DE2407177A1

DE2407177A1 - Hochdruck-ausloeseventil

Info

Publication number: DE2407177A1
Application number: DE19742407177
Authority: DE
Inventors: Markus Adrian Eggenberger
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1974-02-15
Publication date: 1974-11-21
Also published as: DE2407177C3; GB1466796A; JPS5834641B2; US3840050A; JPS5029904A; DE2407177B2; CH584862A5; CA996838A; SU820672A3

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Hochdruckventile und insbesondere auf solche Ventile, die bei der Steuerung eines Hydraulikdruckes in einem Notauslösesystem für Strömungsmittelgetriebene, rotierende Maschinen brauchbar sind.

Steuerungen für eine rotierende Strömungsmittel-getriebene Maschine, wie beispielsweise eine Dampfturbine, müssen ein Notauslösesystem aufweisen, das in der Lage ist, die Dampfströmung zu einer Dampfturbine bei dem relativ seltenen, aber nichtsdestoweniger kritischen Zustand einer zu hohen Drehzahl oder überdrehzahl schnell abzuschalten. Ein stark vereinfachter

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Aufbau eines Systems, um die Dampfströmung zu einer Dampfturbine abzuschalten, enthält ein Abstellventil in der Dampfeinlassleitung zur Turbine, das durch einen unter Druck stehenden Hydraulikzylinder offengehalten wird. Der hydraulische Auslösezylinder wird mit einem Hydraulikmittel über ein Auslöseventil

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versorgt, das auf>Signal von einer Überdrehzahl-Auslösevorrichtung anspricht. Wenn ein Überdrehzahlsignal abgegeben wird, bewirkt das Auslöseventil einen Druckverlust in dem Auslösezylinder, der bewirkt, dass das Abstellventil unter dem Einfluss eines Federmechanismus schnell in seinen Ventilsitz gelangt. In der US-PS 2 926 680 ist ein Beispiel für das vorstehend beschriebene System gegeben. Die vorstehende Beschreibung bezieht sich jedoch nur auf ein Beispiel und das Auslöseventil ist in gleicher Weise auf ein Steuersystem für eine Gasturbine und jedes andere Strömungsmittelsteuersystem anwendbar, bei dem ein Steuerventil für ein unter Druck stehendes Strömungsmittel notwendig ist.

Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Auslöseventil zu schaffen, das Hochdruck-Hydraulikmittel zur Ausübung einer grossen Öffnungskraft beim Rückstellbetrieb und einer grossenSchliesskraft im Auslösebetrieb verwendet, wodurch die Gefahr des Hängenbleibens des Ventiles auf ein Minimum reduziert wird.

Erfindungsgemäss wird ein Hochdruck-Auslöseventil für ein Strömungsmittel geschaffen, das ein äusseres Gehäuse mit einer darin befindlichen Axialbohrung und einen Kolben und einen Kolbenfolger umfasst, die auf entsprechende Weise einen Steuerventilkolben und einen Hauptventilkolben innerhalb der Axialbohrung definieren. Ein Hydraulikdruck wird von einer unter Druck stehenden Strömungsmittelquelle auf gegenüberliegende Stirnflächen auf den Kolbenkopf gerichtet, woraufhin das Auslöseventil in eine Rückstellposition vorgespannt ist. In diesem Zustand ist das

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•Steuerventil offen, um eine druckempfindliche Vorrichtung, d.h. ein Abstellventil, zu öffnen, wogegen das Hauptventil zu einem Entleerungstank geschlossen ist. Eine Auslösung wird dadurch herbeigeführt, dass Strömungsmittel auf der einen Seite der Kolbenfläche entleert wird und dadurch der Kolben verschoben wird, woraufhin das Steuerventil geschlossen und das Hauptventil geöffnet wird, um auf entsprechende Weise die Versorgung des Hochdruck-Strömungsmittels abzuschalten und das Hochdruck-Strömungsmittel zu entleeren, das dazu verwendet wurde, die druckempfindliche Vorrichtung unter Druck zu setzen. Das Ventil ist so aufgebaut, dass eine hydraulische Hammerwirkung, wie sie im folgenden noch beschrieben wird, auf ein Minimum herabgesetzt ist, und Massnahmen zur Entlastung der druckempfindlichen Vorrichtung getroffen sind, falls das Hauptventil in einer geschlossenen Position hängenbleiben sollte.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die einzige Figur ist eine Seitenschnittansicht von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein schematiseher Abschnitt die Strömungsrichtung des Hydraulikmittels zeigt.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Ventilgehäuse 11 auf, in dem eine Axialbohrung 13 ausgebildet ist. Ein Kolben 17 ist gleitend in der Bohrung angeordnet und weist einen Kolbenkopf 17 auf, der in entgegengesetzte Richtungen weisende Oberflächen 17a und 17b aufweist. Ferner weist der Kolben eine Kolbenstange 19 auf, die an dem einen Ende mit dem Kolbenkopf verbunden und an seinem freien Ende mit einem Steuerventilkörper 21 versehen ist.

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Ein Kolbenfolger 25 weist einen Führungsstössel 27 und einen vergrösserten Abschnitt auf, der in der Bohrung 13 gleitend angebracht ist. Der vergrösserte Teil des Kolbenfolgers bildet einen Steuerventilsitz 31 und darüberhinaus definiert sein Umfang einen Hauptventilkörper 35, der auf einem Umfangsflansch 37 in der Axialbohrung sitzt, die einen Hauptventilsitz 39 bildet.

Weiterhin wird deutlich, dass die Axialbohrung in dem Ventil in vier Kammern A, B, C und D unterteilt ist, die entsprechende Öffnungen "a" (Druckversorgung und Ahlass), "b"(Druckversorgung), ¹¹ c" (Druck) und "d" (Ablass) aufweisen.

In der Rückstellposition sind die Kammern A und B über die öffnungen "a" und "b" auf entsprechende Weise von der gezeigten Druckwelle unter Druck gesetzt. Unter Druck stehendes Strömungsmittel wirkt auf die gegenüberliegenden Oberflächen 17a und 17b, wodurch der Kolben bei den in der Zeichnung dargestellten Relationen nach links verschoben wird. Der Grund hierfür ist, dass die Kolbenkopffläche 17a grosser ist als die Kolbenkopffläche 17b. Das unter Druck stehende Strömungsmittel wird an einem T-Stück kl auf eine Leitung 45 abgezweigt, die eine Blende 49 enthält. Die Blende 49 bemisst die Strömung der hydraulischen Nachfüllung in die Kammer A, nachdem die Kammer entleert worden ist. Das Druckströmungsmittel strömt dann weiter durch ein zweites T-Stück 51 und in die Kammer A. Das T-Stück 51 ist mit einem Tank 59 über ein Magnetventil 55 verbunden, das normalerweise geschlossen ist, ausser während der Auslösesequenz. Der Steuerventilkörper 21 befindet sich in der Rückstellposition nicht in seinem Ventilsitz, während der Hauptventilkörper 35 in seinem Ventilsitz sitzt. Deshalb strömt das unter Druck stehende Strömungsmittel von der Kammer B zur Kammer C und aus der Drucköffnung "c" heraus zu einer druckempfxndlichen Vorrichtung, wie beispielsweise einem nicht gezeigten Feder-belasteten Abstellventil.

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Im Auslösebetrieb wird das Magnetventil 55 geöffnet, wodurch sich das unter Druck stehende Strömungsmittel in der Kammer A in den Tank 59 entleeren kann. Der Druckverlust in der Kammer A bewirkt, dass sich der Kolben nach rechts verschiebt, bis der Steuerventilkörper 21 in seinem Ventilsitz 31 sitzt, wodurch dann der Kolbenfolger nach rechts bewegt wird, wodurch der Hauptventilkörper 35 aus seinem Ventilsitz herausgeführt wird, so dass das in der Kammer C gespeicherte unter Druck stehende Strömungsmittel in die Kammer D und von dort über die öffnung d zu einem Entleerungstank abgelassen wird. Der Druckverlust in der Kammer C entriegelt die druckempfindliche Vorrichtung.

"Hydraulischer Hammer" ist ein einer weiteren Leitung abträglicher Zustand, der durch ein schnelles Abschalten einer starken Strömung von unter Druck stehendem Strömungsmittel herbeigeführt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung schliesst das Steuerventil zunächst die Strömungsmittelströmung zwischen den Kammern B und C, bevor sich irgendein signifikanter hoher Strömungsdurchsatz wie zwischen den Kammern B und D entwickeln kann, da sich das Hauptventil nicht in seinem Ventilsitz befindet (toter Gang bzw. totes Spiel). Deshalb wird bei Fehlen irgendeiner Entwicklung eines hohen Strömungsdurchsatzes ein hydraulischer Hammer verhütet. Wenn ein einzelnes Gleitventil ohne toten Gang zwischen den Kammern B und D angeordnet sein würde, könnte sich dieser hohe Strömungsdurchsatz entwickeln, wenn das Strömungsmittel in der Kammer C entleert und bevor die Strömungsmittelzufuhr zur Kammer C abgeschaltet ist.

In Verbindung mit dem grossen Teil des Kolbenfolgers sind eine Steuerventil-Schliessstrecke X und eine Strecke X¹ angegeben. Die Strecke X ist grosser als die Strecke X¹, die diejenige Strecke ist, um die sich der Steuerventilkolben bei totem Gang verschieben muss, um den kleinen Durchlass 71 zur Kammer C durch den Ventilfolger hindurch zu öffnen. Der Durchlass 71 stehtr über die Kammer E mit einem Durchlass 75 in Verbindung,

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wodurch die Kammer C in strömungsmässiger Verbindung mit der Kammer .D steht und eine Entlastung zwischen den Kammern C und D bildet/ Einfach ausgedrückt bedeutet dies, dass, bevor der Steuerventilkörper 21 auf dem Ventilsitz 31 sitzt, aber während er diesen Sitz nahezu erreicht hat, ist eine kleine Strömungsmittelströmung oder Entlastung zwischen den Kammern C und D gestattet. Dies tritt während des "toten Ganges" des Kolbens und des Steuerventiles auf. Das Strömungsmittel in der Kammer C wird bei einer verminderten Geschwindigkeit entleert, die ausreicht, um die druckempfindliche Vorrichtung auszulösen. Diese Konstruktion sorgt für eine spezielle Entlastungseinrichtung, die einen Auslöser selbst vor dem Verlassen des Hauptventilkörpers 35 seines Ventilsitzes betätigt oder wenn der Hauptventilkörper 35 in seiner Position im Ventilsitz auf Grund einer Strömungsmitbelverunreinigung oder aus anderen Gründen hängen bleibt oder "festfrisst".

Eine Feder 79 in der Kammer E zwischen dem Steuerventilkörper und dem vergrösserten Teil des Kolbenfolgers stellt sicher, dass während der Rückstellung das Steuerventil in seinem Sitz bleibt, solange das Hauptventil offen und bis das Hauptventil in seinem Ventilsitz ist. Ferner ist in dem Ventilgehäuse um den Kolbenfolgerstössel herum ein Nulldruckablass vorgesehen, um Leckagen am Ende des Ventilgehäuses zu verhindern.

Alle Gleitpassungen innerhalb der Axialbohrung sind mit Dichtungen und Dichtungsringen versehen, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, wodurch über den Passungen ein Nulldruckabfall besteht, so dass ein "Sedimentieren", das zu einem Hängenbleiben des Ventiles führen könnte, verhindert ist.

Die Arbeitsweise des Ventiles ist wie folgt. Um das Ventil zurückzustellen, werden die Kammern A und B unter Drück gesetzt, wodurch der Kolben nach links bewegt wird und das Steuerventil aus seinem Ventilsitz herausgeführt wird, nachdem das Hauptventil

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in seinen Sitz gebracht ist. Dadurch wird die Kammer C unter Druck gesetzt. Im Auslösebetrieb wird das Magnetventil 55 geöffnet, wodurch Strömungsmittel aus der Kammer A entleert wird. Dadurch wird ein KraftUngleichgewicht herbeigeführt und der Kolben nach rechts geschoben, wodurch ein "toter Gang" des Kolbens und eine graduelle Schliessung des Steuerventils hervorgerufen wird, so'dass ein "hydraulischer Hammer" in der Druckleitung des Strömungsmittels verhütet wird. Bevor das Steuerventil in seinen Ventilsitz kommt und während der Periode des "toten Ganges" wird etwas Strömungsmittel von der Kammer C über die spezielle Druckentlastungsvorrichtung 71» E und 75 in die Kammer D entleert, wodurch ein ausreichender Druckverlust hervorgerufen wird, um die druckempfindliche Vorrichtung auszulösen bzw. zu entriegeln. Dadurch wird jede Möglichkeit vermieden, dass ein Auslösefehler auf Grund des Hängenbleibens des Hauptventiles auftritt. Anschliessend wird das Steuerventil in seinen Ventilsitz gebracht und das Hauptventil wird geöffnet, wodurch der Auslösevorgang abgeschlossen wird.

Vorstehend wurde zwar ein Ausführungsbeispiel angegeben, das gegenwärtig als das bevorzugte Ausführungsbeispiel angesehen wird, selbstverständlich können aber innerhalb der gegebenen Lehren verschiedene andere Modifikationen vorgenommen werden. Eine derartige Modifikation könnte darin bestehen, dass die T-Stücke 41 und 51 weggelassen werden und die Kammer A über den Kolbenkopf unter Druck gesetzt wird, indem eine durch ihn hindurchführende Öffnung verwendet wird. Weiterhin könnte das aus der Kammer A entleerte Strömungsmittel direkt an der Stelle d in den Entleerungstank geschickt werden.

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Claims

Ansprüche

.j Auslöseventil für ein unter hohem Druck stehendes Strömungsmittel mit einem Steuerventil und einem Hauptventil innerhalb eines äusseren Gehäuses, gekennzeichnet durch einen toten Gang aufweisenden Kolben (15) und einen Kolbenfolger (25), die in einer Axialbohrung (13) innerhalb des äusseren Gehäuses (11) gleitend angebracht sind, und erste, zweite, dritte und vierte Kammern (A-D) innerhalb des äußeren Gehäuses, die jeweils eine Öffnung (a-d) durch das Gehäuse hindurch aufweisen, wobei das Steuerventil durch den Kolben (15) und den Kolbenfolger (25) definiert ist, die auf entsprechende Weise einen Steuerventilkörper (21) und einen Steuerventilsitz (31) zwischen den zweiten und dritten Kammern (B, C) bilden, und das Hauptventil durch den Kolbenfolger (25) und einen Teil der Axialbohrung (13) definiert ist, die auf entsprechende Weise einen Hauptventilkörper (35) und einen Hauptventilsitz (39) zwischen den dritten und vierten Kammern (C, D) bilden, und der tote Gang (X¹) auf die Strecke zwischen dem Steuerventilkörper (21) und dem Steuerventilsitz (31) in völlig geöffneter Position begrenzt ist.
2. Auslöseventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , dass Druckentlastungsmittel (71, E, 75) durch den Steuerventilkörper (21) und den Kolbenfolger (25) hindurch strömungsmässig die dritten und vierten Kammern (C, D) miteinander verbinden, bevor der tote Gang in dem Kolben (15) und dem Kolbenfolger (25) vollständig ist.
3. Auslöseventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Kolben (15) ferner einen Kolbenkopf (17) aufweist, der zwischen den ersten und zweiten Kammern (A, B) gleitend angeordnet ist.

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4. Auslöseventil nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch eine Druckmittelquelle, erste und zweite miteinander verbundene Leitungen, die auf entsprechende Weise die ersten und zweiten Kammern mit der Druckmittelquelle verbinden, eine dritte Leitung, die die erste Leitung und einen Entleerungstank (59) miteinander verbindet, ein Entleerungsventil (55) in der dritten Leitung zwischen der ersten Leitung und dem Entleerungstank (59) und eine die Strömung begrenzende Vorrichtung (49) in der ersten Leitung (45) zwischen den zweiten und dritten Leitungen.
5« Auslöseventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass das Auslöseventil (55) ein Magnetventil ist.
6. Auslöseventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steuerventilkörper (21) und dem Kolbenfolger (25) eine Feder (79) angeordnet ist, so dass zwangsläufig das Hauptventil in seinem Ventilsitz sitzt, bevor das Steuerventil aus seinem Ventilsitz herausbewegt wird.
7. Auslöseventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, zum Zuführen und Entleeren eines Druckströmungsmittels nach einer druckempfindlichen Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet , dass ein äusseres Gehäuse mit einer darin ausgebildeten axialen Bohrung vorgesehen ist_? die die ersten, zweiten, dritten und vierten Kammern bildet, die jeweils eine durch das äussere Gehäuse hindurchführende öffnung aufweisen, wobei die dritte Kammer mit der druckempfindlichen Vorrichtung in Verbindung steht, der Kolben in der axialen Bohrung gleitend angeordnet ist und einen Kolbenkopf zwischen den ersten und zweiten Kammern und einen Steuerventilkörper zwischen den zweiten und dritten Kammern aufweist und der Kolbenfolger in der axialen Bohrung gleitend

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angeordnet ist und dem Kolben in einer toten Gang ausbildenden Konfiguration betriebsmässig zugeordnet ist, wobei der Kolbenfolger den Kolben umgibt und einen Steuerventilsitz für den Steuerventilkörper zwischen den zweiten und dritten Kammern und ein Hauptventil zwischen den dritten und vierten Kammern bildet, so dass in der Rückstellposition die ersten und zweiten Kammern mit Druckströmungsmittel füllbar und der Kolben verschiebbar ist, wobei das Steuerventil aus seinem Ventilsitz gelöst wird und Druckströmungsmittel zu der dritten Kammer und der druckempfindlichen Vorrichtung durchlässt, und im Auslösebetrieb das die erste Kammer unter Druck setzende Strömungsmittel herausleitbar ist, so dass der Kolben verschiebbar ist, das Steuerventil in seinen Ventilsitz und das Hauptventil aus seinem Ventilsitz heraus bewegbar ist, um Druckströmungsmittel von der dritten Kammer zur vierten Kammer zu entleeren.

8« Auslöseventil nach Anspruch 7, dadurch gekennz e ic h η e t , dass zwischen der axialen Bohrung, dem Kolben und dem Kolbenfolger Strömungsmitteldichte Dichtungen vorgesehen sind.

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