaschinen, insbesondere bei Gas- und Dampfturbinen, Regel- und Schnellschlussventile vorgesehen, die in voneinander getrennten Gehäusen untergebracht sind. Da die Anordnung mehrerer solcher Gehäuse relativ grossen Raumbedarf aufweist, wurden schon kombinierte Schnellschluss- und Regelventile in einem gemeinsamen Ventilgehäuse vorgeschlagen. Diese Ventilbauart der eingangs erwähnten Art zeichnet sich zusätzlich durch den verminderten Strömungswiderstand aufgrund des· gemeinsamen Ventilsitzes vorteilhaft aus.

Diese Ventilbauart wurde im Zuge der Entwicklung des Kraftwerksbaues wegen des immer grosser werdenden Volumenstromes ebenso als Regelventil in der Prischdampfleitung wie als Abfangventil in den Zwischendampfleitungen eingesetzt. Dabei dienen die Regelventilkörper jeweils zur Anpassung der Leistung der Dampfturbine an den unterschiedlichen Leistungsbedarf oder zum Schutz vor einer Beschleunigung der Turbine in den Ueberdrehzahlbereich nach einem durch äussere Einflüsse hervorgerufenen Lastabwurf oder einer betriebsbedingten Schnellabschaltung.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese kombinierte Regel- und Schnellschlussventilbauart bei Betrieb der Turbine im Teillastbereich, also bei einer Teilhubhöhe, aber auch in verschiedenen Druckdifferenzbereichen zu Vibrationen neigt.

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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher darin zu sehen, bei einem kombinierten Regel- und Schnellschlussventil einerseits diese Vibration zu vermeiden, andererseits die Regulierfähigkeit der Turbinenanlage im gesamten Betriebsbereich ausreichend zu sichern.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz mit einem Drosselkragen versehen ist, in dem am Umfang verteilte Schlitze vorgesehen sind, deren innerer Durchmesser mit jenem der Steuerkante des Regelventilkörpers wenigstens annähernd übereinstimmt, wobei der Schnellschlussventilkörper eine konische Aussenkontur aufweist, die mit dem Innenumfang des Regelventilkörpers einen sich in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums verjüngenden Ringspalt bildet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Regelventilkörper in an sich bekannter Weise mit einem Vorhubventil ausgerüstet ist, dessen Durchströmöffnung mit einer Haube gegenüber dem Schnellschlussventilkörper abgeschirmt ist, wobei die Haube über Stege am Regelventilkörper befestigt ist.

Eine andere Ausführungsform ist dadurch ausgezeichnet, dass die Zuströmung des Arbeitsmediums zum Vorhubventil im Regelventilkörper mit Ejektordüsen versehen ist.

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Die Vorteile der Erfindung liegen im allgemeinen darin, dass durch die kronenartige Ausbildung des Ventilsitzes und die konische Ausbildung der Steuerkante die zu Schwingungen führenden Anregungskräfte vermindert werden, wobei die Strömungsgerausche des Arbeitsmediums an der Durchtrittsöffnung des Ventiles im Teillastbetrieb nahezu vollkommen unterdrückt werden. Durch die kleineren Anregungskräfte wird die Schwingungsbeanspruchung an den Bauteilen des Regel- und Schnellschlussventils bzw. deren Spindeln reduziert und somit die Betriebssicherheit entscheidend verbessert.

Zur Unterstützung dieser Massnahmen dient die Haube im Innern des Regelventilkörpers, die mit der konischen Aussenkontur des Schnellschlussventils eine aerodynamische Zentrierwirkung der beiden ^v-.rtilkörper bewirkt.

Ferner wird durch die Ejekt^odüsen im Regelventilkörper eine Reduzierung des Druckes im Raum oberhalb des Regelventilkörpers erreicht. Dadurch ist bei offenem Vorhubventil eine Schubentlastung des Regelventilkörpers gegeben.

Im folgenden ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand beiliegender Zeichnung erläutert.

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Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines kombinierten Regel- und Schnellschlussventiles für eine Dampfturbinenanlage in der geöffneten Ventilstellung

Fig. 2 zeigt den Ausschnitt gemäss Fig. 1 in der geschlossenen Ventilstellung.

Für einander entsprechende Teile sind in den Figuren gleiche Bezugszeichen eingesetzt.

In Fig. 1 wurde das Gehäuse 1 des Ventiles nur angedeutet bzw. nur dessen an die Durchtrittsöffnung 3 bzw. den Ventilsitz 2 angrenzenden Teile dargestellt. Die Einströmung des Arbeitsmediums erfolgt über die Eintrittsspirale 4. Das Regelventil 9 ist von einem Dampfsieb 5 umgeben, das einerseits zwischen dem Gehäuse 1 und dem Ventilsitz 2 und andererseits zwischen diesem und dem Gehäusedeckel 6 starr eingesetzt ist.

Am Gehäusedeckel 6 ist die zylindrische Führungsbüchse 8 befestigt, die die Führung für das Regelventil 9 bildet. Dieses besteht aus dem zweiteiligen Regelventilkörper 10, dessen Hülsenteil 10· die Steuerkante 11 für den Sitz 12 am Ventilsitz 2 aufweist. Der innere Bodenteil 10'' nimmt das Vorhubventil. 14 auf, das an der Spindel 13 vorgesehen ist. Das Vorhubventil 14 weist zwei Sitze 15 und 16 auf, die mit den Sitzen 15' bzw.

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16· am Bodenteil ΙΟ¹¹ korrespondieren. Im Hülsenteil 10· sind ejektorartige Düsen 18 angeordnet, die mit den Bohrungen 17 am Bodenteil 10·' kommunizieren. Ueber Stege 19 ist die Haube 20 am Bodenteil 10'' befestigt. Diese bildet einen Ringspalt 21 zwischen Hülsenteil 10' und Haubenrand.

In der gezeigten voll geöffneten Stellung ist das Regelventil 9 durch das auf dem Sitz 15 aufliegende Vorhubventil I¹I sowie den am Sitz 23 aufsitzenden Regelventilkörper 10 mittels der Spindel 13 gegen axiale Verschiebung gesichert.

Am Ventilsitz 2 ist ausserhalb des Sitzes 12 ein Drosselkragen

24 vorgesehen, dessen Rand durch einzelne Schlitze bzw. Nuten

25 durchbrochen ist. Die Steuerkante 11 des Regelventils 9 wird durch den Uebergang der zylindrischen Aussenkontur der Hülse 10' auf die konische Sitzfläche gebildet. Diese konische Sitzfläche bildet bei voll offenem Regelventil mit der konischen Sitzpartie 33 des Schnellschlussventils und der Aussenkontur der Führungsbüchse 26 die strömungsgünstige innere Begrenzungsfläche in der Eintrittspartie zum Kreisringdiffusor 29.

Die Führungsbüchse 26 der Spindel 27 des Schnellschlussventils 28 ist aus Montagegründen zweiteilig ausgeführt; der untere Teil 26' ist im Gehäuse 1 über Bolzen 30 mit dem Gehäusedeckel 31 befestigt. Für die Spindel 13 und 27 des Regel* und des Schnell-

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schlussventil 9 bzw. 28 sind in den Gehäusedeckeln 6 und 31 nicht näher bezeichnete Lagerteile und Stopfbüchsen vorgesehen.

Das Schnellschlussventil 28 ist aus dem Ventilkörper 32 gebildet, dessen Sitzpartie 33 mit der am Ventilsitz 2 angeordneten Sitzfläche 34 korrespondiert. Der Ventilkörper 32 besteht aus konstruktiven Gründen aus zwei Stücken, deren hülsenförmiges Stück 32 *' einerseits den Sitz 35 für die Fixierung der geöffneten Stellung des Schnellschlussventils 28 und andererseits die konisch ausgebildete Sitzpartie 33 am Aussenumfang trägt. Das Rumpfstück 32' nimmt dagegen das Vorhubventil 36 mit den beiden Sitzen 37 und 38 auf, wobei einer der beiden jeweils gelöst oder offen sein muss.

In der Spindel 27 des Schnellschlussventils 28 ist eine Bohrung 39 vorgesehen, welche mit Kanälen 40 versehen ist, die bei geöffnetem Schnellschlussventil 28, aber auch schon beim Oeffnen des Vorhubventils 36 eine Verbindung zwischen dem Raum 41 innerhalb des Regelventilkörpers 10 und dem vom Schnellschlussventilkörper 32 eingeschlossenen Raum 42 herstellen. Die Kanäle 40 münden am Aussenumfang der Spindel zweckmässigerweise zwischen den Sitzen 37 und 38 des Vorhubventils 36.

In Fig. 2 sind die beiden Ventile 9 und 28 in geschlossener Stellung dargestellt, so dass die konzentrische Lage der beiden

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Ventilsitze 12 und 3^ deutlich erkannt werden kann.

Die Wirkungsweise des kombinierten Regel- und Schnellschlussventiles soll nunmehr anhand der beiden Figuren beschrieben werden.

Beim normalen Oeffnen des kombinierten Ventils wird zuerst das Schnellschlussventil 28 geöffnet, d.h. die Spindel 27 wird nach oben geschoben und gibt den Sitz 38 des Vorhubventils 36 frei. Nach dem Anliegen des Vorhubventils 36 am Sitz 37 wird der Schnellschlussventilkörper 32 weiter angehoben, bis der Sitz 35 an dem entsprechenden Teil der Führungsbüchse 26 aufsitzt. Damit hat das Schnellschlussventil 28 seine volle Hubhöhe erreicht und ist statisch fixiert.

Das bis "u diesem Zeitpunkt noch geschlossene Regelventil 9 kann nun ebenfalls geöffnet werden. Dazu wird die Spindel 13 verschoben und das Vorhubventil 1^4 vom Sitz 16 gelöst. Das Arbeitsmedium, welches über die Düsen 18 in den Raum oberhalb des Ventilsitzes 16 im Ventilkörper 10 gelangen konnte, kann nun in den Raum Hl überströmen. Bei offenem Vorhubventil erzeugen die Strahlen der Düsen 18 beim Spalt zwischen Vorhubventil lH und Kante 22 einen Unterdruck, der eine Saugwirkung auf den Raum über den Regelventil ausübt. Dadurch wird dort der Druck abgesenkt, und es entsteht eine Entlastung des Regelventils von Frischdampfdruck. Sobald das Vorhubventil I^ am Sitz 15 anliegt, wird der Regelventilkörper 10 vom Ventil-

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sitz 12 gelöst und das Arbeitsmedium kann über dan Drosselkragen 2k bzw. die Nute 25 in den Kreisringdiffusor 29 einströmen und das Ventilgehäuse über die Austrittspirale Ί4 verlassen. Am Drosselkragen 24 wird bei der Teilhubmenge die Strömung in mehrere Strahlen aufgeteilt, von denen sich jede einzelne besser an die Kontur des Kreisringdiffusors 29 anlegt. Somit wird eine Anregung der Führungsbüchse 26 und des Schnellschlussventiles 28 zu Schwingungen, weder durch direkte Anströmung, noch durch mögliche Ablösungen im Kreisringdiffusor 29 hervorgerufen.

Die über die Düsen 18 und den Ringspalt 21 strömende Vorhubmenge des Arbeitsmittels wirkt ebenfalls stabilisierend auf das Schnellschlussventil 28 ein, zumal im verbleibenden Spalt k5 zwischen der Innenwand des Regelventilkörpers 10' und dem Aussenumfang des Hülsenteils 32·· des Ventilkörpers 32 eine stationäre Strömung erreichbar ist. Dazu ist der Hülsenteil 32'· in der Nähe der Sitzpartie 33 mit einem Konus versehen, der den Ringspalt 43 in Strömungsrichtung verjüngt. Die daraus entstehende Düse bringt eine aerodynamisch zentrierende Wirkung hervor.

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Claims

54/7? tr 2 b 2 3 2 9 b Patentansprüche

1. Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil für den Einbau in Arbeitsmediumsleitungen von Turbomaschinen, insbesondere Dampfturbinen, dessen Schnellschlussventilkörper und Regelventilkörper unabhängig voneinander in einem gemeinsamen Ventilgehäuse angeordnet sind, und mit koaxialen und unmittelbar an der Durchflussöffnung des Ventilkorbes nebeneinander liegenden Ventilsitzen ausgerüstet sind, wobei der Regelventilkörper als Glocke ausgebildet ist, in deren Hohlraum der Schnellschlussventilkörper koaxial eintaucht und sowohl Regelventilkörper als auch Schnellschlussventilkörper in , den Endstellungen gegenüber dem Ventilgehäuse fest abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (2) mit einem Drosselkragen (24) versehen ist, in dem am Umfang verteilte Schlitze (25) vorgesehen sind, deren innerer Durchmesser mit dem der Steuerkante (11) des Regelventilkörpers (10) nahezu übereinstimmt, wobei der Schnellschlussventilkörper (32) eine konische Sitzpartie (33) aufweist, die mit dem Innenumfang des Regelventilkörpers (32) einen sich in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums verjüngenden Ringspalt (43) bildet.

2. Kombiniertes Schnellschluss- und Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelventilkörper (10)

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in an sich bekannter Weise mit einem Vorhubventil ) ausgerüstet ist, dessen Durchströmöffnung mit einer Haube (20) gegenüber dem Schnellschlussventilkörper (32) abgeschirmt ist, wobei die Haube (20) über Stege (19) am Regelventilkörper (10) befestigt ist.

3. Kombiniertes Regel- und Schnellschlussventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuströmung des Arbeitsmediums zum Vorhubventil (14) des Regelventilkörpers (lo) mit Ejekt'f^düsen (18) versehen ist.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & CIe.

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