Dampf-Drosselventil

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Dampf-Drosselventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Ein Ventil dieser Art ist aus der DE-B-1 526 977 bekannt. Bei diesem Ventil wird das Einspritzwasser nahe dem Ventilsitz zugeführt. Dies hat starke Temperaturänderungen am Ventilsitz und am Verschlussteil zur Folge, was zu einer raschen Zermürbung des Werkstoffs dieser beiden Teile durch Wärmespannungen führt. Verstärkt wird diese Tendenz noch dadurch, dass das Wasser aus einem Ringsplat austritt, der im Laufe des Betriebes, durch ungleiches Verziehen bedingt, nach kurzer Zeit über dem Umfang ungleiche Weiten aufweist.

[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, das Ventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass Wärmespannungen am Ventilsitz und am Verschlussteil auf konstruktiv einfache Art vermieden werden.

[0004] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

[0005] Die Vorteile der Erfindung liegen in der erheblich einfacheren Konstruktion des Ventils sowie darin, dass am Ventilsitz keine Erhöhung des Temperaturgradienten auftritt. Ueberdies lassen sich Schäden durch Erosion oder Thermoschock im Bereich der Kühlwasserkanäle leicht reparieren, ohne dass dabei kostspielige Teile, wie Ventilgehäuse oder Ventildeckel, ersetzt werden müssten.

[0006] Aus der DE-B-1 626 313 ist ein Dampf- drosselventil bekannt, bei dem kein Ventilkorb vorgesehen ist, jedoch der Kühlwassermündungsbereich durch eine Vielzahl von Kanälen gebildet ist, die durch in die Ventilstange eingearbeitete Nuten und eine die Ventilstange umgebende Führungsfläche begrenzt sind. Wegen den Relativbewegungen zwischen der Führungsfläche und der Ventilstange im Zusammenwirken mit dem strömenden Kühlwasser besteht die Gefahr, dass sich die aufeinandergleitenden Flächen stark abnutzen, was nicht nur zu einer falschen Einspritzwassermenge, sondern auch zu einer schlechten Führung der Ventilspindel führt.

[0007] Die Lösung nach Anspruch 2 hat die konstruktiven Vorteile, dass etwaige Teilungsfehler beim Herstellen der Kühlwasserkanäle nicht ins Gewicht fallen, weil die beiden in der Berührungsfläche aneinanderstossenden Teile des Ventils unabhängig voneinander gefertigt werden, und dass der eine der beiden Teile mehr von Wärmespannungen entlastet wird.

[0008] . Das Merkmal nach Anspruch 3 führt zu einer konstruktiv besonders einfachen Lösung, da der Ventilkorb dann einen leicht demontierbaren Verschleissteil bildet.

[0009] Durch das Merkmal nach Anspruch 4 werden Wirkungen von Thermoschockbeanspruchungen im Kühlwassermündungsbereich zusätzlich herabgesetzt und allgemein die Wärmespannungen vermindert.

[0010] Das Merkmal gemäss Anspruch 5 zeigt einen Weg, um auch in den massiven Teilen des Ventils die durch hohen Wärmeübergang entstehenden Wärmespannungen zu reduzieren.

[0011] Die Erfindung wird in der Zeichnung an vier Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Dampf- Drosselventil nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilschnitt nach 11-11 in Fig. 1,

Fig. 3 einen axialen Teilschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ein drittes Beispiel, der Fig. 3 entsprechend dargestellt,

Fig. 5 ein viertes Beispiel, ebenfalls der Fig. 3 entsprechend dargestellt.

[0012] Ein Dampf-Drosselventil 1 nach Fig. 1 weist ein Ventilgehäuse 2 mit einem Dampfeintrittstutzen 3 und einem Dampfaustrittstutzen 4, sowie einen abnehmbaren Deckel 6 mit Wasserzufuhrbohrung 7 auf. Der Deckel 6 ist durch eine Reihe von Schrauben 10, die gleichzeitig den Fussflansch 11 eines Ständers 12 für einen nicht gezeichneten Servomotor halten, dicht mit dem Gehäuse 2 verbunden. Der Deckel 6 weist in einer zentralen Führung 13 eine axiale Bohrung 14 auf, in der eine Ventilspindel 15 beweglich angeordnet ist. Die Ventilspindel 15 trägt einen Verschlusskörper 16, der mit einem durch Hartmetallauftrag 17 geschützten Ventilsitz 18 zusammenwirkt. In der oberen Partie des Deckels 6 ist eine Stopfbüchse 20 angeordnet, welche den Spalt zwischen der Spindell5 und der Bohrung 14 abdichtet.

[0013] An einer Schulter 25 des Deckels 6, die durch eine Eindrehung 26 zu einem Flansch gestaltet ist, ist ein etwa kreiszylindrischer Ventilkorb 30 durch Schrauben 32 befestigt. Das andere Ende 34 des Ventilkorbs 30 ist in einer Eindrehung 36 des Gehäuses 2 seitlich geführt. Im mittleren Bereich des Ventilkorbs 30 ist ein Netz von Durchtrittsbohrungen 38 für den das Ventil durchströmenden Dampf vorgesehen. Im oberen Teil des Ventilkorbs weist dieser einen nach innen gerichteten Flansch 40 auf, der - über den Umfang gleichmässig verteilt - Nuten 42 aufweist. Dem Flansch 40 steht, mit sehr geringem Radialspiel, ein nach aussen gerichteter Flanch 44 gegenüber ^*, Oberhalb der beiden Flansche 40 und 44 und unterhalb der Schulter 25 ist ein Ringraum 50 gebildet, der über eine Vertikalbohrung 52 mit der Wasserzufuhrbohrung 7 verbunden ist. An der Mündung der Wasserzufuhrbohrung 7 sitzt ein Kopf 56 einer Wasserzufuhrleitung 58, der durch ein Querhaupt 60 mittels nicht gezeichneter Schrauben am Deckel 6 seitlich angepresst wird.

^* der eine zylindrische Umfangsfläche 43 aufweist (Fig. 2).

[0014] Im Betrieb strömt Dampf unter dem angehobenen Verschlusskörper 16 hindurch in den Raum innerhalb des Ventilkorbs 30, wo eine starke Turbulenz herrscht. Ueber die von den Nuten 42 gebildeten Wassereinspritzkanäle wird aus dem Ringraum 50 Wasser in den Dampf eingedüst, das dort zum grössten Teil verdampft und zum kleineren Teil vom Dampf in Form kleiner Tröpfchen durch die Bohrungen 38 mitgerissen und gegebenenfalls über den Austrittstutzen 4 mitgeschleppt wird.

[0015] Das Einspritzwasser wird über ein nicht gezeichnetes Ventil, die Leitung 58, die Wasserzufuhrbohrung 7 und die Vertikalbohrung 52 dem Ringraum 50 zugeführt. Besonders während transienter Zustände weist es im Ringraum 50 eine erheblich tiefere Temperatur auf als der Dampf unterhalb der Flansche 40 und 44. An den Teilen 30 und 6, dort insbesondere im Bereich des Flansches 44, ergeben sich daher erhebliche Temperaturdifferenzen. Besonders im Bereich der Nuten 42 führt dies wegen der dort herrschenden, hohen Strömungsgeschwindigkeit des Wassers zu hohen Temperaturgradienten, die sich aber im vorliegenden Fall nicht zerstörend auswirken, weil ja eine Trennung zwischen dem Flansch 40, der nach aussen, und dem Flansch 44, der nach innen wegschrumpfen möchte, besteht. Die bei diesem Zustand sich ergebende Vergrösserung des Radialspiels zwischen den beiden Flanschen ist nicht erheblich, da durch das geringe zusätzliche Spiel der Gesamtdurchtrittsquerschnitt für das Wasser nicht erheblich zunimmt.

[0016] Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist auf der Führung 13 des Deckels 6 anstelle eines Flansches 44 eine innere Hülse 64 mit U-Förmigem Querschnitt aufgeschoben und mit einer Schweissnaht 66 befestigt. Statt des am Ventilkorb 30 nach innen gerichteten Flansches 40 ist analog eine äussere Hülse 68 mit S-förmigem Querschnitt angeordnet, die oben einen Flansch 70 aufweist, der zwischen der Schulter 25 des Deckels 6 und dem oberen Flansch 27 des Ventilkorbes 30 eingespannt ist. Die Hülsen 64 und 68 berühren sich in einer zylindrischen Fläche, von der aus Wassereinspritzkanäle bildende Nuten 42 in die äussere Hülse 68 eingearbeitet sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass neben den Lippen 72 der Hülsen 64 und 68 Ringräume 74 gebildet sind, in denen das Wasser im wesentlichen stagniert, sodass dort wasserseitig eine Zone relativ geringen Wärmeübergangs besteht, was geringere Temperaturgradienten in den Hülsen zur Folge hat. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die äussere Hülse 68, an der eventuell Erosionskorrosionen auftreten können, leicht und kostengünstig ausgewechselt werden kann.

[0017] Im Beispiel nach Fig. 4 sind, im Unterschied zu Fig. 3, die Lippen 72 nicht nach oben, sondern nach unten gerichtet, sodass die Ringräume, mit stagnierendem Dampf gefüllt, wieder neben den beiden Lippen 72 liegen. Damit ist die Temperatur der Hülsen näher an der tieferen Wassertemperatur. Es sind daher geringere Temperaturgradienten zu erwarten als im Falle nach Fig. 3, weil im Bereich der Nuten 42 ohnehin die Wassertemperatur dominierend auf die Temperatur der Hülsen einwirkt.

[0018] Im Gegensatz zu Fig. 3 sind sodann im Beispiel nach Fig. 4 der Deckel 6, die Hülse 68 und der Ventilkorb 30 durch eine zirkulare Schweissnaht 76 miteinander verbunden. Diese Schweissnaht lässt sich beim Ersatz des Ventilkorbes 30 leicht wegschleifen oder wegdrehen. Dabei wird auch die Hülse 68 frei, die - je nach Zustand - ebenfalls ersetzt oder wieder eingebaut werden kann.

[0019] Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 stützt sich die Innenhülse 64 an ihren beiden Enden auf der Führung 13 des Deckels 6 ab. Dadurch wird ein praktisch geschlossener Ringraum 80 gebildet, der den Temperaturgradienten an der Verlängerung 13 in axialer Richtung herabsetzt. Die Hülse 64 ist hier gepaart mit dem nach innen gerichteten Flansch 40 des Ventilkorbes 30.

[0020] Analog wie bei Fig. 4 ist der Ventilkorb 30 durch eine zirkulare Schweissnaht 82 mit dem Deckel 6 verbunden.

[0021] Selbstverständlich lassen sich die verschiedenen Hülsen und Flansche auch auf andere Weise miteinander kombinieren, wobei jeweils besondere Vorteile, z.B. hinsichtlich Fertigung und Montage, Ausbaubarkeit und Kosten auftreten können. Ist es erwünscht, dass die Nuten 42 nach einer Konusfläche verlaufen, so ist auch das ohne weiteres möglich, indem die Berührungsflächen entsprechend geformt werden. Soll diese Konusfläche nach unten sich erweitern, so ist es zweckmässig, eine innere Hülse und eine äussere Hülse vorzusehen, wobei die innere Hülse 64 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5, auf das Wasser bezogen, am stromunterseitigen Rand angeschweisst wird. Zu dieser Operation werden die beiden Hülsen, Konus auf Konus gesteckt, auf die Führung 13 aufgeschoben bis der Flansch der äusseren Hülse die Schulter 25 des Deckels 6 berührt.

[0022] Um die Einspritzwasserstrahlen von der Führung 13 weg gegen den Ventilkorb 30 zu richten, kann es auch zweckmässig sein, die Nuten 42, statt parallel zur Ventilachse, beispielsweise unter einem Winkel von 25°, windschief zur Achse anzuordnen. Zum gleichen Zwecke können die Nuten 42 auch als Schraubenlinien gleicher Steigung ausgebildet sein.

[0023] Anstelle der zirkularen Schweissnähte 66, 76 und 82 können auch Heftschweissungen genügen.

Ansprüche

1. Dampfdrosselventil-mit stromunterhalb des Drosselquerschnittes angeordnetem - Ventilkorb (30) und mit in den Strömungsraum zwischen dem Drosselquerschnitt und den Oeffnungen (38) des Ventilkorbes mündendem, aus einem konzentrisch zur Ventilspindel (15) angeordneten Ringraum (50) gespeisten Kühlwassermündungsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlwassermündungsbereich durch eine Vielzahl von Kanälen (42) gebildet ist, die längs einer Umfangsfläche (43) verlaufen, die zwischen dem Ventilkorb (30) und der konzentrisch im Ventilkorb angeordneten Führung (13) der Ventilspindel (15) vorgesehen ist.

2. Dampfdrosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsfläche (43) eine zylindrische oder konische Umfangsfläche bildet und dass die Kühlwasserkanäle durch Nuten (42) in einem Flansch (40) des Ventilkorbes (30) und durch die Umfangsfläche (43) begrenzt sind.

3. Dampfdrosseiventil nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkorb (30) auswechselbar ausgebildet ist.

4. Dampfdrosselventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (13) der Ventilspindel als dünnwandige, bis zur Umfangsfläche (43) reichende Hülse ausgebildet ist.

5. Dampfdrosselventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Kühlwasserkanäle (42) mindestens ein Ringraum (74) für stagnierendes Wasser oder stagnierenden Dampf gebildet ist.

6. Dampfdrosselventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlwasserkanäle (42) windschief zur Ventilachse, vorzugsweise unter jeweils gleichem Winkel, angeordnet sind.

Claims

1. A steam throttle valve, with a valve cage (30) disposed downstream of the throttle cross-section and having a cooling water discharge area leading into the flow chamber between the throttle cross-section and the valve cage apertures (38), and fed from an annular chamber (50) disposed concentrically with respect to the valve spindle (15), characterised in that the cooling water discharge area is formed by a plurality of ducts (42) extending along a peripheral surface (43) provided between the valve cage (30) and the guide (13) of the valve spindle (15), said guide being disposed concentrically in the valve cage.

2. A steam throttle valve according to claim 1, characterised in that the contact surface (43) forms a cylindrical or conical peripheral surface and the cooling water ducts are defined by grooves (42) in a flange (40) of the valve cage (30) and by the peripheral surface (43).

3. A steam throttle valve according to claim 1 or 2, characterised in that the valve cage (30) is replaceable.

4. A steam throttle valve according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the guide (13) for the valve spindle is in the form of a thin-walled sleeve extending to the peripheral surface (43).

5. A steam throttle valve according to any one of claims 1 to 4, characterised in that at least one annular chamber (74) for stagnant water of stagnant steam is formed in the region of the cooling water ducts (42).

6. A steam throttle valve according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the cooling water ducts are arranged skew fashion (helically or possibly spirally) relative to the valve axis preferably each at the same angle.

Revendications

1. Soupape de laminage de vapeur comportant un chapelle (30) disposée en aval de la section d'étranglement et une zone d'arrivée de l'eau de refroidissement, débouchant dans l'espace d'écoulement entre la section d'étranglement et les ouvertures (38) de la chapelle, et alimentée par un espace annulaire (50) concentrique à la tige (15) de soupape, cette dernière étant caractérisée en ce que la zone d'arrivée de l'eau de refroidissement est formée par de nombreux canaux (42), disposés suivant une surface circonférentielle (43) prévue entre la chapelle (30) et le guide (13) de la tige (15), disposé concentriquement dans la chapelle.

2. Soupape de laminage de vapeur selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de contact (43) forme une surface circonférentielle cylindrique ou conique ; et les canaux d'eau de refroidissement sont délimités par des rainures (42) d'une bride (40) de la chapelle (30) et par la surface circonférentielle (43).

3. Soupape de laminage de vapeur selon une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la chapelle (30) est interchangeable.

4. Soupape de laminage de vapeur selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le guide (13) de la tige de soupape est réalisé sous forme d'une douille à paroi mince, s'étendant jusqu'à la surface circonférentielle (43).

5. Soupape de laminage de vapeur selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par la formation, dans la zone des canaux d'eau de refroidissement (42), d'au moins un espace annulaire (74) pour de l'eau stagnante ou de la vapeur stagnante.

6. Soupape de laminage de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les canaux d'eau de refroidissement (42) sont disposés de travers par rapport à l'axe de la soupape, de préférence chaque fois avec un angle égal.

Zeichnung