Einführung
In thermischen Kraftwerken wird der von Kesseln erzeugte Dampf über Hochdruckleitungen zu den Dampfturbinen geleitet, um Elektrizität zu erzeugen. Es gibt drei Hauptmethoden, um Dampf in die Turbine einzuleiten: über Düsen, Drossel oder Bypass-Regelung.
In Hochdruckturbinen (HP) tritt der Dampf über eine Reihe von Regelventilen in die Turbineneinlassbereiche ein. Diese Ventile werden auch verwendet, um den Dampf in Notfällen oder wenn die Turbine offline ist, vollständig zu isolieren. Bei HP-Turbinendesigns wird der Dampf über Düsengruppen zugeführt, wobei jede Düsengruppe von einem zugehörigen Ventil gespeist wird. In anderen Turbinenkonstruktionen, insbesondere solchen, die bei niedrigeren Drücken arbeiten, werden nocken- oder stangenbetätigte Mehrfachdrosselventile verwendet; bei dieser Anordnung speist ein einzelnes Ventil mehrere Düsen.
Regelventilanordnung in einer düsengesteuerten Dampfturbine
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Funktionsweise von nockenbetätigten Mehrfachdrosselventilen
Ein typischer nockenbetätigter Mehrventildampfzulassungsmechanismus ist unten dargestellt.
Nockenhubventilgetriebe
In dieser Anordnung wird ein Betriebszylinder (hydraulisch betätigt) ausgefahren oder eingefahren, wodurch die Drehstange rotiert. Während sich die Drehstange dreht, werden zwei Hubstangen linear auf- oder abwärts bewegt, was dazu führt, dass sich ein Hubbalken proportional bewegt. Mehrere Regelventile sind mit dem Hubbalken verbunden, wobei jeder Ventilschaft durch den Balken geführt wird, jedoch nicht physisch damit verbunden ist. Die sequenzielle Öffnung und Schließung der Ventile erfolgt, da jeder Ventilschaft eine unterschiedliche Länge hat; Tellerventile werden typischerweise für diese Art von Anwendung verwendet.
Eine Abreißverbindung verbindet die Drehstange mit der Hochdruckregelventilverbindung und somit dem Hochdruckregelventil. Aufgrund des Designs der Abreißverbindung beginnt das HP-Regelventil erst zu öffnen, wenn alle Ventile im Niederdruck (LP)-Ventilkasten vollständig geöffnet sind. Wenn alle Niederdruckventile vollständig geöffnet sind, wird Dampf zur Hochdruckturbine zugelassen, aber es ist physisch nicht möglich, dass dies geschieht, bevor alle LP-Ventile vollständig geöffnet sind (eingebautes Verriegelungsdesign verhindert, dass HP-Dampf ohne LP-Dampf geliefert wird).
Im Dampfkasten können beliebig viele Regelventile verwendet werden, aber fünf ist die Standardkonfiguration (wie im obigen Design dargestellt). Dieses DampfregeIungssystem erfordert eine genaue Zeitsteuerung, um sicherzustellen, dass die Turbine mit hoher Effizienz arbeitet.
Ein Einlassabsperrventil ist vor dem Dampfkasten installiert; das Absperrventil lässt Dampf während des Turbinenstarts zu und fungiert als Notabschaltventil für die Turbine.
Das in diesem Artikel besprochene Design verwendet einen Nocken, um die Ventile zu betätigen, aber eine Stangenhub-Methode ist ebenfalls möglich. Die Stangenmethode verwendet lineare Bewegung anstelle von Rotationsbewegung, um die Ventile zu betätigen.
Da Nocken extern eingestellt werden können, ist es nicht erforderlich, den gesamten Ventilkasten zu demontieren, wenn Wartungsarbeiten erforderlich sind; das Gegenteil gilt für das Stangenhub-Ventildesign.
3D-Modell-Anmerkungen
Niederdruckregelventil (LP)
Niederdruckdampf (LP), der zur Niederdruckturbine abgegeben wird, passiert ein Absperrventil und ein Regelventil. Der Dampf wird über eine Reihe von Ventilen zur Turbine abgegeben, die schrittweise geöffnet werden können. Eine mechanische Verbindung verbindet das LP-Regelventil mit dem Hochdruckregelventil (HP); daher ist es nicht möglich, Dampf durch das HP-Regelventil zu leiten, ohne dass das LP-Regelventil ausreichend geöffnet ist.
Hubträger
Der Hubträger ist eine Metallstange mit durchgehenden Löchern. Jeder Ventilschaft wird durch den Hubträger geführt und mit seiner zugehörigen Kugelventilscheibe verbunden.
Niederdruckdampfkasten
Dampf vom Niederdruckabsperrventil fließt zum Niederdruckdampfkasten. Der LP-Dampfkasten umgibt die Tellerventile und den Hubträger.
Betriebszylinder
Hydraulikflüssigkeit wird zu einem Servoventil gepumpt, das den Flüssigkeitsfluss zum Betriebszylinder steuert. Der Betriebszylinder enthält einen Kolben, der sich linear bewegt, je nachdem, auf welcher Seite des Kolbens die Hydraulikflüssigkeit abgegeben wird. Die durch diese Anmerkung hervorgehobene Verbindung ist mit dem Betriebszylinder verbunden.
Drehstange
Die Drehstange verbindet mechanisch die Niederdruckverbindungen, die Abreißverbindung und die Betriebszylinderverbindung. Die vom Betriebszylinder auf die Stange ausgeübte Kraft führt dazu, dass sie sich dreht, was wiederum dazu führt, dass die lineare Bewegung auf die LP- und HP-Regelventile übertragen wird.
Hochdruckregelventil
Das Hochdruckregelventil ist über eine Abreißverbindung mit der Drehstange verbunden. Die mechanische Betätigung des HP-Regelventils erfolgt erst, wenn der Hubträger ausreichend gedreht wurde, um gegen den Körper der Abreißverbindung zu drücken. Eine mechanische Verriegelung dieser Art stellt sicher, dass alle fünf Niederdruckdampfkastenventile geöffnet sind, bevor das HP-Regelventil geöffnet wird. Eine Feder liefert die Zugkraft, die erforderlich ist, um das HP-Regelventil in die geschlossene Position zurückzubringen, wenn die mechanische Kraft von der Drehstange nicht mehr vorhanden ist.
Abreißverbindung
Die Abreißverbindung verbindet die Drehstange mit dem HP-Regelventil. Ein Loch im Körper der Abreißverbindung steuert, wann die Kraft von der Drehstange auf das HP-Regelventil übertragen wird. Während sich die Drehstange dreht, drückt sie gegen den Körper der Abreißverbindung, was das HP-Regelventil öffnet oder schließt.
Niederdruckregelventil-Betriebsverbindung
Eine mechanische Verbindung verbindet das LP-Regelventil mit der Drehstange.
Hubstangen
Zwei Hubstangen verbinden die Betriebsverbindungen des Niederdruckregelventils mit dem Hubträger.
Zusätzliche Ressourcen
https://www.explainthatstuff.com/steam-turbines.html
http://sciencedirect.com/topics/engineering/steam-inlet-temperature
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/steam-inlet-pressure