Dampfturbinen­regelventil

Zur Untersuchung des Betriebsverhaltens von Regelventilen im Teillastbereich wurde ein skalierter Modellprüfstand eines vereinfachten Regelventils aufgebaut. Abgeleitet von kleineren Dampfturbinen lässt sich am Prüfstand die Strömung von Volllast bis weit in den Teillastbereich abbilden, sodass wichtige Erkenntnisse über den Betrieb und die zugrundeliegende Strömung gewonnen werden können.

Aufbau

Das skalierte Regelventil ist in die Hochdruckmessstrecke im Zentrum für Energietechnik eingegliedert und wird über eine Rohrleitung mit Druckluft versorgt. Die Luft wird zunächst im Ventilgehäuse verzögert und durchströmt dann nach einer Umlenkung den Drosselquerschnitt, der zwischen Ventilstempel und Ventilsitz gebildet wird. Nach einem Diffusor wird die Strömung über ein gerades Rohrstück in die Umgebung ausgeblasen.

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Die Öffnung des Ventils kann durch den unterhalb des Ventilgehäuses angeordneten Stellantrieb eingestellt werden und bestimmt gemeinsam mit dem Eintrittsdruck den Betriebspunkt des Ventils.

Zur Untersuchung des Schwingungsverhaltens des Ventils ist der Ventilstamm, die Aufhängung des Ventils und Verbindung zwischen Ventilstempel und Stellantrieb, so ausgeführt, dass der obere Teil quasi-starr oder elastisch gelagert werden kann. Durch Anpassung der Steifigkeit können so verschiedene Schwingungsverhalten abgebildet werden.

Forschungsschwerpunkte

Im Rahmen der einzelnen Messkampagnen wurde zunächst das stationäre Betriebsfenster vermessen und die Durchflusscharakteristik des Ventils bestimmt. Durch zeitaufgelöste Messungen der Wanddrücke auf dem Ventilstempel und im Diffusor wurde anschließend das instationäre Druckfeld bestimmt, das einen wesentlichen Beitrag zur Validierung des numerischen Setups bereitstellt.

Die Erfassung des dynamischen Verhaltens des Ventils im quasi-starren und elastischen Aufbau erfolgt durch die Messung von Schwingung, Bewegung und der auf den Ventilstempel wirkenden Kraft. Gemeinsam mit dem Druckfeld können so Rückschlüsse auf die Wechselwirkung zwischen diesem und der Bewegung erfasst werden und zum besseren Verständnis der zugrundeliegenden Strömungsregime beitragen.

Technische Daten