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Die Erfindung betrifft ein entlastetes Hubventil, insbesondere ein
Regelventil für Dampfturbinen, mit einem in einer Zylinderführung des Ventilgehäusedeckels
kolbenartig verschiebbaren Hauptverschlußteil mit axialer Durchgangsöffnung, in
der ein Hilfsverschlußteil axial verstellbar an einem Schaft sitzt und je nach seiner
Bewegungsrichtung entweder die Durchgangsöffnung des Hauptverschlußteiles verschließt
und diesen gegen seinen Sitz im Ventilgehäuse drückt oder den Hauptverschlußteil
über in diesem angeordnete Mitnehmer anhebt, wobei das obere Ende des Hauptverschlußteiles
über Öffnungen in der Zylinderführung mit dem abzudichtenden Druckraum in Verbindung
steht, deren Gesamtquerschnitt geringer als der Austrittsquerschnitt der Durchgangsöffnung
des Hauptverschlußteiles ist.
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Die immer fortschreitende Vergrößerung der Leistung von Dampfturbinen
und die Erhöhung des Frischdampfdruckes bringen eine Vergrößerung des Durchmessers
der Regelventile mit sich, wodurch die Steuerung der Regelventile erschwert wird.
Oftmals werden Hubventile der eingangs genannten Art verwendet, bei denen der oberhalb
des Ventils herrschende Druck in der Schließstellung der Ventile auf die gesamte
Querschnittsfläche des Hauptverschlußteiles mit Ausnahme der Querschnittsfläche
des Steuerschaftes wirkt. Zum Lüften derartiger Ventile ist eine gegenüber dem oberhalb
des Ventils herrschenden Druck sehr viel geringere Kraft notwendig, jedoch besteht
oftmals der Nachteil - der sich um so stärker bemerkbar macht, je größer die Leistung
der Turbine ist - daß im geöffneten Zustand nur eine verhältnismäßig geringe Auflagekraft
für die Verbindung zwischen dem Hilfsverschlußteil und dem Hauptverschlußteil des
Ventils vorhanden ist, welche im wesentlichen von den statischen oder dynamischen
Strömungsmitteldrücken auf das Ventil und damit vom Gewicht des Hauptverschlußteiles
dieses Ventils abhängt. Dadurch kann der Hauptverschlußteil nicht nur gegen den
Hilfsverschlußteil schlagen und damit die Lebensdauer des Regelventils beeinträchtigen,
sondern er folgt auch den Schließbewegungen des Hilfsverschlußteiles nur mit einer
gewissen Verzögerung, was die Genauigkeit der Arbeitsweise des Ventils beeinträchtigt.
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Bei einem anderen bekannten Hubventil mit Entlastung durch ein zentral
im Hauptverschlußteil angeordnetes, axial verschiebbares Vorhubventil besteht der
Nachteil, daß im Raum über dem Hauptverschlußteil ein Unterdruck entstehen kann,
der ein Flattern des Ventils bewirkt, wenn man sicherstellen will, daß der Druck
in diesem Raum nicht übermäßig hoch wird, sondern durch Öffnen des Vorhubventils
schnell genug abgebaut werden kann. Wenn der Druckabbau nur langsam oder nur in
unwesentlichem Umfang erfolgt, hat das Vorhubventil praktisch keine Bedeutung, denn
der Hauptverschlußteil muß dann praktisch gegen den vollen vor dem Ventil herrschenden
Druck gelüftet werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem entlasteten Hubventil
ein Flattern zwischen Hauptverschlußteil und Hilfsverschlußteil auch bei größeren
Ventilhüben mit Sicherheit zu vermeiden und gleichzeitig ein wirkliches druckentlastetes
Öffnen des Ventils mit einfachen und wirkungsvollen Mitteln zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem druckentlasteten Hubventil
der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß auf dem Schaft des Hilfsverschlußteiles
ein im Hauptverschlußteil axial gleitbar geführter Ringkolben verschiebbar angeordnet
ist, der von dem durch die Öffnungen in der Zylinderführung tretenden Druckmedium
in Richtung auf den Mitnehmer im Hauptverschlußteil gedrückt wird und mit einem
Anschlag am Ventilgehäusedeckel zusammenwirkt, der ihn in der Schließstellung des
Hauptverschlußteiles in einem Abstand von dem Mitnehmer hält, der geringer als der
Ventilhub ist. D. -r Hilfsverschlußteil legt sich also erst nach einem gewissen
Hub gegen den Mitnehmer des Hauptverschlußteiles.
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Das Ventil gemäß der Erfindung verhält sich also wie ein entlastetes
Hubventil üblicher Bauart, solange der Ventilhub gering ist. Sobald der Ventilhub
größer wird - was mit entsprechender Verminderung der dynamischen Druckkräfte unter
dem Ventil einhergeht - wird der Hauptverschlußteil des Ventils durch den Ringkolben,
auf den die Differenz zwischen den oberhalb und unterhalb des Ventils herrschenden
Drücken einwirkt, gegen den Hilfsverschlußteil gedrückt und das Ventil als Ganzes
verhält sich wie ein einfaches Klappenventil.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen
dem Ringkolben und dem Schaft des Hilfsverschlußteiles ein radiales Spiel vorgesehen,
das ausreicht, ein Fressen zu vermeiden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der mit dem feststehenden
Anschlag zusammenwirkende hintere Teil des Ringkolbens mit einem Verschlußteil versehen,
der in der vollständig angehobenen Lage des Ringkolbens mit einem den Schaft des
Hilfsverschlußteiles umgebenden Ventilsitz am Ventilgehäusedeckel zusammenwirkt,
so daß in dieser Stellung des Ventils kein Druckmedium von der Oberseite des Ringkolbens
am Schaft entlang nach außen gelangen kann.
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Dabei kann der Hauptverschlußteil einen Hilfsanschlag aufweisen, der
den Ringkolben beim Schließen des Ventils in Richtung auf den Mitnehmer in die Stellung
mitnimmt, die er normalerweise beim Schließen des Ventils einnimmt.
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Um einen allmählichen Übergang beim Auftreffen des Ringkolbens auf
den Mitnehmer des Hauptverschlußteiles zu ermöglichen, d. h. damit der Ringkolben
nicht plötzlich, sondern allmählich zur vollen Wirkung kommt, kann in an sich bekannter
Weise zwischen dem Mitnehmer im Hauptverschlußteil und dem Ringkolben eine Druckfeder
angeordnet sein.
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In der Zeichnung sind zur weiteren Erläuterung der Erfindung Ausführungsbeispiele
von entlasteten Regelventilen für Dampfturbinen dargestellt, und zwar zeigt F i
g. 1 einen halben Axialschnitt durch ein entlastetes Hubventil üblicher Bauart,
F i g. 2 einen halben Axialschnitt durch ein Hubventil gemäß der vorliegenden Erfindung
in geschlossenem Zustand, F i g. 3 einen weiteren Axialschnitt durch das Hubventil
aus F i g. 2 in teilweise geöffnetem Zustand und F i g. 4 einen halben Axialschnitt
durch eine abgewandelte Ausführungsform eines Hubventils gemäß der Erfindung im
letzten Teil des Ventilhubes, wenn der Ringkolben in Aktion tritt.
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Das in F i g. 1 dargestellte Regelventil bekannter Bauart besitzt
einen Hauptverschlußteil 1, welcher in einer am Ventilgehäusedeckel angeordneten
Zylinderführung 2 axial verschiebbar steckt und auf einem
Ventilsitz
3 ruht. Im Hauptverschlußteil 1 ist axial verschiebbar ein kolbenartiger Hilfsverschlußteil4
untergebracht, der am Ende eines axial verschiebbaren Schaftes 5 sitzt und die Aufgabe
hat, in der Schließstellung des Regelventils eine axiale Durchgangsöffnung 6 des
Hauptverschlußteiles 1 zu verschließen und denselben auf den Ventilsitz 3 zu drücken,
beim Öffnen des Regelventils den Hauptverschlußteil l jedoch über einen in demselben
angeordneten Mitnehmer 7 anzuheben.
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Bei geschlossenem Ventil wirkt der Druck Po von oben auf den Hauptverschlußteil
l und über Bohrungen 8 in der Zylinderführung 2 auch auf den Hilfsverschlußteil4.
Wenn der Hauptverschlußteil1 aufgehoben wird, überschreitet der freie Querschnitt
der axialen Durchgangsöffnung 6 rasch den gesamten Querschnitt der Bohrungen 8 und
der von oben auf das Ventil wirkende Druck nähert sich dem Druck p1 unterhalb des.
Ventils, wodurch die zum Anheben des Hauptverschlußteiles 1 am Schaft 5 benötigte
Kraft vermindert wird.
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Bei einem derartigen Ventil besteht immer die Gefahr, daß der Hauptverschlußteil
gegen den Hilfsverschlußteil schlägt, was leicht zu einer vorzeitigen Abnutzung
und manchmal auch zu einem Mangel an Genauigkeit bei schnellen Schließoperationen
führen kann, da die Kräfte, z. B. das Gewicht, die den Hauptverschlußteil in die
Schließstellung drücken, gegenüber der Wirkung des Hilfsverschlußteiles gering sind.
Durch die Erfindung soll unter allen Umständen eine befriedigende Verbindung zwischen
dem Hauptverschlußteil des Ventils und dem Hilfsverschlußteil erreicht werden.
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Gemäß F i g. 2 und 3 ist auf dem Schaft 5 im Inneren des Hauptverschlußteiles
1 ein Ringkolben 10 angeordnet, der normalerweise durch einen Anschlag 11, welcher
mit einem an einer axialen Verlängerung angeordneten Ringflansch 10 a zusammenwirkt,
in seiner tiefsten Stellung gehalten wird.
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Der Ringkolben 10 legt sich nach einem bestimmten Hub des Hauptverschlußteiles
1 mit einem Anschlag 10 b gegen einen im Hauptverschlußteil angegrdneten Mitnehmer
12, welcher zum Anheben des FIauptverschlußteiles mit Hilfe des I-Elfsverschlußteiles
4 dient. Der Mitnehmer 12 weist Bohrungen 9 , suf, die eine zwischen dem Ringkolben
10 und dem Mitnehmer 12 befindliche ringförmige Kammer B mit 3er Unterseite des
Ventils in Verbindung bringen, wenn der Hilfsverschlußteil 4 den Hauptverschluß-:eil
1 des Ventils anhebt.
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In geschlossenem Zustand legt sich, wie F i g. 2 zeigt, der Hilfverschlußteil
4 gegen einen unteren Sitz 'm Inneren des Hauptverschlußteiles 1 und sichert ,omit
eine Abdichtung sowohl zwischen dem Hauptrerschlußteil 1 und dem Ventilsitz 3 als
auch zwi-;chen dem Hauptverschlußteil und dem Hilfsver-;chlußteil selbst. Der über
dem Ventil herrschende ]ruck Po ist durch die Bohrungen 8 auch in einer Zammer A
über dem Ringkolben 10 vorhanden und wirkt somit auch durch die zwischen dem Ringkolben
1O und dem Schaft 5 einerseits und dem Ringkolben 1O und der Innenwand des Hauptverschlußteiles
1 mdererseits vorhandenen Passungsöffnungen auf die Cammer B und verstärkt damit
den Schließdruck :wischen dem Hauptverschlußteil und dem Hilfsver-@chlußteil.
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Während der Hilfsverschlußteil4 angehoben wird - wie in F i g. 3 dargestellt
- bringen die Ab$ußstellen unter dem Ringkolben 10 und insbesondere die Bohrungen
9, die einen erheblichen Durchmesser haben, den Druck in der Kammer B auf den unteren
Druck p1, so daß sich das Ventil so lange, bis der Ventilhub genügend groß geworden
ist, daß sich der Anschlag 10 b des Ringkolbens gegen den Mitnehmer 12 legt, wie
ein Ausgleichsventil üblicher Bauart verhält.
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Von diesem Augenblick an liegt der Hauptverschlußteil 1 auf dem Hilfsverschlußteil
4 mit dem Druck Po, der über dem Ringkolben 10 herrscht, auf, und das Ventil
wird insgesamt durch den Schaft 5 angehoben. Diese Phase der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen
Ventils ist in F i g. 4 dargestellt, die außerdem einige Änderungen der Einzelteile
des Ventils zeigt.
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Gemäß F i g. 4 ist der Ringkolben 10 mit Segmenten 13 versehen,
welche die Abdichtung gegen den Hauptverschlußteil 1 verbessern. Um jedes Risiko
bezüglich einer fehlerhaften Arbeitsweise des Ringkolbens 10 auszuschalten, ist
zwischen dem Ringkolben und dem Schaft 5 des Hilfsverschlußteiles 4 ein Spiel j
vorgesehen. Außerdem nimmt ein Hilfsanschlag 15 am Hauptverschlußteil 1 im letzten
Teil seiner Abwärtsbewegung den Ringkolben 10 mit.
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Darüber hinaus ist in einer innerhalb der Zylinderführung 2 vorgesehenen
axialen Verlängerung des Ventilgehäusedeckels ein konischer Lagersitz lla angeordnet,
der mit einem Verschlußteil 10 c des Ringkolbens 10 zusammenwirkt, um die Abdichtung
der Kammer A nach außen zu verbessern, wenn das Ventil weit geöffnet ist.
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Schließlich kann die Arbeitsweise des Ringkolbens 10 leicht progressiv
gestaltet werden, indem man beispielsweise eine Druckfeder 14 zwischen dem Ringkolben
10 und dem Mitnehmer 12 des Hauptverschlußteiles 1 anordnet, d. h. der Ringkolben
wird nicht plötzlich, sondern durch die Druckfeder 14 gedämpft auf den Mitnehmer
12 gedrückt.