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Dokumentenidentifikation DE602005000771T2 10.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001635097
Titel Hochtemperaturdampfventil und Dampfturbinenanlage
Anmelder KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA, Tokyo, JP
Erfinder Fukuda, Masafumi Intellectual Property Divis, Minato-ku Tokyo, JP;
Hosaka, Hideo Intellectual Property Division, Minato-ku Tokyo, JP;
Ooishi, Tsutomu, Minato-ku Tokyo, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 602005000771
Vertragsstaaten CH, DE, FR, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 06.09.2005
EP-Aktenzeichen 050193093
EP-Offenlegungsdatum 15.03.2006
EP date of grant 28.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse F16K 49/00(2006.01)A, F, I, 20060302, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F01K 7/16(2006.01)A, L, I, 20060302, B, H, EP   

Beschreibung[de]
QUERVERWEIS AUF ZUGRUNDELIEGENDE ANMELDUNGEN

Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-260587, eingereicht am 8. September 2004, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hier eingeschlossen wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Hochdruckdampfventil, und insbesondere auf ein Hochdruckdampfventil mit einem Kühlmechanismus zum Kühlen der Ventilbauteile. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenso auf eine Dampfturbinenanlage mit einem Hochtemperaturdampfventil.

Zuletzt wurde es erforderlich, dass Dampfturbinen von thermischen Kraftwerksanlagen im Licht der Umweltprobleme effektiver sind, so dass die Dampftemperatur dazu neigt, höher angehoben zu werden. Der Dampfzustand, der nun verbreitet eingesetzt wird, beträgt etwa 169 kg/cm2 und 566 Grad Celsius, oder etwa 246 kg/cm2 und 566 Grad Celsius, wie in der japanischen Patentanmeldungsschrift Hei 7-247806 gezeigt, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme vollständig eingeschlossen wird. Der höchste Dampfzustand beträgt gegenwärtig 610 Grad Celsius. Der Grund, warum diese Dampfzustände eingesetzt werden, ist hauptsächlich, dass die für die Teile der Dampfventile verwendeten Materialien, die zum Steuern des Dampfstromes der Dampfturbinen eingesetzt werden, hinsichtlich ihrer Kosten beschränkt sind.

Wie es bekannt ist, ist das Dampfventil derart aufgebaut, dass ein Ventilelement, welches einem Ventilsitz in einem Ventilgehäuse gegenüberliegt, von außen durch eine Ventilstange angetrieben werden kann. Diese Ventilstange ist verschiebbar in einer Buchse in dem Ventilstangendurchdringungsabschnitt des Ventilgehäuses gelagert. Ein gewisser Spalt ist zwischen der Buchse und der Ventilstange vorgesehen, um ein Gleiten zu ermöglichen. In der Dampfturbineneinheit, welche den gegenwärtig höchsten Dampfzustand der Dampftemperatur von 610 Grad Celsius ansetzt, werden hitzebeständiger legierter Stahl wie 12-Cr Stahl für das Ventilgehäuse, Nitritstahl für die Buchse und 12-Cr Stahl für die Ventilstange als Materialien eingesetzt, welche das jeweilige Element des Dampfventils bilden.

Das Streben nach einer höheren Effizienz ist ein jüngerer Trend, und dabei neigt die Dampftemperatur dazu, angehoben zu werden. Daher wurde über die gegenwärtig höchste Dampftemperatur von 610 Grad Celsius der Einsatz einer Dampftemperatur von mehr als 650 Grad Celsius oder sogar 700 Grad Celsius untersucht. Obgleich ein Anheben der Dampftemperatur zum Verbessern der thermischen Effizienz des Dampfturbinensystems willkommen ist, ist dies sehr schwerwiegend für die Bauteile des Dampfventils. Das heißt, die Ventilstange erfährt eine Kriechverformung, und oxidierter Zunder, der ein sanftes Gleiten behindert, kann sich an dem Gleitabschnitt zwischen der Ventilstange und der Buchse ablagern, und kann darüber hinaus an dem Gleitabschnitt zwischen der Ventilstange und der Buchse bei Anwesenheit eines Hochtemperaturdampfes anhaften.

Dementsprechend ist bei einem herkömmlichen Hochtemperaturdampfventil ein Loch innerhalb der Ventilstange gebohrt, um Kühldampf zum Kühlen der Ventilstange durchfließen zu lassen (z.B. japanische Gebrauchmusterveröffentlichung Sho 57-145879, deren Offenbarung hiermit vollständig durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Bei einem weiteren herkömmlichen Ventil ist ein Ventildeckel des Ventilgehäuses in einen oberen Deckel und einen inneren Deckel aufgeteilt, um Kühldampf zwischen dem oberen Deckel und dem inneren Deckel zum Kühlen des Flansches des Gehäuses strömen zu lassen, und eine Antioxidierungslage ist an dem Gleitabschnitt zwischen der Ventilstange und der Buchse vorgesehen, um zu verhindern, dass sich oxidierter Zunder ablagert (z.B. japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Sho 61-14276 und japanische Patentoffenlegungsschrift Hei 8-93407, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollständig eingeschlossen wird). Ferner ist bei einem Schmetterlingventil, das die Öffnung eines Durchgangs durch eine Rotation des scheibenartigen Ventilelements öffnet, die Technologie bekannt, bei welcher ein zylindrische Mantel zusätzlich vorgesehen ist, mit einem Raum auf dem äußeren Umfang des Ventilschaftzylinders, der durch ein Ende der Ventilstange durchdrungen ist (z.B. japanische Patentoffenlegungsschrift 2004-19784, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollständig eingeschlossen wird). Der Ventilschaftzylinder ist ein zylindrischer Abschnitt, der die Wellendichteile aufnimmt, wie eine Stopfbuchspackung oder ein elastisches Dämpfungsmaterial. Kühlmedium wird zu dem ringförmig ausgebildeten Raum von außerhalb zugeführt.

Allerdings kann bei der in der oben genannten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Sho 57-145879 nur die Ventilstange gekühlt werden, und ein Kühlen des Gleitabschnitts zwischen der Ventilstange und der Hülse wird nicht berücksichtigt. Dementsprechend ist es eine unzureichende Maßnahme zum Verhindern, dass sich oxidierter Zunder an dem Gleitabschnitt ablagert. Andererseits können die in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Sho 61-14276 und der japanischen Patentoffenlegungsschrift Hei 8-93407 beschriebenen Technologien die Schrauben, welche den Flansch des Ventilgehäuses und den Ventildeckel miteinander verbinden, kühlen, können jedoch nicht den Gleitabschnitt zwischen der Ventilstange und der Hülse kühlen, wie in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Sho 57-145879. Als Ergebnis können die in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Sho 61-14276und der japanischen Patentoffenlegungsschrift Hei 8-93407 beschriebenen Technologien nicht verhindern, dass sich oxidierter Zunder bei einem Hochtemperaturdampf ablagert, selbst wenn die Antioxidieranlagen vorgesehen sind.

Da ferner die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2004-19784 beschriebene Technologie die Struktur besitzt, welche den Wellendichtteil anstelle des Lagerelements, welches die Ventilstange drehbar lagert, kühlt, wird Wärme von der Ventilinnenseite auf das Lagerelement, d.h. den Ventilstangengleitabschnitt über die Ventilstange übertragen, und hierdurch kann der Stangengleitabschnitt nicht ausreichend gekühlt werden. Als Ergebnis hieraus ist die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2004-19784 beschriebene Technologie ebenso eine unzureichende Maßnahme zum Verhindern, dass sich oxidierter Zunder an dem Ventilstangengleichtabschnitt ablagert, der eine Rotation der Ventilstange lagert.

Wie oben erwähnt werden die in den oben genannten Dokumenten beschriebenen Technologien den Abriebbetrag des Ventilgleitabschnitts erhöhen, da sich oxidierter Zunder an dem Ventilstangengleitabschnitt ablagert. Als Ergebnis hieraus müssen die Ventilstange und andere ersetzt werden, da der Gleitspalt zwischen der Hülse und der Ventilstange nicht angemessen vor einer langen Zeitdauer aufrechterhalten werden kann.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der Nachteile der oben beschriebenen herkömmlichen Technologien entwickelt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hochtemperaturdampfventil bereitzustellen, das angemessen den Gleitspalt zwischen der Ventilstange und der Hülse für eine lange Zeitdauer aufrechterhalten kann, indem die Ablagerung von Oxidzunder bei angemessenem Kühlen des Gleitabschnitts zwischen der Ventilstange und der Hülse, der an dem Ventilstangendurchdringungsabschnitt des Ventilgehäuses vorgesehen ist. Es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dampfturbinenanlage bereitzustellen, die ein solches Hochtemperaturdampfventil einsetzt.

Gemäß einer Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Hochtemperaturdampfventil bereitgestellt, umfassend: ein Ventilgehäuse mit einem Hauptdampfeinlass, einem Hauptdampfauslass und einem Schieberkasten, der daran gelegen ist; einen in dem Schieberkasten positionierten Ventilsitz; ein dem Ventilsitz zugewandtes Ventilelement; und eine Ventilstange, die das Ventilgehäuse verschiebbar durchdringt, um das Ventilelement anzutreiben. Ein Kühldampfdurchgang ist auf solche Weise vorgesehen, um einen Ventilstangendurchdringungsabschnitt des Ventilgehäuses zu umgeben, wobei Kühldampf von außerhalb in den Kühldampfdurchgang zugeführt wird, und der Kühldampf zu der Ventilstange in dem Schieberkasten durch den Kühldampfdurchgang ausgestoßen wird.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung wird eine Dampfturbinenanlage bereitgestellt, umfassend: eine Dampfturbine; einen Boiler zum Fördern von Dampf zu der Dampfturbine durch eine Dampfleitung; einen Dampfkondensierer zum Kondensieren von Dampf von der Turbine; eine Förderwasserpumpe zum Fördern von Wasser von dem Kondensierer zu dem Boiler; und ein in der Dampfleitung vorgesehenes Hochtemperaturdampfventil. Das Dampfventil umfasst: ein Ventilgehäuse mit einem Hauptdampfeinlass, einem Hauptdampfauslass und einem daran gelegen Schieberkasten; einen in dem Schieberkasten positionierten Ventilsitz; ein dem Ventilsitz zugewandtes Ventilelement; und eine Ventilstange, die das Ventilgehäuse verschiebbar durchdringt, um das Ventilelement anzutreiben. Ein Kühldampfdurchgang ist auf solche Weise vorgesehen, um den Ventilstangendurchdringungsabschnitt des Ventilgehäuses zu umgeben, wobei Kühldampf von außerhalb in den Kühldampfdurchgang zugeführt wird, und der Kühldampf zu der Ventilstange in dem Schieberkasten durch den Kühldampfdurchgang ausgestoßen wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Diskussion spezifischer, beispielhafter Ausführungsformen derselben ersichtlich werden, welche in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen dargelegt werden, in denen:

1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine erste Ausführungsform eines Hochtemperaturdampfventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine zweite Ausführungsform eines Hochtemperaturdampfventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

3 ist eine vertikale Querschnittsansicht, welche die dritte Ausführungsform eines Hochtemperaturdampfventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

4 ist eine Perspektivansicht eines Kolbenrings in der zweiten und der dritten Ausführungsform;

5 ist eine Perspektivansicht einer Hülse vom geteilten Typ in der zweiten und der dritten Ausführungsform; und

6 ist ein Strömungsdiagramm einer Ausführungsform einer Dampfturbinenanlage gemäß der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nachfolgend erläutert.

[Erste Ausführungsform]

1 ist eine vertikale Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform, bei welcher die vorliegende Erfindung auf ein Wiedererwärmungs-Hochtemperaturdampfventil vom Verbundtyp angewendet wird.

In 1 wird zunächst die grundlegende Struktur des Wiedererwärmungs-Hochtemperaturdampfventils vom Verbundtyp erläutert. Bezugszeichen 1 bezeichnet das gesamte Wiedererwärmungs-Hochtemperaturdampfventil vom Verbundtyp. Bezugszeichen 2 bezeichnet das Ventilgehäuse, in welchem ein Hauptdampfeinlassabschnitt 3 auf der linken Seite in der Figur und ein Hauptdampfauslassabschnitt 4 auf der gegenüberliegenden Seite rechts unten in der Figur vorgesehen sind. Ein Ventilsitz 6 ist in einem Schieberkasten 5 platziert, der zwischen dem Hauptdampfeinlassabschnitt 3 und dem Hauptdampfauslassabschnitt 4 gebildet ist. Ein erstes Ventilelement 7 und ein zweites Ventilelement 8 werden angetrieben, um zu dem Ventilsitz 6 anzusteigen oder herunter zu fahren, und zwar von unten oder oben in der Figur. Bezugszeichen 9 bezeichnet einen zylindrischen Filter zum Beseitigen von Staub in dem Hauptdampf.

Das erste Ventilelement 7 besitzt einen annähernd H-förmigen vertikalen Querschnitt, und seine Umfangsfläche ist zylindrisch. Das erste Ventilelemente 7 ist an dem Bodenende der Ventilstange 10, an der oberen Oberfläche hiervon in der Figur, befestigt, und ist derart aufgebaut, um gleitend an der Umfangsfläche hiervon entlang des inneren Umfangs eines Führungsabschnitts 11 geführt zu werden. Der Führungsabschnitt 11 ist an der inneren Oberfläche eines Ventildeckels 12 des Ventilgehäuses 2 befestigt, d.h. auf der Seite des Schieberkastens 5, koaxial zu der Hülse 14. Der mittlere Abschnitt der Ventilstange 10 ist gleitend durch die Hülse 14 gelagert, die auf einen Ventilstangendurchdringungsabschnitt 13 gesetzt ist, der in der Mitte des Ventildeckels 12 des Ventilgehäuses 2 gebildet ist. Das obere Ende der Ventilstange 10 ist mit einem ersten Aktor 15 verbunden, der an dem Ventildeckel 12 vorgesehen ist. Der erste Aktor 15 steuert die Strömungsrate des Hauptdampfes durch Anheben oder Absenken des ersten Ventilelements 7 mit der ersten Ventilstange 10 in Übereinstimmung mit einem Befehl von außen.

In dem Ventildeckel 12 sind Dampfbelüftungslöcher 16 zum Abführen von Dampf, der durch den Spalt des Gleitabschnitts zwischen der Hülse 14 und der ersten Ventilstange 10 leckt, in der radialen Richtung vorgesehen. Die Anzahl der Dampfbelüftungslöcher 16 kann beliebig ausgewählt werden, obgleich nur ein Loch 16 in 1 gezeigt ist. Ferner ist der Ventildeckel 12 mit einem Kühldampfdurchgang 17 zum Kühlen der Hülse 14 und der Ventilstange 10 versehen. Der Kühldampfdurchgang 17 umfasst: einen Kühldampfverteiler 18, der ringförmig derart vorgesehen ist, um die Hülse 14 zu umgeben; ein Kühldampfeinlassloch 19, welches den Kühldampf zu dem Kühldampfverteiler 18 zuführt; eine Mehrzahl von Kühldampflöchern 20, die in der axialen Richtung der Hülse 14 vorgesehen sind und von dem Kühldampfverteiler 18 abzweigen; und ein Kühldampfauslassloch 21, das die Kühldampflöcher 20 mit dem Schieberkasten 5 verbindet.

Andererseits ist das zweite Ventilelement 8 an dem oberen Ende einer zweiten Ventilstange 22 befestigt, wie in der Figur gezeigt. Der mittlere Abschnitt der zweiten Ventilstange 22 ist verschiebbar durch eine Hülse 25 gelagert, die auf einen Ventilstangendurchdringungsabschnitt 24 gesetzt ist, der in der Mitte eines zylindrischen Führungsabschnitts 23 des Ventilgehäuses 2 gebildet ist. Der untere Endabschnitt der zweiten Ventilstange 22 ist mit einem zweiten Aktor 26 verbunden, der an dem Bodenabschnitt des Ventilgehäuses 2 vorgesehen ist.

In dem Führungsabschnitt 23 sind Dampfbelüftungslöcher 27 zum Abführen von Dampf, der durch den Spalt des Gleitabschnitts zwischen der Hülse 25 und der zweiten Ventilstange 22 leckt, in der radialen Richtung vorgesehen. Die Anzahl der Dampfbelüftungslöcher 27 kann beliebig ausgewählt werden, obgleich nur ein Loch 27 in 1 gezeigt ist. Zusätzlich ist der Führungsabschnitt 23 mit einem Kühldampfdurchgang 28 zum Kühlen der Hülse 25 und der Ventilstange 22 versehen. Der Kühldampfdurchgang 28 umfasst: einen Kühldampfverteiler 29, der ringförmig vorgesehen ist, um die Hülse 25 zu umgeben; ein Kühldampfeinlassloch 30, das den Kühldampf zu dem Kühldampfverteiler 28 zuführt; eine Mehrzahl von Kühldampflöchern 31, die in axialer Richtung der Hülse 26 vorgesehen sind und von dem Kühldampfverteiler 29 abzweigen; und ein Kühldampfauslassloch 32, das den Dampf, der die wärme durch die Kühldampflöcher 31 getauscht hat, mit dem Schieberkasten 5 verbindet. Der zweite Aktor 26 steuert ein Abschließen oder Ablaufen des Dampfes durch Anheben oder Absenken des zweiten Ventilelements 8 mit der zweiten Ventilstange 22 in Übereinstimmung mit einem Befehl von außen.

Da bei dem oben beschriebenen Wiedererwärmungs-Hochtemperaturdampfventil vom Verbundtyp die Endflächen des ersten Ventilelements 7 und des zweiten Ventilelements 8 in Kontakt mit dem Ventilsitz 6 kommen, wenn die Ventile vollständig geschlossen sind, wird eine Strömung des Hauptdampfes bei 610 Grad Celsius oder höher, die in dem Schieberkasten 5 in dem Ventilgehäuse 2 von dem Hauptdampfeinlass 3 des Ventilgehäuses 2 strömt, an den Kontaktabschnitten des ersten Ventilelements 7 und des zweiten Ventilelements 8 mit dem Ventilsitz 6 abgetrennt, so dass sie nicht durch den Hauptdampfauslass 4 strömen kann.

Von der oben beschriebenen geschlossenen Position wird die Stoppventilfunktion beim Bewegen des zweiten Ventilelements 8 nach oben mittels der zweiten Ventilstange 22 ein „offener Zustand". Ferner wird beim Bewegen des ersten Ventilelements 7 nach oben mittels der ersten Ventilstange 10 die Regelventilfunktion ein „offener Zustand", so dass der Hauptdampf von dem Hauptdampfauslass 4 über den zwischen dem ersten Ventilelement 7, dem zweiten Ventilelement 8 und dem Ventilsitz 6 gebildeten Spalt ausgestoßen wird.

Einerseits wird an der oberen Position des Ventilgehäuses 2 der Kühldampf mit einer Temperatur von weniger als 610 Grad Celsius zu dem ringförmigen Kühldampfverteiler 18 von dem in dem Ventildeckel 12 des Ventilgehäuses 2 vorgesehenen Kühldampfeinlassloch 19 zugeführt. Der Kühldampf verteilt sich von dem Kühldampfverteiler 18 zu den Kühldampflöchern 20, die in Umfangsrichtung derart verteilt sind, um die Hülse 14 zu umgeben, und hierdurch kühlt dies die Hülse 14 und die Ventilstange 10 annähernd gleichmäßig in der Umfangsrichtung durch den Ventildeckel 12. Der Kühldampf, der Wärme mit dem Ventildeckel 12 getauscht hat, wird zu der Ventilstange 10 innerhalb des Schieberkastens 5 über das Kühldampfauslassloch 21 ausgestoßen. Die Ventilstange 10 wird direkt durch den Auslasskühldampf gekühlt. Danach wird der Kühldampf mit dem Hauptdampf gemischt, der von dem Hauptdampfeinlass 3 eingebracht wird, und wird schließlich von dem Hauptdampfauslass 4 durch den Spalt zwischen den Ventilelemente 7 und 8 und dem Ventilsitz 6 ausgestoßen.

In ähnlicher Weise wird an dem Bodenabschnitt des Ventilgehäuses 2 der Kühldampf zu dem ringförmigen Kühldampfverteiler 29 von dem über dem Bodenabschnitt des Gehäuses 2 vorgesehenen Kühldampfeinlassloch 30 und den zylindrischen Führungsabschnitt 23 zugeführt. Der Kühldampf verteilt sich von dem Kühldampfverteiler 29 zu den Kühldampflöchern 31, die in Umfangsrichtung derart verteilt sind, um die Hülse 25 zu umgeben, und hierbei kühlt dieser die Hülse 25 und die Ventilstange 22 annähernd gleichmäßig in der Umfangsrichtung durch den Führungsabschnitt 23.

Dann wird der Kühldampf, der Wärme mit dem Führungsabschnitt 23 getauscht hat, zu der Ventilstange 22 innerhalb des Schieberkastens 5 über das Kühldampfauslassloch 32 ausgestoßen. Die Ventilstange 22 wird direkt durch den Auslasskühldampf gekühlt. Danach wird der Kühldampf mit dem Hauptdampf gemischt, der durch den Spalt zwischen den Ventilelementen 7 und 8 und dem Ventilsitz 6 platziert ist, und wird schließlich von dem Hauptdampfauslass 4 ausgestoßen.

Daher wird der Kühldampf mit dem Hauptdampf gemischt und durch das Wiedererwärmungs-Hochtemperaturdampfventil 1 vom Verbundtyp ausgestoßen, und wird schließlich zu der Dampfturbine zugeführt. Da allerdings die Menge des Kühldampfes gering ist verglichen mit der Menge des Hauptdampfes beeinträchtigt dies nicht den zu der Dampfturbine geförderten Dampf.

Wie oben erwähnt wird gemäß dieser Ausführungsform der Ventilstangendurchdringungsabschnitt wirksam auf eine angemessene Temperatur gekühlt, indem der Kühldampf mit einer Temperatur von weniger als 610 Grad Celsius in die Kühldampfeinlasslöcher 19 und 30, die Kühldampfverteiler 18 und 29 und die Kühldampflöcher 20 und 31, die in dem Ventildeckel 12 des Ventilgehäuses 2 und dem Führungsabschnitt 23 vorgesehen sind, gegeben wird. Ferner werden die Ventilstangen 10 und 22 in dem Schieberkasten 5 direkt durch den in den Schieberkasten 5 durch die Kühldampfauslasslöcher 21 und 32 ausgestoßenen Kühldampf gekühlt, so dass die den Gleitabschnitt erreichende Wärmemenge vermindert werden kann.

Als Ergebnis hieraus kann der Gleitabschnitt zwischen der Hülse 14 und der Ventilstange 10 und der Gleitabschnitt zwischen der Hülse 25 und der Ventilstange 22 bei einer Temperatur gehalten werden, die niedriger ist als 610 Grad Celsius. Im Ergebnis kann, da verhindert werden kann, dass sich oxidierter Zunder an den Gleitabschnitten ablagert, die Nutzung für eine lange Zeitdauer verwirklicht werden, selbst falls herkömmliche Materialien wie nitridierte Materialien und dergleichen für die Gleitabschnitte der Ventilstangen 10 und 22 und der Hülsen 14 und 25 verwendet werden.

[Zweite Ausführungsform]

Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 2, 4 und 5 erläutert. Diese Ausführungsform wird ebenso angewendet, wie die erste Ausführungsform, auf ein Wiedererwärmungs-Hochtemperaturdampfventil vom Verbundtyp, so dass jedes Teil entsprechend 1 mit demselben Bezugszeichen bezeichnet ist und eine Erläuterung hiervon angemessen weggelassen wird.

In 2 ist die Hauptzielrichtung der zweiten Ausführungsform, dass zwei Kolbenringe 33 und zwei Kolbenringe 34 positioniert sind. Die Öffnungen der Dampfbelüftungslöcher 16 und 71, die den Umfängen der Ventilstangen 10 bzw. 22 zugewandt sind, sind zwischen den Kolbenringen 33 bzw. zwischen den Kolbenringen 34 positioniert. Die Hülsen 14, 25 sind in mehrere Stücke aufgeteilt. Die übrigen Strukturen sind dieselben wie in der oben genannten 1.

In dem Falle der zweiten Ausführungsform durchdringt die Hülse 14 nicht vollständig den Ventildeckel 12, sondern ist bis etwa zum mittleren Abschnitt des Ventildeckels 12 in der Dickenrichtung hiervon von der Innenseite des Ventils montiert. Der Spalt zwischen der Ventilstange 10 und dem Durchgangsloch des Ventildeckels 12, der außerhalb des Kolbenrings 33 positioniert ist, ist etwas größer eingestellt als in dem Falle der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist. Ein Paar ringförmiger Nuten ist in dem Ventildeckel 12 derart vorgesehen, um zwischen der Öffnung des Dampfbelüftungslochs 16 gelegen zu sein, welches dem äußeren Umfang der Ventilstange 10 zugewandt ist. Die Kolbenringe 33 sind in den Nuten derart montiert, dass die Ventilstange 10 die Kolbenringe 33 durchdringen kann. Dabei kann Dampf kaum durch den Spalt zwischen der Ventilstange 10 und dem Durchgangsloch des Ventildeckels 12 entweichen. Der Kolbenring 33 ist durch kreisförmiges Biegen eines Stangenstücks mit einer Querschnittsform eines Rechtecks gebildet. Zwei Stufenabschnitte sind in umgekehrter Richtung zueinander an beiden Enden des Stangenstücks gerichtet, wie in 4 gezeigt. Diese zwei Stufenabschnitte an beiden Enden werden übereinander gelegt, und ein Spalt 332 ist auf der Seite des übereinander gelegten Abschnitts 331 vorgesehen, um eine Federwirkung zu erzielen.

Der Bodenendabschnitt der Hülse 25 ist bis zu einer Länge kurz vor dem Dampfbelüftungsloch 27 montiert, im Gegensatz zu der Hülse 25 der ersten Ausführungsform, die den Führungsabschnitt 23 vollständig durchdringt. Darüber hinaus ist der Spalt zwischen der Ventilstange 22, die den Führungsabschnitt 23 durchdringt, und dem Durchgangsloch des Führungsabschnitts 23 etwas größer eingestellt als derjenige in dem Falle aus 1. Ringförmige Nuten sind in dem Ventilgehäuse 2 derart vorgesehen, um zwischen der Öffnung des Dampfbelüftungslochs 27 zu liegen, welches dem äußeren Umfang der Ventilstange 22 zugewandt ist. Die Kolbenringe 34 sind in den Nuten derart montiert, dass die Ventilstange 22 die Kolbenringe 34 durchdringen kann. Dabei kann Dampf kaum durch den Spalt zwischen der Ventilstange 22 und dem Durchgangsloch des Führungsabschnitts 23 entweichen. Die Kolbenringe 34 sind wie die Kolbenringe 33 ausgeformt.

Gemäß der zweiten Ausführungsform werden der Spalt zwischen der Hülse 14 und der Ventilstange 10 und der Spalt zwischen der Hülse 25 und der Ventilstange 22 größer, so dass die Stangen sanft gleiten können. Obgleich der von den Kühldampflöchern 20 und 31 strömende Kühldampf dazu neigt, in der Richtung der Dampfbelüftungslöcher 16 bzw. 27 infolge der vergrößerten Spalte zu lecken, verhindern die Kolbenringe 33 und 34 die Strömung und können die Leckage verhindern. Die Kolbenringe 33 und 34 besitzen aufgrund des übereinander gelegten Abschnitts 331 und des Spalts 332 eine Federwirkung. Daher kann eine Leckage gestoppt werden, da die Spalte zwischen den Ventilstangen 10 und 22 und den Kolbenringen 33 und 34 selbst dann minimiert werden können, falls die Ventilstangen 10, 22 durch die Wärme expandiert oder geschrumpft werden.

Die Hülsen 14 und 25 besitzen sich axial erstreckende Schlitze 141, wie in 5 gezeigt. Aufgrund dieser Struktur findet keinerlei Festsetzen oder Fixieren statt, selbst falls die Hülsen 14 und 25 eine thermische Verformung besitzen oder die Spalte infolge einer Temperaturdifferenz schmal werden, welche zwischen den Hülsen 14 und 25 und den Ventilstangen 10 und 22 erzeugt wird. In 5 ist jede der Hülsen 14 und 25 in drei in Umfangsrichtung angeordnete Stücke mit drei Schlitzen 141 aufgeteilt, jedoch kann die Anzahl der Schlitze 141 beliebig ausgewählt werden.

Daher kann das Wiedererwärmungs-Hochtemperaturdampfventil vom Verbundtyp gemäß der zweiten Ausführungsform für eine lange Zeitdauer verwendet werden, besitz eine hohe Gleitfähigkeit und eine hohe Leckageverhinderungsfunktion und kann ferner ein Festsetzen oder Fixieren verhindern, das durch eine thermische Verformung infolge des Kühlens verursacht wird.

[Dritte Ausführungsform]

Unter Bezugnahme auf 3, 4 und 5 wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nun erläutert. Diese Ausführungsform zeigt in Beispiel, das auf ein Hauptdampfstoppventil angewendet wird. In 3 besitzt das Hauptdampfstoppventil 100 der dritten Ausführungsform ein Ventilelement, so dass der Ventilstangendurchdringungsabschnitt 13, der in 1 gezeigt ist, nicht in dem Ventildeckel 12 vorgesehen ist. Nur der Ventilstangendurchdringungsabschnitt 24 ist an dem Boden des Ventilgehäuses 2 vorgesehen. Das Ventilgehäuse 2 dieser Ausführungsform ist mit dem Hauptdampfeinlassabschnitt 3 auf der linken Seite der Figur und dem Hauptdampfauslassabschnitt 4 auf der gegenüberliegenden Bodenseite hiervon auf der rechten Seite der Figur ausgestattet. Der Ventilsitz 6 und das Ventilelement 8 sind in dem Schieberkasten 5 gelegen, der zwischen dem Hauptdampfeinlassabschnitt 3 und dem Hauptdampfauslassabschnitt 4 gebildet ist. Das Ventilelement wird von der Bodenseite der Figur zu dem Ventilsitz 6 angetrieben, so dass es den Ventilsitz 6 berühren und sich von diesem lösen kann. Eine Bewegung des Ventilelements 8 zu dem Ventilsitz 6 und von diesem weg steuert ein Abschließen und Ablaufen des Hauptdampfes.

In der dritten Ausführungsform durchdringt die Ventilstange 22 verschiebbar die zylindrische Hülse 25, wie in dem Falle der zweiten Ausführungsform. Das obere Ende der Ventilstange 22 ist mit dem Ventilelement 8 verbunden, und das untere Ende der Ventilstange 22 ist mit dem Aktor 26 verbunden. Der Aktor 26 steuert das Abschließen und Ablaufen des Hauptdampfes durch Hoch- und Herunterbewegen des Ventilelements 8 durch die Ventilstange 22 in Übereinstimmung mit einem Befehl von außen.

Der Kühlmechanismus des Ventilstangendurchdringungsabschnitts und der Dampfleckageverhinderungsmechanismus dieser Ausführungsform sind im wesentlichen dieselben wie in dem Falle der zweiten Ausführungsform.

Das Hochtemperatur-Hauptdampfstoppventil der dritten Ausführungsform kann ebenso für eine lange Zeitdauer verwendet werden, eine hohe Gleitfähigkeit und eine hohe Leckageverhinderungsfunktion aufweisen und kann ferner ein Festsetzen oder Fixieren verhindern, das durch eine thermische Verformung infolge des Kühlens verursacht werden kann.

Um die Gleitfähigkeit zu verbessern, ist der Spalt zwischen der Hülse 25, der Ventilstange 22 etwas größer eingestellt als in dem herkömmlichen Falle, und die Kolbenringe 34 zum Verhindern einer Leckage sind vor und hinter dem Dampfbelüftungsloch vorgesehen, um einen Leckageanstieg des Kühldampfes zu verhindern, der durch Aufweiten des Spalts verursacht wurde. Daher kann es für eine lange Zeitdauer verwendet werden, eine hohe Gleitfähigkeit und eine hohe Leckageverhinderungsfunktion aufweisen. Ferner kann es ein Festsetzen oder Fixieren verhindern, das durch eine thermische Verformung infolge eines Kühlens verursacht wird, beim Einsetzen des Mechanismus, bei welchem die Hülse 25 vertikal aufgeteilt ist.

[Weitere Ausführungsformen]

Die oben genannten Ausführungsformen sind das Wiedererwärmungs-Dampfventil vom Verbundtyp oder das Hauptdampfstoppventil, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Ebenso kann sie auf andere Hochtemperaturdampfventile angewendet werden, wie ein Hauptdampfsteuerventil, ein Wiedererwärmungs-Dampfstoppventil und ein Wiedererwärmungs-Dampfsteuerventil.

Die oben beschriebenen Hochtemperaturdampfventile können bevorzugt auf eine Dampfturbinenanlage angewendet werden.

Beispielsweise ist eine typische Dampfturbinenanlage zur elektrischen Stromerzeugung in 6 gezeigt, die ähnlich zu der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Hei 7-247806 offenbarten Anlage ist. Unter Bezugnahme auf 6 besitzt die Dampfturbinenanlage einen Boiler 55, eine Reihe von Dampfturbinen 80, einen Dampfkondensator 60 und eine Förderwasserpumpe 64.

Der Boiler erzeugt Dampf, und der Dampf wird zu der Reihe von Turbinen 80 geschickt. Die Turbinen 80 sind mit einem elektrischen Stromgenerator 54 verbunden. Der Dampf wird in dem Dampfkondensator 60 kondensiert, nachdem er zum Rotieren der Turbinen 80 und des Generators 54 verwendet wurde. Das kondensierte Wasser wird dann zu dem Boiler 55 durch die Förderwasserpumpe 64 gefördert.

Die Reihe von Dampfturbinen 80 umfasst eine erste Hochdruckturbine 51a, eine zweite Hochdruckturbine 51b, eine erste Mitteldruckturbine 52a, eine zweite Mitteldruckturbine 52b, eine erste Niederdruckturbine 53a und eine zweite Niederdruckturbine 53b. Der Boiler 55 umfasst einen Hauptboiler 70 und einen Wiedererwärmer 57.

Der in dem Hauptboiler 70 erzeugte Hauptdampf wird zu der ersten Hochdruckturbine 51a über eine Hauptdampfleitung 71 mit mit den Hauptdampfventilen 72 und 73 geschickt. Der Dampf wird dann zu der zweiten Hochdruckturbine 51b über eine Hochdruckverbindungsleitung 61 geschickt. Der Dampf wird dann zu dem Wiedererwärmer 57 über eine Hochdruckrückführleitung 56 geschickt.

Der in dem Wiedererwärmer 57 wiedererwärmte Dampf wird zu der ersten Mitteldruckturbine 52a über eine Wiedererwärmungs-Dampfleitung 58 mit einem Wiedererwärmungs-Dampfventil 74 geschickt, das beispielsweise vom Verbundtyp ist. Der Dampf wird dann zu der zweiten Mitteldruckturbine 52b über eine Mitteldruckverbindungsleitung 62 geschickt. Der Dampf wird dann zu der ersten und der zweiten Niederdruckturbine 53a und 54b über eine Niederdruckdampfleitung 63 geschickt. Der Dampf wird dann zu dem Dampfkondensator 60 geschickt.

Das Wiedererwärmungs-Dampfventil 74 kann ein Wiedererwärmungs-Hochdrucktemperaturdampfventil vom Verbundtyp sein, das als erste und zweite Ausführungsform beschrieben wurde. Ferner können die Hauptdampfventile 72 und/oder 73 ein Hauptdampfstoppventil sein, das als dritte Ausführungsform beschrieben wurde.

Zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind im Lichte der obigen Lehren möglich. Es ist daher zu beachten, dass innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche die vorliegende Erfindung auf andere Weise ausgeführt werden kann, als dies spezifisch hier beschrieben wurde.


Anspruch[de]
Hochtemperaturdampfventil (1), umfassend: ein Ventilgehäuse (2) mit einem Hauptdampfeinlass (3), einem Hauptdampfauslass (4) und einem Schieberkasten (5), der darin gelegen ist;

einen in dem Schieberkasten (5) positionierten Ventilsitz (6);

ein dem Ventilsitz (6) zugewandtes Ventilelement (7, 8); und

eine Ventilstange (10, 22), die das Ventilgehäuse (2) verschiebbar durchdringt, um das Ventilelement (7, 8) anzutreiben, wobei

ein Kühldampfdurchgang (17, 28) auf solche Weise vorgesehen ist, um einen Ventilstangendurchdringungsabschnitt (13, 24) des Ventilgehäuses zu umgeben, wobei Kühldampf von außerhalb in den Kühldampfdurchgang zugeführt wird, und der Kühldampf zu der Ventilstange in dem Schieberkasten durch den Kühldampfdurchgang ausgestoßen wird.
Hochtemperaturdampfventil nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Hülse (14, 25), die in den Ventilstangendurchdringungsabschnitt des Ventilgehäuses eingepasst ist, um die Ventilstange sanft darin gleiten zu lassen. Hochtemperaturdampfventil nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Kühldampfdurchgang aufweist:

ein Kühldampfeinlassloch zum Einführen des Kühldampfes von außerhalb;

einen Kühldampfverteiler, der mit dem Kühldampfeinlassloch kommuniziert und derart gebildet ist, um den Ventilstangendurchdringungsabschnitt zu umgeben;

eine Mehrzahl von Kühldampflöchern, die von dem Kühldampfverteiler abzweigen und parallel zu dem Ventilstangendurchdringungsabschnitt gebildet sind; und

ein Kühldampfausstoßloch, das Dampf, der die Kühldampffläche passiert hat, in dem Schieberkasten ablaufen lässt.
Hochtemperaturdampfventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Ventilstangendurchdringungsabschnitt mit einem Dampfbelüftungsloch ausgestattet ist, das eine der Ventilstange zugewandete Öffnung besitzt, und Kolbenringe zum Verhindern einer Dampfleckage sind vor und hinter den Öffnungen des Dampfbelüftungslochs positioniert. Hochtemperaturdampfventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welchem die Hülse eine Teilung besitzt, welche die Hülse in Umfangsrichtung aufteilt. Hochtemperaturdampfventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Temperatur des Hauptdampfes nicht niedriger ist als 610 Grad Celsius und eine Temperatur des Kühldampfes niedriger ist als 610 Grad Celsius. Dampfturbinenanlage, umfassend:

eine Dampfturbine;

einen Boiler, um Dampf zu der Dampfturbine durch eine Dampfleitung zuzuführen;

einen Dampfkondensierer zum Kondensieren von Dampf von der Turbine;

eine Förderwasserpumpe zum Fördern von Wasser von dem Kondensierer zu dem Boiler; und

ein Hochtemperaturdampfventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das in der Dampfleitung vorgesehen ist.






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