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CN115003939A - 由快速作用阀与控制阀组成的用于蒸汽回路和sil 3认证的安全回路的组合阀 - Google Patents

由快速作用阀与控制阀组成的用于蒸汽回路和sil 3认证的安全回路的组合阀 Download PDF

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CN115003939A
CN115003939A CN202080094330.5A CN202080094330A CN115003939A CN 115003939 A CN115003939 A CN 115003939A CN 202080094330 A CN202080094330 A CN 202080094330A CN 115003939 A CN115003939 A CN 115003939A
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CN
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steam
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regulating
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M·马哈勒克
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Turventil GmbH and Co KG
Original Assignee
Turventil GmbH and Co KG
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Abstract

本发明涉及一种用于蒸汽回路的组合阀，其包括快速作用阀(2)和控制阀(3)，其中，所述快速作用阀和所述控制阀设置在共同的壳体(4，5)内；其中所述控制阀可由主动驱动单元(8)移动，并且所述快速作用阀可由蒸汽被动地移动。

Description

由快速作用阀与控制阀组成的用于蒸汽回路和SIL 3认证的 安全回路的组合阀
本发明涉及一种用于蒸汽回路(特别是蒸汽涡轮机的蒸汽回路)的快速闭合阀与调节阀的组合阀。
为了蒸汽涡轮机的安全操作，通常会在锅炉和蒸汽涡轮机之间采用带有预冲程的液压快速闭合阀作为主截止阀，该阀可在几分之一秒内闭合，并且在操作期间全开，并只有当机器被故意关停或发生故障时才会闭合(例如发生负载脱落和调节系统同时故障时)。节流阀被用作调节阀，该阀将入口压力和蒸汽量调节至规定在蒸汽涡轮机叶片前的蒸汽压力和蒸汽量。最常用的调节阀是非释压单座阀，其具有的高阀力使它们在100-160巴的高压力油系统下操作。对于非常大的蒸汽量，将采用质量庞大和体积庞大的阀门，它们同样地在高压力油系统，或30-50巴的中压力油系统下操作。
为了提高效率，通常通过多个暴露区段(通常为2到6个最多10个区段)，将蒸汽供给至涡轮机。流入每个区段的蒸汽由其自己的调节阀调节。随着负载的增加，调节阀一个接一个地稳定地开启，这样使得在任意负载情况下，有的调节阀是全开的，只有一个是部分开启的。因此，节流损失仅发生在这一个部分开启的调节阀上，从而获得良好的整体效率。
现已知，将快速闭合阀与调节阀在一个共同的阀壳体中组合作为组合阀。在实践中，两个阀中的每个都有自己的主动驱动器。因为用于相应阀杆的驱动器必须设置在壳体的不同侧，所以这种组合阀具有阀门结构延伸超过数米的问题。此外，压力损失、高阀力，和尤其是阀杆处的振动以及阀密封件泄漏通常是操作期间的问题。因此，阀杆处的振动会导致阀杆、阀座、阀导管的损坏。这会导致蒸汽泄漏，从而需要额外的抽吸。此外，由于蒸汽在壳体内的多次偏转，可能会发生压力损失。
本发明的目的是提供一种用于蒸汽回路(特别是用于蒸汽涡轮机的蒸汽回路)的组合阀，其能够实现紧凑且节省空间的布置以及有利的流体机械设计。
该目的通过具有权利要求1所述特征的组合阀实现。在从属权利要求中，陈述了该组合阀的有利实施例和改进。
因此，该组合阀包括布置在共同的壳体中的快速闭合阀和调节阀，仅调节阀可由主动驱动器移动。然而，快速闭合阀可由来自蒸汽回路的蒸汽(尤其是主蒸汽)被动地移动。
已经发现，这在组合阀的尺寸方面提供了优势。通过这种驱动两个阀组件的方式，调节阀仅需一个主动驱动器，而快速闭合阀的主动驱动器是不必要的。因此，该组合阀可以以小的占地面积实施。
蒸汽控制的快速闭合阀可以由蒸汽存在于快速闭合阀阀体中的合适控制区域，通过相应的压力差以简单的方式移动。为此目的，该快速闭合阀优选地在其前侧具有控制区域，其使得该快速闭合阀能够开启；并且在后侧具有控制区域，其有助于快速闭合阀的关闭。
在这方面，蒸汽控制的快速闭合阀优选地配置成，当快速闭合阀开启时，蒸汽压力仅存在于前侧控制区域，而后侧控制区域无压力。为了关闭快速闭合阀，蒸汽压力施加在两侧的控制区域。由于前侧和后侧控制区域为蒸汽压力提供了大小近似相等的工作区域，安装附加的(优选地，机械的)关闭部件(例如，弹簧)用于快速闭合阀的关闭操作，当快速闭合阀关闭时，关闭组件额外地作用于后侧控制区域，从而实现快速闭合阀的关闭操作。此外，在没有蒸汽压力的情况下，该机械关闭部件可以保持快速闭合阀关闭。
机械关闭部件优选地选择成，当足够高的蒸汽压力存在于前侧控制区域且后侧控制区域无压力时，它不会阻碍快速闭合阀的开启。该关闭部件的关闭力调节为，使其小于暴露于蒸汽压力的快速闭合阀前侧控制区域处的力。该机械关闭部件的闭合力小于75％，特别地小于 50％，特别地小于25％，特别地小于10％，特别地小于5％，特别地小于1％的存在的蒸汽压力的力。
该组合阀特别地具有控制部件，该控制部件使得蒸汽能够被选择性地引导至快速闭合阀的至少一个后侧控制区域。这种控制部件(例如阀)显著地小于主动驱动器，并且可以被设置在阀壳体的侧面或上方。调节阀的主动驱动器优选地准确地附接到壳体的一侧。
该组合阀的这种紧凑性允许组合阀在蒸汽回路中简单且节省空间的布置。此外，因为组合阀本身很小，所以可以节省空间。
在该组合阀中，阀杆对大气的密封有利地通过以下方式解决，其中快速闭合阀不具有阀杆，仅调节阀具有朝外的阀杆，并且当快速闭合阀处于开启位置时快速闭合阀的后侧控制区域是无压力的。因此，调节阀的阀杆密封件在一侧将阀杆与大气密封，在操作期间也可以在另一侧保持无压力。仅当至蒸汽涡轮机的蒸汽压力开启时，但又仅在快速闭合阀的开启操作开始之前，调节阀的阀杆密封件才暂时地处于静压下。
优选地，该快速闭合阀配置为具有套筒状快速闭合阀阀体。一方面，套筒状阀体使阀门能够安全关闭。另一方面，这样的实施例具有用于蒸汽的均匀的前侧工作区域。该套筒状快速闭合阀阀体的背面优选地设计为圆形区域。此外，该快速闭合阀阀体的套筒状的实施例允许在快速闭合阀阀体的内部空间中布置更多部件的可能。
因此，有利地，调节阀可以配置为具有管状阀体，并且该调节阀的管状阀体可以被引导在套筒状快速闭合阀阀体的内侧。这允许该调节阀至少部分地被设置在快速闭合阀的内部空间中。这意味着这两个阀体合起来只需要比单个阀体稍微多一点的空间。此外，这两个可移动的阀体远离其对应的阀座沿相同方向移动的事实允许蒸汽以低流动损失自由地流入和流出。
优选地，调节阀实施为“释压管状调节阀”。这实现了调节阀的释压致动。该管状阀体是管段，它具有两个环形密封区域，并且优选地具有内壁，与调节阀的驱动器连接的阀杆轴紧固到该内壁上。此外，该内壁优选地具有用于调节阀释压的孔。由于孔，在调节阀的冲程中只需要抵消最小的压力。
备选地，该调节阀实施为“预冲程调节阀”，其中调节阀上的预冲程先开启，随后阀体开启。
正如调节阀的管状阀体可以有利地被引导在套筒状快速闭合阀阀体的内侧，快速闭合阀的套筒状阀体继而可以有利地被引导至导向套管的外侧。该导向套管可以是壳体中的单独元件，或者壳体本身可以在内部配置为用于快速闭合阀的套筒状阀体的导向套管。
优选地，从两个独立的冗余的关闭元件的意义上说，该组合阀允许两个组件(即调节阀和快速闭合阀)的独立切换和关闭。例如，该调节阀最初可以保持关闭，而快速闭合阀可以开启。然后，当需要使蒸汽能够通过时，可以开启调节阀。这也使得其具有小蒸汽流量的良好的可调节性。
具有两个独立的冗余的关闭元件的组合阀的优选实施例还可使快速并安全地停止蒸汽供应成为可能。例如，通过该组合阀至蒸汽涡轮机的蒸汽供应必须在大约0.3秒内完全关闭，以确保蒸汽涡轮机的保护。因为两个阀门都实现了这些关闭时间，所以两个阀门中的一个无泄漏地关闭蒸汽流就足够了。优选地，两个阀门都无泄漏地关闭。特别地，快速闭合阀无泄漏地关闭。虽然调节阀可能具有泄漏流量，但调节阀的泄漏流量可以优选地低至忽略不计。特别地，在蒸汽通过几个暴露区段供应到涡轮机并因此设置了多个组合阀的情况下，调节阀的泄漏流量是没有问题的，因为这总是只直接影响到组合阀排(特别是调节阀)中的第一个/ 下一个开启的阀门。无论如何，由于其他阀(特别是快速闭合阀)已被首先关闭，因此无泄漏。相比较于先前技术，该组合阀具有多个泄漏流量不累加的优点。利用本发明的组合阀可以可靠地防止这种情况。
进一步优选地，提供可切换的控制阀用于切换快速闭合阀。为此目的，特别地使用了3/2 通阀。该可切换的控制阀用作将蒸汽通过管路系统引导至快速闭合阀阀体的后侧。这种阀具有必要的切换时间以在大约0.3秒内关闭快速闭合阀。此外，可切换的控制阀可以配置为具有相对较小且便宜的驱动器。
优选地，该控制阀具有液压或气动实施的控制驱动器。这使得其可以通过所使用的控制驱动器定向地切换组合阀。此处控制驱动器的优选的驱动机构选择为使得它们不需要复杂的驱动器，但能够实现为相较于组合阀小。这允许包括上述控制驱动器的阀设置在组合阀的侧边或上方。液压或气动通常已经存在于这种组合阀的应用领域并且可以直接使用。
调节阀可以有利地具有实施为低压力液压驱动器或电驱动器的调节阀驱动器。这使得可以定向地控制调节阀。此外，优选的驱动机构易于执行。调节阀为释压管状调节阀的优选设计允许在2至18巴，特别地4至16巴，特别地6至14巴，特别地8至12巴范围内的低压力液压装置的使用，而不是通常用于非释压阀的60至200巴的高压液压装置，或电驱动器。因为只需要小的扭矩，所以用于释压调节阀的电驱动器可以实施得相对较小。
有利地，组合阀的壳体由壳体基体和壳体盖构成，壳体基体可通过力配合和/或形状配合的方式与壳体盖连接。这实现了组件的非复杂的安装，并且还实现了已安装组件的相对非复杂的更换。此处的壳体盖优选地通过螺钉与壳体基体连接。壳体盖优选地准确地包括壳体的一个侧壁。
快速闭合阀和调节阀的驱动器，以及快速闭合阀本身和调节阀本身，优选地紧固至或引导在壳体盖上。这使得可以通过取下壳体盖容易地拆卸阀及其驱动器，从而使得可以容易地在更适合的位置(例如车间)更换组件。优选地，驱动器也可以在壳体盖安装着时单独地被移除。这使得可以容易并快速的更换有缺陷的驱动器。
如果某个部件有缺陷，包括阀机构的整个盖可以在不需要拆卸管路连接的情况下更换。通过更换整个壳体盖而更换组件使得可以实现组合阀的短停机时间。有缺陷的壳体盖可随后进行维修或更换，同时蒸汽回路可以用更换后的盖以进一步操作。
壳体优选地在蒸汽入口处具有蒸汽过滤器，其包括蒸汽偏转装置，这使得能够对进入的蒸汽流部分偏转。使用这种类型的阀门，蒸汽流必须被引导通过90°角，这将会导致流动损失。由于蒸汽过滤器的使用，进入的蒸汽在蒸汽入口处就已经偏转了10°至80°，特别地 25°至65°，特别地30°至55°，特别地40°至50°，特别地45°。这部分偏转通过逐步地偏转蒸汽来减少阀中发生的流动损失。
蒸汽过滤器还使得可以滤除夹带在蒸汽流中的异物。这些异物包括，例如，焊珠或来自锅炉和管道上的脱离物。通过滤除夹带的异物，防止了异物冲击对阀体、阀区域、涡轮叶片造成损坏。阀体和阀区域的损坏会导致不希望的流体泄漏。涡轮叶片的损坏会导致涡轮效率的降低，尽管这并不一定会导致涡轮被关停。在极端情况下，这可能导致叶片断裂，涡轮机内部部件的额外损坏，甚至会导致涡轮机壳体损坏，这些情况都可导致涡轮机停机，并且通常使后续维修不可避免。
蒸汽过滤器优选地以可拆卸的方式连接到壳体的壳体盖。这使得能够容易地清洁和更换蒸汽过滤器。蒸汽过滤器可以通过连同盖一起取下来而移除。蒸汽过滤器和盖之间的连接(优选地实施为销连接)可以被拆卸，并且蒸汽过滤器可以被检查、清洁和/或更换。这使得可以在损坏或严重污染的情况下，容易并快速地更换蒸汽过滤器。蒸汽流中夹带的异物或蒸汽流引起的振动可导致蒸汽过滤器的损坏。
此外，蒸汽过滤器可以优选地在安装状态下靠在壳体基体的装配导向件中以用于稳定，从而最小化蒸汽过滤器上的机械负载，例如因由蒸汽引起的振动。在壳体基体中的导向件优选地设计为使得蒸汽过滤器不会因导向件中的轻微震动而损坏。为此目的，导向件优选地具有由柔软的并因此缓冲的材料制成的插入件。
壳体还有利地在蒸汽排放口处具有扩散器。这使得可以进一步减少该组合阀中的流动损失。此处的扩散器有利地用作快速闭合阀和调节阀的密封区域。快速闭合阀的密封区域相对于调节阀的密封区域位于径向外侧。
优选地，扩散器具有涡流破坏装置，其用作蒸汽流的偏转装置并消散蒸汽流中的湍流。此处的涡流破坏装置是由2至12个，特别地4至8个，特别地5至7个，特别地6个涡流破坏齿制成。涡流破坏齿位于扩散器的入口侧，并延伸到流动通道的内部空间中。通过这种方式，它们可以防止或消除蒸汽流中的湍流。
特别优选地，涡流破坏装置的涡流破坏齿位于快速闭合阀的密封阀座与调节阀的密封阀座之间。因此，该涡流破坏装置可以形成调节阀的导向。这意味着在调节阀冲程的末端区域中，在调节阀到达在扩散器处的密封阀座不久之前，涡流破坏装置的导向介入。优选地，当调节阀离开在扩散器上的密封阀座时，并且类似地，当关闭时调节阀在到达密封阀座的最后三分之一之前，涡流破坏装置的导向介入大约直至冲程的前三分之一。这使得可以将该区域内的调节阀的振动降至最低。当调节阀开启时这些振动最强烈。
扩散器有利地以可拆卸的方式设置在壳体基体中。这使得可以在阀门维护或扩散器损坏 (例如在密封区域损坏)的情况下容易地更换扩散器。例如，可将此处的扩散器旋入壳体基体中，或通过销或螺纹连接的方式插入并紧固。
如前所述，扩散器用作调节阀和快速闭合阀的密封区域。因为快速关闭过程可能会损坏这些区域，所以易于更换扩散器是有用的，并可以因此最小化维护工作。
此处，为了更容易和更好地检查磨损和/或损坏，可以在壳体外部检查扩散器。一方面，在拆卸状态下的检查使得可以对扩散器所有区域的进行改进的视觉检查。另一方面，拆卸状态下的检查使得可以用不同的检查方法检查扩散器，例如各种类型的射线照相检查或表面检查。
蒸汽回路运行数月或数年而无需关闭快速闭合阀的情况经常发生。因此，对于蒸汽回路来说，证明快速闭合阀在突然需要时确实移动并且不卡住就显得尤为重要。相应的测试在持续的操作期间进行，并不得干扰操作。这在具有两个冗余的快速闭合阀并行设置的系统中并不困难，因为每个快速闭合阀都可以出于测试目的而被单独地关闭，而另一个则开启并保证蒸汽流动。但是，如果只设置有一个快速闭合阀，例如，因为冗余由调节阀确保(如本组合阀)，所谓的部分冲程测试在快速闭合阀进行，其特点是快速闭合阀仅在其冲程的一部分上移动，而不影响蒸汽回路的持续的、调整的和减少的操作。美国API 612标准(American API 612 standard)标准化该测试。在本组合阀中，快速闭合阀在部分冲程测试中的冲程范围优选为全冲程的15％至20％。
为此目的，快速闭合阀通过单独的截止管线可暴露于主蒸汽，从而使其在蒸汽回路持续的操作期间沿其关闭方向移动(例如，受到机械关闭部件的弹力支撑)。由于快速闭合阀在关闭方向上的移动，节流点打开，主蒸汽可以通过该节流点逸出，从而防止快速闭合阀在关闭方向上进一步移动，并转而停留在部分冲程位置。通过设置在节流点上游和下游的两个压力传感器检查部分冲程测试是否成功。当两个压力传感器分别指示压力稳定在蒸汽入口中的压力和环境压力之间的某个共同均值时，这两个传感器确认该测试成功。
当然，全冲程测试提供的信息更多，因为它还提供有关阀门关闭能力的信息。由于蒸汽通常通过几个暴露区段提供给涡轮机，并因此会设置有多个组合阀，所以快速闭合阀的部分冲程测试可以有利地替代为快速闭合阀和相应组合阀的调节阀的共同的全冲程测试。为此，蒸汽回路中的涡轮输出首先通过使其适应剩余的开启的阀门而降低，从而组合阀可以一个接一个地进行全冲程测试，并因此证明它们适合更安全地停止或关停涡轮机。
本文公开的组合阀具有特别的优势，即其可用于根据IEC/EN 61511/61508认证为“SIL 3”的安全回路。“SIL”代表“安全完整性等级”(safety integrity level)，其规定了在电气和/或电子和/或可编程电子系统的安全功能的可靠性方面在四个安全等级下的要求。SIL意味着将对人员、环境、财产的危害降低到可接受的水平。例如，在蒸汽回路中仅设置一个快速闭合阀的安全回路不能超过SIL 2。对于SIL 3，至少需要快速闭合阀的冗余，即必须具有第二个上游或下游的快速闭合阀，例如，从而在一个阀发生故障的情况下，至少另一个阀门仍然可关闭。两个相同类型的截止阀称为同类冗余(homogener Redundanz)。当两个截止阀类型不同时，即系统故障不会导致两个阀门同时失效时，这称为多样性冗余(
Figure BDA0003761228080000061
Redundanz)。例如，快速闭合阀(如本发明中的快速闭合阀)是蒸汽控制的，以及调节阀(一方面，其适用于完全关闭通道；另一方面，例如其是电致动的)，可以共同使安全系统具有SIL 3的能力 (SIL 3-
Figure BDA0003761228080000062
)。本组合阀将这种快速闭合阀和这种调节阀组合在一个共同的壳体中，并且这两个阀可以彼此独立地开启和关闭的事实使该组合阀符合具有多样性冗余的SIL 3能力(SIL 3-
Figure BDA0003761228080000063
mit
Figure BDA0003761228080000064
Redundanz)。因此，在安全回路中达到SIL 3要求的情况下，该组合阀可以替代传统的快速闭合阀。它具有特别的优势如下，因两个阀门组合在一个壳体中而尺寸小，以及它可以进行部分冲程测试，这也是API 612标准的强制性要求。这两种属性结合在一个阀门中，附加上SIL 3能力，代表了特殊的技术进步。
在权利要求中陈述的特征，以及在该组合阀以下实施例示例中指出的特征，各自单独地或彼此组合地，适用于进一步发展目的。相应的特征组合不代表对该组合阀进一步发展的限制，而它们在自身特征上基本仅仅是示例性的。
下文将参照附图更详细地解释进一步的实施例，在附图中：
图1示出了所述组合阀的第一实施例示例的截面图，其中，快速闭合阀与调节阀均处于关闭状态；
图2示出了与图1对应的所述组合阀的截面图，其中，快速闭合阀处于开启状态，调节阀处于关闭状态；
图3示出了与图1对应的所述组合阀的截面图，其中，快速闭合阀与调节阀均处于开启状态；
图4示出了与图1对应的所述组合阀的截面图，其中，快速闭合阀处于部分冲程测试中，调节阀处于开启状态；
图5示出了所述扩散器的前视图；
图6示出了所述组合阀的第二实施例示例的截面图，其中，快速闭合阀与调节阀均处于关闭状态；以及
图7示出了位于调节阀的阀杆轴上的带有轴向凹槽的弹簧套筒，与及相关张紧器的侧视图。
图1示出了组合阀1，其中，快速闭合阀2与调节阀3均处于关闭状态。快速闭合阀2与调节阀3沿纵向轴线3a同轴地设置。组合阀1包括带有套筒60的壳体基体4和壳体盖5。套筒60插入壳体盖5中并被轴向支撑在其上。壳体基体4与壳体盖5通过螺纹连接6相互连接。此外，该螺纹连接6将阀附件7和壳体盖5连接到壳体基体4。调节阀驱动器8被拧至阀附件7。备选地，该阀附件7也可以通过销连接、焊接连接或以形状配合连接的方式，连接到调节阀驱动器8。
调节阀3实施为释压管状调节阀，并包括管状阀体64、阀杆轴10、调节阀驱动器8。阀杆轴10通过联接杆11连接到调节阀驱动器8。管状阀体64包括在其外部的迷宫式密封件12 和密封环13。管状阀体64还包括内壁14，该内壁14具有中心阀杆轴孔15和围绕前者圆形布置的释压孔16。释压孔16的数量设计为使得它们提供足够的压力流动面积，从而使调节阀3在闭合时仅需抵消最小的压力差。优选地，使用4个、6个或8个释压孔16。取决于释压孔16的直径，更大或更小数量的释压孔16是可能的。
阀杆轴10被引导通过阀杆轴孔15并焊接到内壁14上。阀杆轴10由阀杆密封件17引导。阀杆密封件17设置在壳体盖5中，并通过张紧器18沿纵向轴线3a轴向固定。
套筒60的内径大于阀杆轴10的外径。在阀杆轴10与套筒60之间形成环形空隙(特别地，间隙区域)，从而使得通过该空隙实现压力平衡是可能的。
快速闭合阀2包括快速闭合阀阀体19、第一圆柱形压缩弹簧20、第二圆柱形压缩弹簧21、具有轴向凹槽63的弹簧套筒21a、轴套24和张紧器22。轴套24与快速闭合阀阀体19 以形状配合的方式连接，并用作在调节阀3的阀杆轴10上的导向件。
张紧器22根据待调整的纵向尺寸与快速闭合阀阀体19中的自锁细牙螺纹旋合，从而使张紧器22抵靠在快速闭合阀阀体19的边缘并具有间隙(例如朝向轴套24的0.2mm的间隙)。张紧器22具有六角头，并且可以被额外地用销固定。此外，张紧器22还配备有密封环23，该密封环23沿可移动的阀杆轴10在两个方向上相对于弹簧腔室32密封内部空间59。
快速闭合阀2包括主蒸汽通道25、控制阀26、控制管线27、腔室28、截止管线29和截止阀30。截止阀30通过孔31连接到弹簧腔室32。弹簧腔室32通过8个孔33连接到腔室 28。孔33的数量不限于8个。在设计期间应选择孔33的数量和直径，使得所有孔33的总面积对应于主蒸汽通道25的面积。
阀杆轴10与套筒60之间的环形空隙通过至少一个(特别地，多个)径向孔60a连接到腔室28。，当快速闭合阀2的开启时，一旦张紧器22到达缓冲区域，来自弹簧腔室的蒸汽压力可以通过环形空隙和径向孔60a降低。
蒸汽腔室34通过主蒸汽通道25连接到控制阀26。当控制阀26停用时，主蒸汽通道25 连接到控制管线27。控制管线27终止于腔室28，该腔通过孔33连接至弹簧腔室32。因此，当控制阀26停用时，主蒸汽可以通过主蒸汽通道25、控制管线27、腔室28和孔33进入弹簧腔室32，并将快速闭合阀保持在“关闭”位置。
控制阀26包括控制驱动器35以及3/2通阀36，其包括阀体37，该阀体37特别地实施为阀锥。此外，控制阀26包括通道38，该通道通过截止阀39连接到泄漏蒸汽管线40。从控制阀26的启用状态开始，控制管线27流体连接到主蒸汽通道25或通道38。
组合阀1包括与壳体盖5连接的导向套管41，其中该导向套管41通过销连接42连接到壳体盖。该导向套管41用于引导快速闭合阀阀体19。导向套管41和快速闭合阀阀体19之间设置有密封环43，其相对于弹簧腔室32密封蒸汽腔室34。
组合阀1包括具有蒸汽偏转装置45的蒸汽过滤器44。蒸汽过滤器44通过销连接46连接到壳体盖5。此外，蒸汽过滤器44放置在壳体基体4的凹槽47中。
此外，扩散器49设置在壳体基体4中的蒸汽排放口48处。扩散器49通过保持销50连接到壳体基体4。
扩散器49具有第一密封区域51和第二密封区域52。第一密封区域51用作快速闭合阀的阀座。第二密封区域52用作调节阀3的阀座。此外，扩散器49具有涡流破坏装置53。此处的涡流破坏装置53具有6个涡流破坏齿54，它们均匀的分布在扩散器49的圆周上。
以下将参考各种切换状态，说明组合阀1的功能。
在图1中，蒸汽通过蒸汽入口55进入组合阀1。蒸汽随后出现在快速闭合阀2的控制缘 56处。此外，通过主蒸汽通道25、控制管线27、腔室28和孔33引导的蒸汽出现在快速闭合阀阀体19的后侧。因为快速闭合阀阀体19的后侧具有比控制缘56更大的控制区域，所以快速闭合阀2由于所产生的力差而保持关闭。
调节阀3处于关闭状态。第一密封区域51和第二密封区域52防止蒸汽进入蒸汽排放口 48。
图2示出了组合阀1，其中，快速闭合阀2处于开启状态，调节阀3处于关闭状态。为此，控制阀26的阀体37从第一端位置57行进到第二端位置58。阀体37因此密封主蒸汽通道25并释放通道38，然而，通道38目前仍被截止阀39朝向泄漏蒸汽管线40关闭。截止阀 39通过斜坡缓慢开启，来自弹簧腔室32的蒸汽可以经过孔33、腔室28、控制管线27、3/2 通阀36、通道38，通过泄漏蒸汽管线40逸出。
快速闭合阀2因其控制缘56处蒸汽压力的出现而被略微提升，并且一旦快速闭合阀阀体 19的整个前侧受到压力，它就向后行进入弹簧腔室32并被开启。快速闭合阀2向后行进，直到受圆柱形压缩弹簧21的弹力支撑的弹簧套筒21a覆盖孔33，并因此中断流向泄漏蒸汽管道40的蒸汽流。
快速闭合阀2现已到达缓冲区域，并且封闭在弹簧腔室32中的压力随后将仅通过间隙缓慢减小，直到张紧器22以其接触直径Dk靠在套筒60上并密封弹簧腔室32。快速闭合阀的开启过程现已完成，并通过控制管路27中的压力测量装置PT61和弹簧腔室32中的压力测量装置PT62确认，这两者都应指示环境压力。
调节阀3进一步防止主蒸汽通过第二密封区52进入蒸汽排放口48。取决于调节阀3和扩散器49的实施方式，调节阀3通过第二密封区域52完全密封或允许一定的泄漏蒸汽流。
图3示出了组合阀，其中，快速闭合阀2与调节阀3均处于开启状态。此时，主蒸汽从蒸汽入口55被引导通过蒸汽过滤器44。蒸汽过滤器44的蒸汽偏转装置45将蒸汽流在蒸汽排放口48的方向上偏转α＝45°的角度。
蒸汽偏转装置45最小化蒸汽流的流动损失，而当偏转过强时流动损失会发生。蒸汽流通过蒸汽腔室34在蒸汽排放口48的方向上流动。扩散器49中的涡流破坏装置53的涡流破坏齿54防止蒸汽流的湍流，并因此额外地减少了蒸汽的流动损失。此外，在涡流破坏装置53 中调节阀3的额外引导减少发生的振动。
根据图3的，快速闭合阀处于开启状态且调节阀处于开启状态的组合阀1必须在很短的时间内(特别地，大约在0.3秒内)完全切断蒸汽供应以保护或关闭涡轮机。为此目的，控制驱动器35通过快速关闭指令而被停用，并且阀体37从其第二端位置58行进到第一端位置 57，如图1中所示。因此，阀体37密封通道38，并释放主蒸汽通道25，从而使蒸汽通过3/2通阀36进入控制管线27和腔室28，直到其到达孔33。
因为弹簧腔室32首先是无压的，所以孔33中存在的蒸汽力将使弹簧套筒21a克服圆柱形压缩弹簧21的相对小得多的弹力沿关闭方向移动，从而开启进入弹簧腔室32的流入。同时，快速闭合阀阀体19的整个后侧被加压到在套筒60上的张紧器22的接触直径。
作用在快速闭合阀阀体19的后侧的蒸汽冲力和蒸汽压力，连同圆柱形压缩弹簧20的机械关闭力，使得张紧器22脱离套筒60，从而在快速闭合阀阀体19的前侧与后侧的蒸汽压力相等，使得在快速闭合阀2上的快速关闭操作通过沿纵向轴向3a的移动进行。快速闭合阀2 现已返回到其如图1所示的初始位置，通过在扩散器49上的密封区域51进行密封，并切断进一步流入涡轮机的蒸汽。关闭操作完成，并通过两个压力测量装置PT61和PT62确认，这两个测量装置都应指示蒸汽入口55中的蒸汽压力。
调节阀3作为快速闭合阀2的冗余版本，也接收到快速关闭指令。驱动器8通过联接杆 11和阀杆轴10，将调节阀3沿纵向轴线3a移动，直到其关闭并通过密封区域52密封扩散器 49，从而安全地防止任何蒸汽流入涡轮机。因为两个阀(即快速闭合阀2和调节阀3)现均已关闭，所以到达了根据图1的初始位置。
图4示出了在部分冲程测试中，组合阀1的快速闭合阀2和调节阀3处于开启状态。为了部分冲程测试，截止阀30在持续的操作期间通过斜坡缓慢开启，即调节阀3处于开启状态。从图3所示的位置开始，主蒸汽和主蒸汽压力现可通过主蒸汽通道25、截止管路29、截止阀 30和孔31到达弹簧腔室32，并且进一步通过弹簧套筒21a的轴向凹槽63到达靠在套筒60上的张紧器22的接触直径Dk，结果是，由于主蒸汽压力作用在后侧，从而处于开启状态的快速闭合阀2整体在闭合方向上具有分力。与机械关闭部件20、21作用在快速闭合阀的闭合方向上的弹力一起，快速闭合阀2克服作用在快速闭合阀阀体19整个前侧的蒸汽压力，并因此可以离开其位置且朝向闭合方向。机械关闭部件20设计为不仅需要克服快速闭合阀阀体19前后侧之间的蒸汽压力差，而且还需要具有大约是快速闭合阀阀体19三倍质量的足够的关闭力。
由机械关闭部件20和21的关闭力支持的直到张紧器22的接触直径Dk的蒸汽因此在纵向轴线3a上向其关闭位置的方向移动快速闭合阀2。这将张紧器22抬离套筒60。由圆柱形压缩弹簧21的弹力支撑的弹簧套筒21a首先继续密封孔33，并且张紧器22现在也通过轴向凹槽63完全暴露于压力中。
在限定的和可调节的冲程之后，张紧器22冲击弹簧套筒21a并将其沿纵向轴线3a同轴地移动。这意味着孔33不再被弹簧套筒21a覆盖，从而蒸汽可以通过孔33、腔室28、控制管线27、3/2通阀36和通道38逃逸并进入泄漏蒸汽管线40。这将在弹簧室32中产生力平衡和静压，其将快速闭合阀移动到全冲程的大约15％至20％的部分冲程测试位置并将其保持在那里。
通过分别布置在节流点上游和下游的两个压力传感器PT61和PT62在每种情况下所显示的压力稳定在蒸汽入口55中的蒸汽压力和环境压力之间的某个共同均值，检查和确认部分冲程测试是否成功。然后，截止阀30再次关闭。来自弹簧腔室32的压力随后通过孔33、腔室 28、控制管线27、3/2通阀36、通道38降低到泄漏蒸汽管线40中。同时，快速闭合阀阀体 19整个前侧的蒸汽压力将快速闭合阀2向后移动到弹簧腔室32中，直到弹簧套筒21a覆盖孔33并中断流向泄漏蒸汽管线40的蒸汽流。
如在快速闭合阀2的开启过程中，此时，也到达了缓冲区域，封闭在弹簧腔室32中的压力随后将仅通过间隙缓慢减小，直到张紧器22以其接触直径Dk靠在套筒60上并密封弹簧腔室32。快速闭合阀2现再次到达“开启”端位置。
图5示出了扩散器49的前视图。此处的涡流破坏齿54，由于它们的均匀排列和形状，可防止蒸汽在进入扩散器49时形成在蒸汽流中的涡流。此处的蒸汽流被扩散器49边界处的涡流破坏齿54分开。这些被分开的蒸汽流因此不能形成大的蒸汽涡流和在涡流破坏齿之后重新汇合，从而形成定向的蒸汽流。
图6示出了组合阀1的第二实施例示例。该第二实施例相对于第一实施例的不同之处在于调节阀3的设计和操作模式。除密封环13在此处被省略外，所有其它的附图标记在它们的功能和位置上仍与其在图1至图4的第一实施例示例中的相同。调节阀驱动器8和阀杆轴10 在它们的实施例中也基本上对应于第一实施例示例。
在第二实施例示例中，调节阀3实施为预冲程调节阀。此处，调节阀3包括管状阀体64、推动体66、拉动体67、张紧器68，其中管状阀体64具有设置在管状阀体64内侧的台阶65。推动体66具有中心孔69。拉动体67具有释压孔70。
管状阀体64在快速闭合阀阀体19的内侧被引导。密封环13被省略，因此迷宫式密封件 12现在允许少量蒸汽流到达台阶主体72并确保其功能。推动体66在管状阀体64内抵靠在台阶65上。推动体66抵靠在拉动体67上。张紧器68抵靠在拉动体67上，并固定推动体66和拉动体67的位置。拉动体67通过中心孔71在阀杆轴10上被引导。
为开启调节阀3，阀杆轴10通过调节阀驱动器8向后行进。此时阀杆轴10的台阶主体 72在短冲程后抵靠在拉动体67上，并通过拉动体67和张紧器68移动管状阀体64。
为关闭调节阀3，阀杆轴10通过调节阀驱动器8向前行进。此时阀杆轴10的台阶主体 72在短冲程后抵靠在推动体66上。阀杆轴10随后通过经推动体66和台阶65传导力，将管状阀体64向前移动到关闭位置。在关闭位置，管状阀体64抵靠在扩散器49的第二密封区域52上。
因为这种预冲程调节阀自1960年代以来就已经存在，在例如Traupel,W.:"Thermische Turbomaschinen",Springer-Verlag,1982中也有描述，并且对于本领域技术人员来说是已知的，所以在此省略详细解释。然而，应该清楚的是，这也适用于具有与图6中所示的调节阀不同结构的预冲程调节阀。
图7示出了弹簧套筒21a和张紧器22的侧视图。张紧器22为在一个端面上实施为外六角形。该外六角形具有与标准扳手尺寸相对应的侧面距离。张紧器22的外六角形的表面是凸起的。该凸起在接触直径Dk上优选地具有线性最大值。
弹簧套筒21a具有4个轴向凹槽63。轴向凹槽63均匀地设置在弹簧套筒21a的内孔的圆周上。张紧器22设置在弹簧套筒21a的内孔中。张紧器22平坦抵靠在该弹簧套筒上。
轴向凹槽63用作流动通道，并且在快速闭合阀开启和关闭时允许压力平衡。由于六角形的几何形状和轴向凹槽63彼此错开90°的布置，作为六角形的张紧器22的扳手头设计和轴向凹槽的数量确保在此至少一个至少部分裸露的流动通道。无法通过流动通道平衡的压力差可能导致在开启和/或关闭快速闭合阀时出现错误，从而对组合阀的功能产生负面影响。
附图标记列表
1 组合阀
2 快速闭合阀
3 调节阀
3a 纵向轴线
4 壳体基体
5 壳体盖
6 螺纹连接
7 阀附件
8 调节阀驱动器
10 阀杆轴
11 联接杆
12 迷宫式密封件
13 密封环
14 内壁
15 阀杆轴孔
16 释压孔
17 阀杆密封件
18 张紧器
19 快速闭合阀阀体
20 圆柱形压缩弹簧
21 圆柱形压缩弹簧
21a 弹簧套筒
22 张紧器
23 密封环
24 轴套
25 主蒸汽通道
26 控制阀
27 控制管线
28 腔室
29 截止管线
30 截止阀
31 孔
32 弹簧腔室
33 孔
34 蒸汽腔室
35 控制驱动器
36 3/2通阀
37 阀体
38 通道
39 截止阀
40 泄露蒸汽管线
41 导向套管
42 销连接
43 密封环
44 蒸汽过滤器
45 蒸汽偏转装置
46 销连接
47 凹槽
48 蒸汽排放口
49 扩散器
50 保持销
51 第一密封区域
52 第二密封区域
53 涡流破坏装置
54 涡流破坏齿
55 蒸汽入口
56 控制缘
57 第一端位置
58 第二段位置
59 内部空间
60 套筒
60a 径向孔
PT61 压力测量装置
PT62 压力测量装置
63 轴向凹槽
64 管状阀体
65 台阶
66 推动体
67 拉动体
68 张紧器
69 孔
70 释压孔
71 孔
72 阶主体
Dk 接触直径

Claims (22)

1.一种用于蒸汽回路的组合阀(1)，包括快速闭合阀(2)和调节阀(3)，其中，所述快速闭合阀(2)和所述调节阀(3)设置在共同的壳体(4，5)中，所述调节阀(3)可由主动驱动器(8)移动，以及所述快速闭合阀(2)可由蒸汽回路的蒸汽被动地移动。
2.根据权利要求1所述的组合阀(1)，其中，在蒸汽回路的持续的操作期间，当所述调节阀(3)处于开启位置时，部分冲程测试可以在所述快速闭合阀(2)上执行。
3.根据权利要求2所述的组合阀(1)，其中，所述快速闭合阀(2)可暴露于蒸汽中从而使其沿关闭方向移动，其中，所述组合阀适配为，由于所述快速闭合阀(2)沿关闭方向的移动，节流点打开，以及蒸汽可通过所述节流点逸出，从而防止所述快速闭合阀(2)在关闭方向上进一步移动，并停留在部分冲程位置。
4.根据权利要求3所述的组合阀(1)，其中，压力传感器(PT61，PT62)中的各个分别设置在所述节流点的上游和下游。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合阀(1)，其中，所述调节阀(3)实施为释压管状调节阀。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的组合阀(1)，其中，所述调节阀(3)实施为预冲程调节阀。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(1)，其中，所述快速闭合阀(2)配置为具有套筒状快速闭合阀阀体(19)，以及所述调节阀(3)配置为具有管状阀体(64)，其中所述调节阀(3)的管状阀体(64)被引导在所述套筒状快速闭合阀阀体(19)的内侧。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(1)，其中，所述快速闭合阀(2)和所述调节阀(3)可以彼此独立地行进，并且处于关闭状态的所述调节阀(3)截止通过所述组合阀的蒸汽的流动。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(1)，包括用于切换所述快速闭合阀(2)的可切换的控制阀(26)。
10.根据权利要求9所述的组合阀(1)，其中，所述控制阀(26)为3/2通阀。
11.根据权利要求9或10所述的组合阀(1)，其中，所述控制阀(26)具有液压或气动实施的控制驱动器。
12.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(1)，其中，所述调节阀(3)具有实施为低压力液压驱动器或电驱动器的调节阀驱动器(8)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(1)，其中，所述壳体(4，5)由壳体基体(4)和壳体盖(5)构成，其中，所述壳体基体(4)以力配合和/或形状配合的方式与所述壳体盖(5)连接。
14.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(1)，其中，壳体(4，5)在蒸汽入口(55)处具有蒸汽过滤器(44)，所述蒸汽过滤器(44)包括蒸汽偏转装置(45)，使得蒸汽可偏转10°至80°，优选地25°至65°，特别优选地30°至55°，非常特别优选地40°至50°，以及最优选地45°的角度。
15.根据权利要求14所述的组合阀(1)，其中，所述蒸汽过滤器(44)以可拆卸的方式连接到所述壳体(4，5)的壳体盖(5)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(1)，其中，所述壳体(4，5)在蒸汽排放口(48)处具有扩散器(49)。
17.根据权利要求16所述的组合阀(1)，其中，所述扩散器(49)以可拆卸的方式设置在所述壳体(4，5)的壳体基体(4)中。
18.根据权利要求16或17所述的组合阀(1)，其中，所述扩散器(49)包括涡流破坏装置(53)。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的组合阀(1)，其中，所述涡流破坏装置(53)配置为作为所述调节阀(3)的导向。
20.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(1)，其中，在所述组合阀的操作期间，所述快速闭合阀(2)的快速闭合阀阀体(19)的后侧在所述快速闭合阀(2)的开启位置时无压力。
21.根据前述权利要求中任一项所述的组合阀(1)，其中，所述调节阀(3)具有带有阀杆密封件(17)的阀杆轴(10)，其中，在所述组合阀的操作期间，所述阀杆密封件(17)的一侧暴露于环境压力，并且相对侧为无压力。
22.一个包括根据权利要求1至21中任一项所述的组合阀(1)的SIL 3认证的安全回路。
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