Ventil zur Absperrung und/oder Regelung des Durchflusses von Fluidströmen und Verfahren zur Nachbearbeitung eines solchen Ventils

Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Absperrung und/oder Regelung des Durchflusses von Fluidströmen umfassend ein Ventilgehäuse, einen in dem Ventilgehäuse angeordneten Ventil- diffusor mit einer Ventilsitzkontaktfläche, sowie einen Ven ^¬ tilkörper, welcher in dem Ventilgehäuse beweglich angeordnet ist, wobei der Ventilkörper und die Ventilsitzkontaktfläche zumindest bei der Absperrung des Durchflusses von Fluidströ ^¬ men in einem Kontakt zueinander sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Nachbearbeitung eines solchen Ventils .

In modernen Dampfturbinen entstehen hohe Dampfmassenströme, insbesondere mit niedrigen Frischdampfparametern . Um diese großen Dampfmassenströme zu steuern, werden einzelne Stell ^¬ ventile eingesetzt, welche direkt an oder neben der Turbine platziert werden. Die Regelung der Dampfmenge erfolgt über eine Ventilsitzkontaktfläche und einen Ventilkolben, z. B. einen Ventilkörper, eines Stellventils. Die Stellventile wer- den durch eigene Stellzylinder direkt angesteuert und können somit entsprechend den Betriebsverhältnissen der Turbine individuell geöffnet werden, so dass der gewünschte Dampfmas ^¬ senstrom einstellbar ist. Bei extremen Bedingungen wie dem hohen Dampfdruck und den hohen thermischen Spannungen, können Verschleiß und Ermüdung die Verlässlichkeit und Lebensdauer des Ventils jedoch beeinträchtigen. Ventilkomponenten sind häufigen Öffnungs- und Schließzyklen, hohen Stoßkräften und einem signifikanten Dampfdruck während den Kalt-, Warm- oder Heißstarts einer Dampfturbine unterworfen.

Diese wiederholten Beanspruchungen verstärken den Verschleiß und die Ermüdung der Ventile. Zu den Folgen von Ermüdung und Verschleiß von Dampfturbinenventilen gehören Leckagen und die Unfähigkeit das Ventil zu öffnen und mangelnde Abdichtung des Dampfwegs . Solche Ventile umfassen in der Regel ein Ventilge ^¬ häuse und einen innerhalb des Ventilgehäuses angeordneten Ventildiffusor durch den einströmender Dampf strömt. Der Mas- senstrom wird mit Hilfe eines Ventilkörpers eingestellt, der in Richtung des Ventildiffusors bewegbar ausgebildet ist. In komplett geschlossener Position liegt der Ventilkörper an einer Ventilsitzkontaktfläche an, die mit dem Ventildiffusor verbunden ist. In einer geöffneten Position wird zwischen dem Ventilkörper und der Ventilsitzkontaktfläche eine Durchström ^¬ fläche gebildet, die direkt mit dem Massenstrom durch das Ventil korreliert ist.

Im geschlossenen Zustand liegt der Ventilkörper an der Ven- tilsitzkontaktfläche an und bildet eine Kontaktfläche. Diese Kontaktfläche ist durch die Stöße des Ventilkörpers beim Schließen höher belastet. Dieser Bereich unterliegt daher neben Verschleißerscheinungen durch Dampferosionen auch Verschleißerscheinungen durch mechanische Belastungen. Um sol- chen mechanischen Belastungen entgegen zu wirken, wird in der Regel die Kontaktfläche an der Ventilsitzkontaktfläche gepan ^¬ zert, was z.B. durch Stellitieren erfolgt. Allerdings ist trotz Panzerung nach einem längeren Betrieb oftmals die Sanierung der Oberfläche des Ventilsitzes aufgrund von Festkör- pererosion und Dampferosion erforderlich.

Der Austausch des kompletten Ventilsitzes wäre eine Möglichkeit weiteren Schäden vorzubeugen, wobei der Austausch erschwert ist, da in der Regel Montagearbeiten an der Turbine mit erhöhtem Aufwand einhergehen.

Es ist ebenso denkbar, durch eine entsprechende Materialaus ^¬ wahl dem Verschleiß durch Erosion entgegen zu wirken. Solche Materialien sind allerdings vergleichsweise teuer und in der Regel treten nach einer bestimmten Betriebszeit dennoch Schäden an der Ventilsitzkontaktfläche auf. Sofern die Sanierung einer solchen beschädigten Oberfläche nicht möglich ist, wird die Ventilsitzkontaktfläche abgebaut und durch eine neue er- setzt. Bei Revisionen und bei Stillständen werden die Ventile begutachtet und gegebenenfalls eine Entscheidung vor Ort ge ^¬ troffen, welche Maßnahme erforderlich ist, um die Funktions ^¬ weise des Ventils wieder herzustellen. Entweder ist eine Sa- nierung oder ein kompletter Ventiltausch erforderlich. Für eine hinreichend gute Analyse sind Prüfungen wie z.B. eine Farbeindringprüfung oder eine Ultraschallprüfung erforderlich. Sofern eine Maßnahme ergriffen werden soll, liegt eine nicht zu vernachlässigende, teilweise verlängerte Standzeit zwischen der Entscheidung und der Durchführung vor.

Eine erste Aufgabe der Erfindung ist daher, die Angabe eines verbesserten Ventils, welches die oben genannten Probleme vermeidet. Eine weitere, zweite Aufgabe ist die Angabe eines Verfahrens zur Nachbearbeitung eines solchen Ventils.

Erfindungsgemäß wird die erste Aufgabe mit der Angabe eines Ventils zur Absperrung und/oder Regelung des Durchflusses von Fluidströmen gelöst, umfassend ein Ventilgehäuse, einen in dem Ventilgehäuse angeordneten Ventildiffusor mit einer Ventilsitzkontaktfläche, sowie einen Ventilkörper, welcher in dem Ventilgehäuse beweglich angeordnet ist, wobei der Ventil ^¬ körper und die Ventilsitzkontaktfläche zumindest bei der Ab ^¬ sperrung des Durchflusses von Fluidströmen in einem Kontakt zueinander sind, und wobei der Ventilkörper zudem einen Ventildeckel mit einer Ventildeckeldicke aufweist. Erfindungsge ^¬ mäß besteht die Ventilsitzkontaktfläche aus einer verstärken ^¬ de Legierung, insbesondere auf Chrom-Basis, besteht, wobei die Ventilsitzkontaktfläche im Betrieb einem Verschleiß un- terliegt, so dass zumindest ein Bereich mit einem Verschleiß entsteht und wobei das Ventilgehäuse , die Ventilsitzkontakt ^¬ fläche, der Ventildeckel mit der Ventildeckeldicke, welcher mit einer Materialzugabe versehen ist und der Ventilkörper zusammen einen ersten, insbesondere maximalen Hub ausbilden und dass bei einer Abtragung des verschlissenen Bereichs der Ventilsitzkontaktfläche die Ventildeckeldicke, so abtragbar ist, so dass der erste, insbesondere maximale Hub gleich ^¬ bleibt oder bis auf nur geringfügige Abweichungen gleich- bleibt und/oder das Ventilgehäuse, die Ventilsitzkontaktflä ^¬ che, der Ventildeckel mit der Ventildeckeldicke und der Ven ^¬ tilkörper, welcher mit einer Materialzugabe versehen ist, zusammen einen ersten, insbesondere maximalen Hub ausbilden und dass bei einer Abtragung des verschlissenen Bereichs der Ventilsitzkontaktfläche der Ventilkörper so abtragbar ist, dass der erste, insbesondere maximale Hub, gleichbleibt oder bis auf nur geringfügige Abweichungen gleichbleibt.

Erfindungsgemäß wird die zweite Aufgabe durch die Angabe ei ^¬ nes zur Nachbearbeitung eines Ventils, gelöst, mit einem Ventilkörper , und mit einer Ventilsitzkontaktfläche, welche aus einer verstärkenden Legierung, insbesondere auf Chrom-Basis, und wobei der Ventilkörper, zudem einen Ventildeckel, mit ei ^¬ ner Ventildeckeldicke, welcher mit einer Materialzugabe ver ^¬ sehen ist, aufweist besteht nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Ventilsitzkontaktfläche im Betrieb verschlissen wird, so dass zumindest ein Bereich mit einem Verschleiß ent- steht und wobei zumindest der verschlissene Bereich der Ven ^¬ tilsitzkontaktfläche abgetragen wird und wobei der Ventilkör ^¬ per zudem einen Ventildeckel mit einer Ventildeckeldicke auf ^¬ weist, mit welchem der Ventilkörper an einem Ventilgehäuse befestigt wird und wobei das Ventilgehäuse, die Ventilsitz- kontaktfläche, der Ventildeckel mit der Ventildeckeldicke und der Ventilkörper zusammen einen ersten, insbesondere maximalen Hub ausbilden und dass bei Abtragung des verschlissenen Bereichs der Ventilsitzkontaktfläche die Ventildeckeldicke so abgetragen wird, dass der erste, insbesondere maximale Hub gleichbleibt oder zumindest nahezu gleichbleibt

und/oder der Ventilkörper zudem ein Ventildeckel mit einer Ventildeckeldicke aufweist, mit welchem der Ventilkörper an einem Ventilgehäuse befestigt wird und wobei das Ventilgehäu ^¬ se, die Ventilsitzkontaktfläche, der Ventildeckel mit der Ventildeckeldicke und der Ventilkörper, welcher mit einer Ma ^¬ terialzugabe versehen ist zusammen einen ersten, insbesondere maximalen Hub ausbilden und dass bei Abtragung des verschlissenen Bereichs der Ventilsitzkontaktfläche der Ventilkörper so abgetragen wird, dass der erste, insbesondere maximale Hub gleichbleibt oder zumindest nahezu gleichbleibt.

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, ein Ventil derart weiterzubilden, dass dieses eine Ventilsitzkontaktfläche aus einer verstärkenden Legierung, welche in einem Kontakt mit dem Ventilkörper steht, aufweist. D.h. für das Ventil ist nun eine Ventilsitzkontaktfläche aus dem verstärkten Material (z. B. Stellit) vorgesehen. Diese Ventilsitzkontaktfläche ist ge ^¬ ometrisch so ausgeführt, dass der Bereich der Kontaktfläche im Neuzustand mit Materialzugabe vorgesehen ist. Die Materi ^¬ alzugabe wird während einer Revision abgetragen. Die Materialabtragung kann bei mehreren Revisionen erfolgen. Diese Ven- tilsitzkontaktfläche kann daher nach jeder Revision unabhängig von Befunden ausgebessert werden, d.h. der verschlissene Bereich der Ventilsitzkontaktfläche kann nach jeder Revision unabhängig von Befunden abgetragen werden. Das erspart viel Zeit, da Prüfungen von vornherein als nicht erforderlich ein- gestuft werden. Dadurch verringern sich die Standzeiten eines solchen Ventils. Vorteilhafterweise ist somit ein kompletter Austausch des Diffusors bzw. des Ventilsitzes nicht notwen ^¬ dig. Ebenso ist es nicht erforderlich, den Abbau des komplet ^¬ ten Ventils von der Turbine durchzuführen. Auch dadurch ver- ringern sich die Standzeiten eines solchen Ventils.

Ein besonderer Vorteil entsteht darin, dass eine Revision vorab besser geplant und durchgeführt werden kann, da der Ab ^¬ trag des verschlissenen Bereichs der Ventilsitzkontaktfläche unabhängig von einem Befund immer stattfinden kann. Dadurch können Farbeindringprüfungen und Ultraschallprüfungen gänzlich entfallen. Eine aufwendige, teure und gesundheitsgefährdende Sanierung entfällt. Bevorzugt weist der Ventilkörper zudem einen Ventildeckel mit einer Ventildeckeldicke auf. In einer vorteilhaften Ausge ^¬ staltung ist der Ventildeckel als Flansch ausgeführt. Vor ^¬ teilhafterweise ist der Ventildeckel in der Ventildeckeldicke reduzierbar. Dies kann beispielsweise durch Schleifen bewerkstelligt werden.

Das Ventilgehäuse, die Ventilsitzkontaktfläche, der Ventilde- ekel mit einer Ventildeckeldicke und der Ventilkörper bilden zusammen einen ersten, insbesondere maximalen Hub aus, wobei bei Abtragung des verschlissenen Bereichs der Ventilsitzkontaktfläche die Ventildeckeldicke so abtragbar ist, dass der erste, insbesondere maximale Hub gleich bleibt oder zumindest nahezu gleich bleibt. Auch können das Ventilgehäuse, die Ven ^¬ tilsitzkontaktfläche, der Ventildeckel mit einer Ventilde ^¬ ckeldicke und der Ventilkörper zusammen einen ersten, insbesondere maximalen Hub ausbilden, und wobei bei Abtragung des verschlissenen Bereichs der Ventilsitzkontaktfläche der Ven- tilkörper so abtragbar ist, dass der erste, insbesondere ma ^¬ ximale Hub gleichbleibt oder zumindest nahezu gleichbleibt.

Das heißt, dass gleichzeitig nach jeder Materialabtragung die Position des Ventildeckels bei Bedarf nachgestellt werden kann, um den Hub des Ventils an die nachbearbeitete Kontur des Ventilsitzes anzupassen. Das erfolgt beispielsweise durch mechanische Bearbeitung des Ventildeckels, dessen Ventilde ^¬ ckeldicke (d.h. die Wandstärke des Ventildeckels) im Neuzu ^¬ stand entsprechend dicker ausgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich zur Nachbearbeitung des Ventildeckels kann die Materialabtragung zur Anpassung des Hubs auch am Ventilkörper erfolgen. Der Durchfluss durch das Ventil bleibt somit gleich, d.h. der Durchflusskoeffizient bleibt gleich. Dies garantiert z.B. einen sicheren Betrieb der Anlage in der das Ventil Verwendung findet.

Bevorzugt besteht die Ventilsitzkontaktfläche aus einer Le ^¬ gierung auf einer Kobalt-Chrom-Basis. Insbesondere besteht die Ventilsitzkontaktfläche aus Stellit. Dieses eignet sich aufgrund seiner hohen Verschleiß- und Temperaturbeständig ^¬ keit, insbesondere für den Einsatz in Kraftwerksanlagen. Bevorzugt ist die Ventilsitzkontaktfläche als eine austausch ^¬ bare Buchse ausgestaltet. Nach einer maximalen Anzahl von Bearbeitungen ist die Materialabtragung nicht mehr möglich. Für diesen Fall erfolgt dann der Austausch der Buchse mit der entsprechenden Anpassung des Ventildeckels, so dass eine Nachstellung des Hubs wieder möglich ist. Damit ist somit auch hier ein kompletter Austausch des Diffusors bzw. des Ventilsitzes nicht notwendig. Ebenso ist es nicht erforder ^¬ lich, den Abbau des kompletten Ventils von der Turbine durch- zuführen. Dadurch verringern sich die Standzeiten eines solchen Ventils. Die Panzerung des Ventilkörpers kann z.B. in der Regel nur in einer geringeren Dicke ausgeführt werden. Eine Buchse hingegen kann komplett aus einer verstärkenden Legierung ausgeführt werden und ermöglicht somit die Nach- bearbeitung der Kontur ohne dabei eine aufgetragene Panze ^¬ rung, wie es beim Ventilkörper der Fall wäre, komplett abzu ^¬ tragen .

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Ventil in einer Anlage vorgesehen und die Nachbearbeitung wird bei einer Revision der Anlage durchgeführt.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung un- ter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch :

FIG 1 eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbei ^¬ spiels eines erfindungsgemäßen Ventils,

FIG 2 einen Ausschnitt einer Ventilsitzkontaktfläche im

Neuzustand .

Die Figur zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsge ^¬ mäßen Ventils 1. Das Ventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 2 und innerhalb des Ventilgehäuses 2 einen im Wesentlichen rotati ^¬ onssymmetrisch ausgebildeten Ventildiffusor 3. In der Figur 1 ist eine Symmetrieachse 4 eingezeichnet. Der Ventildiffusor 3 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu dieser Symmetrie- achse 4 ausgebildet. Innerhalb des Ventildiffusors 3 ist ein kegelförmig ausgestalterer Innenmantelbereich 6 ausgebildet, durch den im Betrieb ein Dampf mit vergleichsweise hoher Temperatur und hohem Druck strömt. Am Ventildiffusoranfang 7 ist der Ventildiffusor 3 am Gehäuse 2 fest angeordnet. Der Ven- tildiffusor 3 umfasst eine Ventilsitzkontaktfläche 8, die am Ventildiffusoranfang 7 angeordnet ist und zum Kontaktieren mit einem Ventilkörper 5 ausgebildet ist. Der Ventilkörper 5 und die Ventilsitzkontaktfläche 8 sind zumindest bei der Ab- Sperrung des Durchflusses von Fluidströmen in einem Kontakt zueinander. Die Ventilsitzkontaktfläche 8 besteht nun aus ei ^¬ ner verstärkenden Legierung, insbesondere auf Chrom-Basis, wobei die Ventilsitzkontaktfläche 8 im Betrieb einem Ver ^¬ schleiß unterliegt, so dass zumindest ein Bereich mit einem Verschleiß entsteht. Bei einer Revision wird nun zumindest der verschlissene Bereich der Ventilsitzkontaktfläche 8 abge ^¬ tragen. Dabei wird die Ventilsitzkontaktfläche 8 so ausge ^¬ führt, dass ein Abtrag möglich ist. D.h. im Neuzustand ist eine Materialzugabe vorgesehen, welche in FIG 2 gezeigt wird. So können bei mehreren Revisionen die verschlissenen Bereiche abgetragen werden. Somit ist ein Austausch des Ventils oder des Ventildiffusors 3 nicht mehr so oft notwendig.

Der Ventilkörper 5 weist zudem einen Ventildeckel 13 mit ei- ner Ventildeckeldicke 14 auf. Durch den Ventildeckel 13 kann der Ventilkörper 5 am Ventilgehäuse 2 befestigt sein. Dabei kann der Ventildeckel 13 als Flansch ausgeführt sein. Dadurch ist der Ventildeckel 13 in der Ventildeckeldicke 14 einfach reduzierbar, d.h. abtragbar.

Das Ventilgehäuse 2, die Ventilsitzkontaktfläche 8, der Ven ^¬ tildeckel 13 mit einer Ventildeckeldicke 14 und der Ventil ^¬ körper 5 bilden zusammen einen ersten, insbesondere einen maximalen Hub aus. Bei Abtragung des verschlissenen Bereichs der Ventilsitzkontaktfläche 8 ist die Ventildeckeldicke 14 so abtragbar, dass dieser erste, insbesondere maximale Hub gleichbleibt oder zumindest nahezu gleichbleibt. D.h. wird der verschlissene Bereich bis z.B. an einer Stelle 16 um ei- nen Betrag 17 abgetragen, so wird der Ventildeckel 13 eben ^¬ falls um einen Betrag 17 reduziert zu einer Wanddicke 20. So ^¬ mit bleibt der erste, insbesondere maximale Hub der gleiche oder nahezu der gleiche. Dabei kann die Ventildeckeldicke 14 durch mechanische Bearbeitung reduziert werden. Der Ventilde ^¬ ckel 13 wird daher in der Ventildeckeldicke 14 im Neuzustand entsprechend dicker ausgeführt. Der Ventildeckel 13 kann z.B. abgeschliffen werden. Dies bedeutet, dass gleichzeitig nach jeder Materialabtragung bei der Ventilsitzkontaktfläche 8 die Position des Ventilde ^¬ ckels 13 bei Bedarf nachgestellt wird, um den Hub des Ventils 1 an die nachbearbeitete Kontur anzupassen. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Ventilkörper 5 an einer anderen Stelle, z.B. direkt bei der Kontaktfläche mit der Ventilsitzkontaktfläche 8 reduziert werden, um den ers ^¬ ten, insbesondere maximalen Hub wieder herzustellen. Auch kann die Ventilsitzkontaktfläche 8 eine Legierung auf einer Kobalt-Chrom-Basis sein, insbesondere ein Stellit.

Alternativ ist zumindest die Ventilsitzkontaktfläche 8 als eine austauschbare Buchse (nicht gezeigt) ausgestaltet. Die Buchse hat nunmehr den Kontakt mit dem Ventilkörper 5. Nach einer maximalen Anzahl von Bearbeitungen ist die Materialabtragung von der Buchse nicht mehr möglich. Für diesen Fall erfolgt dann der Austausch der Buchse mit der entsprechenden Anpassung des Ventildeckels 13, so dass eine Nachstellung des ersten, insbesondere maximalen Hubs wieder möglich ist.

Erfindungsgemäß erfordert die Bearbeitung des Ventilsitzkon ^¬ taktfläche 8 und des Ventildeckels 13 bzw. des Ventilkörpers 5 nicht den Abbau des kompletten Ventils von der Turbine. Er- findungsgemäß ist dadurch der Austausch eines kompletten Gehäuses 2 und/oder Diffusors 3 nicht mehr notwendig. Die Revision kann vorab besser geplant werden, da die mecha ^¬ nische Bearbeitung unabhängig von dem Befund immer stattfindet. Die Ventilsitzkontaktfläche 8 kann daher nach jeder Re ^¬ vision unabhängig von Befunden ausgebessert werden. Das er- spart viel Zeit, da Prüfungen für den Befund von vornherein als nicht erforderlich eingestuft werden und somit entfallen. Eine aufwendige, teure und gesundheitsgefährdende Sanierung entfällt . Ist die Ventilsitzkontaktfläche 8 eine austauschbare Buchse, kann diese vereinfacht ohne lange Stillstandszeiten ausge ^¬ tauscht werden.

Die Panzerung eines Ventilkörpers des Stands der Technik kann in der Regel nur in einer geringen Dicke ausgeführt werden.

Die Ventilsitzkontaktfläche 8 kann hingegen komplett mit ver ^¬ stärktem Material ausgeführt werden und ermöglicht somit die Nachbearbeitung der Kontur ohne dabei eine aufgetragene Panzerung, wie es beim Ventilkörper des Stands der Technik der Fall wäre, komplett abzutragen.