DE2415420B2 - Regelventil, insbesondere für Dampfturbinen - Google Patents

Description

)ie Erfindung betrifft ein Regelventil, insbesondere die Dampfzufuhr von Dampfturbinen, mit einem ern Ventil großen Sitzdurchmessers und einem in die-1 angeordneten zweiten Ventil mit einem Sitz kleien Durchmessers.

iin Dampf-Regelventil der vorstehend geschilderten : ist bereits bekannt (DT-PS 12 15 459). Damit wird

langsam und entlastet, d. h. ohne große Ventilkräfte öffnen zu können, was dadurch erreicht wird, daß nach dem Anheben des Hilfsventilkörpers zuerst ein Druckausgleich vor und hinter dem zugeordne(en Hilfsventilsi;z und damit auch zu beiden Seiten des Hauptventilkörpers geschaffen wird.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich der Ver>chlußtril des großen Ventils unter Bildung eines engen Dampfführungsspaltes bis nahe zur Wandung des Ventilraumes erstreckt, zur Steuerung des Öffnungsquerschnitts einer in der Wandung gebildeten Zuströmöffnung längs der Wandung verschiebbar ist und Bohrungen enthält, die eine Verbindung des Ventilraums zu dem vor dem kleinen Ventil liegenden Innenraum des Verschlußteils des großen Ventils herstellen. Durch den engen Dampfführungsspalt kann somit auch im geschlossenen Zustand des großen Ventils die benötigte geringe Dampfmenge dem kleinen Ventil zugeführt werden. Bei Öffnung des großen Ventils dagegen kann die Dampfzufuhr in der Hauptsache unter Umgehung des engen Dampfführungsspaltes zum großen Ventil hin erfolgen.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Verschlußteil für das große Ventil zusätzliche, parallel zur Längsachse des Ventilschafts verlaufende durchgehende Ausgleichsbohrungen auf. Diese verbinden die durch den Verschlußteil gebildeten beiden Teilräume des Ventilraums miteinander und schaffen damit einen Druckausgleich zu den beiden Seiten des Verschlußteils.

Andere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Regeleinrichtung für die Dampfzufuhr nach dem Stand der Technik,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Turbine für den Antrieb einer Frachtöl- oder Ballast-Pumpe, die mit einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung zusammenwirkt,

F i g. 3 eine teilweise Schnittansicht in vergrößertem Maßstab eines Regelventils gemäß Fig.?,

F i g. 4 eine der F i g. 3 ähnliche Darstellung, jedoch mit einer anderen Ventilstellung,

F i g. 5 eine Schnittansicht, gesehen in Richtung des Pfeiles A in F i g. 3, und

F i g. 6 ein Schaubild, aus dem das Last/Drehzahl-Verhalten einer Turbine hervorgeht.

Der Deutlichkeit halber sei vor der Erläuterung des Ausführungsbeispiels der Erfindung eine Regeleinrichtung nach dem Stand der Technk beschrieben, mittels der die Zuströmmenge an Dampf eingeregelt wird. Die Erläuterung beleuchtet auch das Problem, das durch die erfindungsgemäße Einrichtung gelöst wird.

Die Drehgeschwindigkeit einer Pumpe c und einer Turbine d wird durch einen mechanisch-hydraulischen Regler b festgestellt, der auf einem Untersetzungsgetriebe a angeordnet ist. Durch diesen wird in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen einer Ncnn-Drehzahl. die in einen Nenn-Drehzahlgeber eingegeben ist, und der Drehzahl der Pumpe c oder der Turbine d der Stößel eines Servomotors f so betätigt, ^6j daß ein Dampf-Regelventil h über einen Stellmechanismus g verstellt wird. Dadurch wird der der Turbine d /ueeführte Frischdampf so eingeregelt, daß deren Drehzahl auf einem bestimmten Wert bleibt.

Wie eingangs erläutert, ist für den Fall, daß die Pumpe c Luft ansaugt, eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen, um die Turbine d anzuhalten. Außerdem setzt sich auf Grund unausgeglichener oder ungleichmäßiger Dampfkräfte, die auf den Ventilkörper /bei einem niedrigen Hub des Ventils h wirksam .rind, dieser auf den zugehörigen Ventilsitz j auf, so daß ein Betrieb bei extrem kleinen Drehzahlen nicht möglich ist.

Die F i g. 2 zeigt schematisch ein mit einer Turbine für eine Frachtöl- oder Ballastpumpe gekoppelte erfindungsgemäße Dampfzufuhr-Regeleinrichtung. Hierbei treibt eine Dampfturbine 1 eine Frachtöl- oder Ballastpumpe 2 an und wird zu diesem Zweck über ein Dampf-Regelventil 3 mit Dampf versorgt. Das Dampf-Regelventil 3 dient zugleich als Schnellschlußventil in Notfällen.

Die F i g. 3 zeigt eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab des Dampf-Regelventils 3. Ein Ventilgehäuse

10 besitzt einen Dampfeinlaß 11 und einen Dampfauslaß 12. Der durch den Einlaß 11 eintretende Dampf durchströmt ein Dampffilter 13 und durch eine Öffnung 15, die beispielsweise fünfeckigen Querschnitt besitzt (F i g. 5), in eine Kammer 23. Längs der Achse des Ventilgehäuses 10 erstreckt sich ein Ventilschaft 16, der in seiner Längsmitte einen damit einstückig ausgebildeten Ventilkörper eines kleineren Ventils 24 aufweist. Ein großes Ventil 9 ist so angeordnet, daß es das kleinere Ventil 24 umgibt, jedoch davon einen bestimmten Abstand einhält. Im unteren Teil des großen Ventils 9 ist ein Ventilsitz 25 für das kleinere Ventil ausgebildet.

Auf den Ventilschaft 16 ist ein Ventildeckel 17 aufgeschoben, der über dem kleineren Ventil 24 sitzt und fest mit dem großen Ventil 9 verbunden ist. Auf diese Weise wird das kleinere Ventil 24 von dem Ventildeckel 17 und dem großen Ventil 9 umschlossen.

Das große Ventil 9 wird normalerweise unter der Einwirkung einer Ausgleichsfeder 22. die zwischen dem Ventilgehäuse 10 und dem Ventildeckel 17 angeordnet ist, gegen einen Ventilsitz 21 gedrückt. Durch den Einlaß 11 eintretender Dampf strömt in eine obere Kammer 23 durch einen schmalen Kanal zwischen der Seitenwand des großen Ventils 9 und der Innenwand einer Wandung 14. Eine Anzahl vertikaler Ausgleichsbohrungen 19 durchsetzt das große Ventil 9 nahe an dessen Seitenwand, so daß die obere Kammer 23 mit dem durch das Hauptventil 9, den Hauptventilsitz 21 und die als Dampfführung dienende Wandung 14 gebildeten Raum in Verbindung gebracht werden kann. In gleicher Weise erstreckt sich eine Anzahl vertikaler Ausgleichsbohrungen 18 durch den Ventildeckel 17, so daß die obere Kammer 23 auch mit dem Raum 20 zwischen dem großen und dem kleineren Ventil 9 bzw. 24 in Verbindung steht.

Bei niedriger Last, beispielsweise weil die Pumpe 2 Luft ansaugt, oder bei niedriger Drehzahl, beispielsweise beim An- oder Auslaufen der Turbine 1. ist die Dampfdurchsatzmenge niedrig. Folglich ist der Ventilschaft 16 nur um einen geringen Hub angehoben, wie in F i g. 3 gezeigt ist. Somit strömt Dampf aus dem Einlaß

11 durch den Kanal zwischen der Wandung 14 und dem großen Ventil 9 in die obere Kammer 23; ein Teil des Dampfes durchströmt auch die Ausgleichsbohrungen

19 und gelangt in die Kammer 23. Von der oberen Kammer 23 aus gelangt der Dampf durch die Ausgleichsbohrungen 18 im Ventildeckel 17 in den Raum

20 oberhalb des kleineren Ventils 24, durchströmt den geöffneten Spalt zwischen dem Ventilkörper des klei-

neren Ventils 24 und dem zugehörigen Ventilsitz 25 und gelangt durch den Auslaß 12 in die Dampfturbine 1. Wird der Dampfdurchsatz durch das kleinere Ventil 24 auf die geschilderte Weise eingeregelt, dann bleibt das große Ventil 9 gegen den zugehörigen Ventilsitz 21 unter der Einwirkung der Feder 22 gedrückt, so daß durch das große Ventil kein Dampf strömt. Soll der Dampfdurchsatz erhöht werden, so wird der Ventilschaft 16 weiter angehoben (vgl. F i g. 4), bis das obere Ende 26 des kleineren Ventilkörpers in Kontakt mit dem unteren Ende des Ventildeckels 17 kommt. Ab diesem Zeitpunkt werden der Ventilschaft 16, der Ventildeckel 17 und das große Ventil 9 gemeinsam bewegt. Folglich durchströmt der Dampf die fünfeckige Öffnung 15 und den Ringspalt zwischen dem großen Ventil 9 und dessen Ventilsitz 21 zur Dampfturbine 1 hin. Der Dampfdurchsatz kann entsprechend durch Steuerung des freigegebenen Querschnitts der Öffnung 15 und des großen Ventils 9 geregelt werden.

Wie sich wieder aus F i g. 2 ergibt, wird die Drehgeschwindigkeit der Pumpe 2 durch einen Drehzahlgeber abgetastet, der ein zahnradartiges Drehelement 27 auf der Welle eines Getrieberades ist, das mit einem Tachometer in Form einer Spule zusammenwirkt, die eine für die Drehzahl der Pumpe 2 repräsentative Spannung an einen Regler 6 anlegt. An dem Regler 6 wird mittels eines Nennwertgebers 5 nach Art eines Potentiometers eine bestimmte Drehzahl eingestellt. Der Regler 6 liefert dann eine Ausgangsspannung an einen Servomotor 7 so, daß die Differenz zwischen dem eingestellten Nennwert der Drehzahl und der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit zu Null wird. In Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Reglers 6 betätigt der Servomotor 7 ein Steuerventil 28, so daß Steueröl in einen Servozylinder 29 gelangt. Dadurch wird der Stößel des Servozylinders 29, der mit einem Stellmechanismus 31 gekoppelt ist, betätigt und der Ventilschaft 16 des Dampf-Regelventils 3 angehoben. Auf diese Weise wird der Dampfdurchsatz zur Turbine 1 und damit die Drehzahl der Pumpe 2 auf dem Nennwert gehalten. Der Stößel des Servozylinders 29 wird durch Steueröl beaufschlagt, das zur Erzeugung einer hohen Leistung über eine Zahnradpumpe 30 zugeführt wird.

Sobald die Pumpe 2 Luft ansaugt, fällt die Last schlagartig fast auf Null ab, so daß die Drehzahl schlagartig ansteigen will. Die Drehzahlsteigerung wird durch den Tachometer 4 festgestellt und ein entsprechendes elektrisches Signal an den Regler 6 gegeben, der wiederum das Signal an den Servomotor 7 weitergibt. Hierdurch wird der Servozylinder 29 so gesteuert, daß sein Stößel ausgefahren wird. Folglich wird der Ventilschaft 16 des Dampf-Regelventils 3 heruntergefahren und dadurch der freigegebene Querschnitt der Öffnung 15 und des großen Ventils 9 und somit auch der Dampfdurchsatz verringert.

Um den Dampfdurchsatz noch weiter zu verringern, wird das große Ventil 9 vollständig geschlossen, so daß die Öffnung des Dampfregelventils 3 ausschließlich durch das kleinere Ventil 24 gesteuert werden kann.

Mit dem Bezugszeichen 8 ist eine Schnellschlußvorrichtung bezeichnet, die in Abhängigkeit von einem Druckabfall in der Turbinenlager-Schmierung, von einem übermäßigen Anstieg des Turbinenabdampfdruckes, von einem übermäßigen Drehzahlanstieg, vor einer Überhitzung der Pumpe und von einem unzulässigen Anstieg des Pumpenauslaßdrucks in Funktion treten kann. Das von dieser Vorrichtung abgegebene Signal wird dem Regler 6 zugeführt. Der Regler 6 leitet das Signal dem Servomotor weiter, um eine Schließung des Dampf-Regelventils 3 und damit eine Stillsetzung zu bewirken. Zugleich wird in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Schnellschlußvorrichtung 8 ein spulengesteuertes Ventil 32 erregt, so daß das Steuerö in der zum Servomotor 7 führenden Leitung freigegeben wird. Damit wird der Stößel des Servozylinders 2S angehoben und das Dampf-Regelventil 3 geschlossen Dies bedeutet, daß das kleinere Ventil 24 in Kontaki mit dem zugeordneten Ventilsitz 25 gelangt, so daC auch das große Ventil 9 sich auf den zugehöriger Ventilsitz 21 absetzt. Damit wird der DampfdurchlaO vollständig geschlossen und die Dampfturbine angehai ten.

Die Fig.6 zeigt die Abhängigkeit zwischen der Drehzahl der Turbine und deren Last. Die ausgezogenen Linien geben die Charakteristik für die erfindungsgemäße Regeleinrichtung, während die gestrichelt eingezeichneten Linien die Regelcharakteristik bei Anwendung des herkömmlichen Dampf-Regelventils nach F i g. 1 wiedergeben.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

H- Patentansprüche:

1. Regelventil, insbesondere für die Dampfzufuhr von Dampfturbinen, mit einem ersten Ventil großen Sitzdurchmessers und einem in diesem angeordneten zweiten Ventil mit einem Sitz kleineren Durchmessers, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußteil (24) des kleineren Ventils (24, 25) sich bei Erreichen seines größten Hubei so an den Verschlußteil (9) des großen Ventils (9, 21) anlegt, daß er diesen bei seinem weiteren Hub unter der Einwirkung desselben Antriebs weiter mit anhebt.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußteil (9) des großen Ventils (9, 21) sich unter Bildung eines engen Dampfführungsspaltes bis nahe zur Wandung (14) des Ventilraumes erstreckt, zur Steuerung des Öffnungsquerschnitts einer in der Wandung gebildeten Zuströmöffnung (15) längs der Wandung verschiebbar ist und Bohrungen (18) enthält, die eine Verbindung des Ventilraumes zu dem vor dem kleinen Ventil (24, 25) liegenden Innenraum (20) des Verschlußteils des großen Ventils herstellen.

3. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußteil (9) des großen Ventils (9, 21) zusätzliche, parallel zur Längsachse des Ventilschafts (16) verlaufende durchgehende Ausgleichsbohrungen (19) aufweist.

4. Regelventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (18) parallel zur Längsachse des Ventilschafts (16) verlaufen.

5. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußteil (24) des kleinen Ventils (24, 25) einstückig mit dem Ventilschaft (16) in dessen Längsmitte ausgebildet ist.

6. Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußteil (9) des großen Ventils (9, 21) durch einen die Bohrungen (18) aufweisenden Ventildeckel (17) abgedeckt ist, an welchem sich der Verschlußteil (24) des kleinen Ventils (24, 25) abstützen kann.

7. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

beabsichtigt einerseits große Dampfmengen regeln zi können, d. h. also einen großen Regelbereich zu über streichen, andererseits zugleich eine feinfühlige Rege lung zu erzielen, d.h. auch geringfügige Dampfdureh satzänderungen zu erfassen. Hierzu ist bei dem bekann ten Ventil sowohl für den Verschlußteil des kleiner Ventilsitzes als auch für den Verschlußteil des großer Ventilsitzes ein eigener Vcrstellantrieb vorgesehen Durch die das Dampf-Regelventil steuernde Regel

ίο anlage wird zuerst der Antrieb für den Verschlußtei des kleineren Ventils betätigt. Erst wenn desser Verstellhub zur Erzielung des gewünschten Dampf durchsatzes nicht ausreicht, wird über vom Schaft de: Verschlußteils des kleineren Ventils gesteuerte Kon takte der Stellantrieb für den Verschlußteil des größe ren Ventils betätigt und letzterer entsprechend einge stellt. Diese Betriebsart des bekannten Dampf-Regel ventils ist aus der Sicht der Regelung vorteilhaft, je doch ist das Ventil selbst ziemlich aufwendig und stör anfällig. Es kommt daher für den groben Betrieb, bei spielsweise von Schiffs-Hilfsturbinen für Frachtöl- unc Ladeöl-Pumpen nur bedingt in Frage.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt da her der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ebenfall:

einen möglichst breiten Regelbereich zu erfassen, d. h auch oei geringen Dampfdurchsätzen eine feinfühlige Regelung zu erreichen, dabei aber mit einer erheblich einfacheren Konstruktion auszukommen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß der Verschlußteil des kleineren Ventils sich bei Er reichen seines größten Hubes so an den Verschlußtei des großen Ventils anlegt, daß es diesen bei seinenweiteren Hub unter der Einwirkung desselben Antriebs weiter mit anhebt.

Bei niedrigen Dampfdurchsätzen, d. h. bei niedriger Last oder niedriger Drehzahl, übernimmt allein da; kleine Ventil die Regelung der Dampfzufuhr. Trotz de< einfachen Aufbaus gibt das erfindungsgemäße Dampf-Regelventil die Möglichkeit, einen Regelbereich von 15 bis 100% zu erfassen. Dabei brauchi kein zusätzlicher Antrieb für den Verschlußteil des größeren Ventils vorgesehen zu werden, da dessen Einschaltung in den Regelvorgang automatisch nach einem bestimmten Hub des einzigen Ventilschafts, an dem der

dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußteil (9) 45 Verschlußteil für das kleine Ventil sitzt, erfolgt. Dies des großen Ventils (9, 21) durch Federwirkung (Fe- hat auch vorteilhafte Auswirkungen auf das Schnellder 22) auf dem zugehörigen Ventilsitz (21) des gro- schlußverhalten des Regelventils, da durch die Schnell-Ben Ventils bzw. mit dem Verschlußteil (24) des Schlußvorrichtung nur ein Antrieb gesteuert zu werden kleinen Ventils (24,25) in Kontakt gehalten ist. braucht. Es sind zwar bereits Ventile, auch Regel-

8. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 50 ventile, bekanntgeworden, bei denen das Strömungsdadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (16) medium zwei parallelgeschaltete Ventile durchströmi durch einen Servomotor (7) betätigbar ist. (DT-Patentanmeldung B 14 753 XII/47g; DT-PS

9. Regelventil nach Anspruch 8, dadurch gekenn- 8 07 348). Hierbei stehen aber die zwei Ventile im Verzeichnet, daß der Servomotor (7) in Abhängigkeit hältnis von Haupt- und Hilfsventil zueinander, d.h. das von; Ausgangssignal eines Reglers (6) betätigbar ist, 55 Hilfsventil dient nur zur Steuerung des Hauptventils

und dieses allein übernimmt nach dem Ansprechen infolge einer Betätigung des Hilfsventil die Regelung des Durchsatzes.

Es ist auch bereits ein Absperrventil bekanntgeworden, bei dem ebenfalls ein Haupt- und ein Hilfsventilkörper vorgesehen sind (DTPS 3 49 305). Der Hauptventilkörper ist längs des Ventilschafts des Hilfsventilkörpers verschiebbar derart geführt, daß.er nach einem bestimmten Öffnungshub des Hilfsventilkörpers aul diesem aufliegt und bei weiterem Anheben des Hilfsventilkörpers von diesem mitgenommen wird und sich von seinem zugeordneten Hauptventilsitz löst. Diese Konstruktion dient Gern Zweck, das AbsDerrventil

der durch Signale einer Drehzahl-Meßeinrichtung (4) beaufschlagt ist.