Dampfsieb

Die Erfindung betrifft ein Dampfsieb, das insbesondere für die Verwendung in einem Schnellschlussventil einer Dampfturbine ausgelegt ist.

Schnellschlussventile sind im Stand der Technik in unter ^¬ schiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. Sie werden zur schlagartigen Unterbrechung einer Rohrströmung eingesetzt. Ferner ist es bekannt, Schnellschlussventile mit einem Dampf- sieb zu versehen. Das Dampfsieb dient dem Schutz des Ventils sowie stromabwärts des Ventils angeordneter Komponenten vor in der Strömung mitgetragenen Fremdkörpern.

Aufgrund der in einer Dampfturbine vorherrschenden Betriebs- bedingungen, insbesondere in Form von Schwingungsbelastungen und/oder Temperaturschwankungen, sind Dampfsiebe einem großen Verschleiß unterworfen. Da herkömmliche Dampfsiebe nur sehr eingeschränkt für Reparaturen geeignet sind, werden sie ent ^¬ sprechend in regelmäßigen Wartungszyklen durch neue Dampf- siebe ersetzt, was mit hohen Kosten einhergeht.

Ein weiteres Problem herkömmlicher Dampfsiebe besteht darin, dass durch sie die Rohrströmung negativ beeinträchtigt wird. Diesbezüglich wäre es wünschenswert, den negativen Einfluss von Dampfsieben auf die Rohrströmung zu verringern.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dampfsieb mit alternativem Aufbau vorzuschlagen, das die zuvor beschriebenen Nachteile zumindest teilweise behebt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Dampfsieb mit zwei in einer Längsrichtung im Abstand zu ^¬ einander angeordneten Stützringen und mehreren benachbart zu- einander angeordneten, ringsegmentförmigen und eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweisenden Siebelementen, die jeweils an den Stützringen lösbar befestigt sind und sich unter Bildung einer Mantelfläche zwischen diesen erstrecken, wobei die Seitenkanten unmittelbar benachbart zueinander angeordneter Siebelemente aneinander anliegen, und wobei die Durchgangsöffnungen der Siebelemente einen sich radial einwärts aufweitenden Diffusorabschnitt aufweisen. Ein solches Dampfsieb ist zum einen dahingehend von Vorteil, dass das Dampf- sieb als Hauptkomponenten lediglich die Stützringe und die

Siebelemente aufweist, die über Befestigungsmittel aneinander befestigt sind, insbesondere in Form von Befestigungsschrau ^¬ ben. Dank der Tatsache, dass die Seitenkanten unmittelbar benachbart angeordneter Siebelemente aneinander anliegen und sich unmittelbar benachbart zueinander angeordnete Siebele ^¬ mente entsprechend gegenseitig abstützen, kann auf weitere Komponenten verzichtet werden, insbesondere auf die Stützrin ^¬ ge miteinander verbindende Streben. Insgesamt weist das er ^¬ findungsgemäße Dampfsieb vor diesem Hintergrund einen einfa- chen und preiswerten Aufbau mit wenigen Einzelteilen auf. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Dampfsiebes besteht darin, dass sich die Siebelemente im Falle eines Verschleißes einzeln austauschen lassen, wohingegen die Stützringe und noch intakte Siebelemente weiter verwendet werden können. Entsprechend geht auch die Wartung des erfindungsgemäßen Dampfsiebes mit geringen Kosten einher.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Mantelfläche zylindrisch oder konisch ausgebildet, wodurch sich ein einfacher Aufbau ergibt.

Die Stützringe weisen an ihrer zu den Siebelementen weisenden Fläche bevorzugt eine ringförmig umlaufende Nut auf, in der die Siebelemente angeordnet sind. Auf diese Weise wird in ra- dialer Richtung des Dampfsiebes ein Formschluss erzielt, wo ^¬ durch eine sehr gute Stabilität gewährleistet ist. Bevorzugt sind die Siebelemente in Umfangsrichtung drehsicher in der Nut angeordnet, was ebenfalls der Stabilität zuträg ^¬ lich ist. So kann zumindest eine der Seitenwände der Nut Aus ^¬ buchtungen aufweisen und die Siebelemente in die Ausbuchtun- gen eingreifende Vorsprünge umfassen. Vorteilhaft weisen bei ^¬ de Seitenwände der Nut in radialer Richtung jeweils einander gegenüber angeordnete Ausbuchtungen auf und die Siebelemente umfassen radial einander gegenüber angeordnete, in die Ausbuchtungen eingreifende Vorsprünge. Hierdurch wird ein be- sonders stabiler Aufbau erzielt.

Am Nutgrund können im Bereich der Ausbuchtungen Durchgangsbohrungen vorgesehen sein, in die sich durch den Stützring erstreckende, insbesondere in diesen versenkte Befestigungs- schrauben eingesetzt sind, die in an den Siebelementen ausgebildete Gewindebohrungen eingeschraubt sind. Auf diese Weise wird eine einfach lösbare und preiswerte Befestigung der Siebelemente an den Stützringen erzielt. Die Befestigung der Siebelemente an den Stützringen mittels Befestigungsschrauben ist ein Beispiel einer typischerweise besonders vorteilhaften lösbaren Verbindung.

Alternativ kann eine lösbare Verbindung beispielsweise mit ^¬ tels Zylinderstiften realisiert werden. Derartige Zylinder- stifte können zur Demontage beispielsweise wieder herausge ^¬ drückt werden. Alternativ können derartige Zylinderstifte auch mittels Aufbohren entfernt werden. Beispielsweise kann mindestens eine Nutseite eine Durchgangsbohrung aufweisen, durch welche ein Zylinderstift geführt wird. Dieser greift in das Siebelement oder durch das Siebelement hindurch und stellt hiermit eine lösbare und äußerst preiswerte sowie zu ^¬ verlässige Befestigung der Siebelemente an den Stützringen bereit. Typischerweise ist es bei einer lösbaren Verbindung unter Einsatz von Zylinderstiften bevorzugt, dass die Zylin- derstifte im Wesentlichen senkrecht zur Mantelfläche einge ^¬ setzt werden. Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung definieren die Seitenkanten unmittelbar benachbart zueinander angeordneter Siebelemente ineinandergreifende Überlappungsbe ^¬ reiche. Zum einen wird durch solche Überlappungsbereiche ein der Stabilität zuträglicher Formschluss zwischen den Elementen bewirkt. Zum anderen wird aber auch verhindert, dass ein das Dampfsieb durchströmendes Fluid Stoßstellen zwischen be ^¬ nachbarten Siebelementen ungehindert passieren kann. Die Durchgangsöffnungen der Siebelemente können einen waben- förmigen Querschnitt oder eine längliche Querschnittsform mit insbesondere abgerundeten Endbereichen aufweisen, wobei die Endbereiche bevorzugt in Richtung der Stützringe weisen. Der ^¬ artige Querschnitte für Durchgangsöffnungen haben sich als besonders geeignet erwiesen.

Die Durchgangsöffnungen der Siebelemente weisen bevorzugt einen sich radial einwärts aufweitenden Diffusorabschnitt auf, wobei der Diffusorwinkel bis zu 15° beträgt. Typischerweise ist es bevorzugt, dass der Diffusorwinkel im Bereich von 1° bis 15°, insbesondere im Bereich zwischen 5° und 15°, liegt. Derartige Durchgangsöffnungen erwiesen sich für viele Anwendungsfälle als besonders vorteilhaft. Die Durchgangsöffnungen der Siebelemente können erfindungsge ^¬ mäß einen mit einer Rundung versehenen Eintrittsbereich aufweisen, wobei der Radius der Rundung insbesondere im Bereich zwischen 0,3 mm und 1,0 mm liegt. Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind zumindest die Siebelemente unter Einsatz eines additiven Her ^¬ stellungsverfahrens hergestellt, insbesondere 3D- Druckverfahren, mittels beispielsweise selektiven Lasersin- terns (SLS) , Binder Jetting oder mittels selektiven Laser- schmelzens (SLM) , vorzugsweise selektiven Lasersinterns (SLS) oder mittels selektiven Laserschmelzens (SLM) . Derartige ad ^¬ ditive Herstellungsverfahren zeichnen sich dadurch aus, dass sie bezogen auf die Form der Durchgangsöffnungen eine sehr große Designfreiheit belassen. 3D-Druckverfahren erstellen hierbei ein Produkt schichtweise beispielsweise aus einem Pulverbett .

Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Dampfsieb mit zumindest einem eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweisenden, sich in einer Längsrichtung erstreckenden Siebelement, insbesondere ein Dampfsieb der zuvor beschriebenen Art, bei dem die Ausrichtung der Durchgangsöffnungen der Siebelemente in Abhängigkeit von ihrer Position bezogen auf die Längsrichtung verschieden ist, insbesondere derart, dass ein die Durchgangsöffnungen durchströmendes Fluid aufgrund der jeweiligen Ausrichtung der Durchgangsöffnungen zu einem gemeinsamen Punkt gelenkt wird, der sich insbesondere innerhalb des Dampfsiebes befindet. Mit anderen Worten ist die Ausrich ^¬ tung der Durchgangsöffnungen lokal verschieden gewählt, um den negativen Einfluss des Dampfsiebes auf die Rohrströmung zu reduzieren.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung verschiedener

Dampfsiebe gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung deutlich. Darin ist

Figur 1 eine perspektivische Draufsicht eines Dampfsiebs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 eine perspektivische Explosionsansicht des in Figur

1 hergestellten Dampfsiebs;

Figur 3 eine perspektivische Teilansicht des in Figur 1

dargestellten Dampfsiebs während der Montage;

Figur 4 eine weitere Teilansicht des in Figur 1 dargestell ^¬ ten Dampfsiebs im montierten Zustand; Figur 5 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 1 mit der Be ^¬ zugsziffer V gekennzeichneten Ausschnitts;

Figur 6 eine vergrößerte Schnittansicht eines Siebelementes des in Figur 1 dargestellten Dampfsiebes;

Figur 7 eine perspektivische Ansicht eines alternativen

Siebelementes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 8 eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII in

Figur 7;

Figur 9 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 8 mit der Be- zugsziffer IX gekennzeichneten Ausschnitts;

Figur 10 eine perspektivische Ansicht eines weiteren alter ^¬ nativen Siebelementes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 11 eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI in Figur 7 und

Figur 12 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 8 mit der Be- zugsziffer XII gekennzeichneten Ausschnitts.

Gleiche oder gleichartige Bauteile sind nachfolgend mit glei ^¬ chen Bezugsziffern bezeichnet. Die Figuren 1 bis 6 zeigen ein Dampfsieb 1 gemäß einer Aus ^¬ führungsform der vorliegenden Erfindung, das für die Verwendung in einem Schnellschlussventil einer Dampfturbine ausge ^¬ legt ist. Das Dampfsieb 1 dient dem Schutz des Schnell ^¬ schlussventils sowie stromabwärts des Ventils angeordneter Komponenten vor in der Strömung mitgetragenen Fremdkörpern.

Es umfasst als Hauptkomponenten zwei in einer Längsrichtung L im Abstand zueinander angeordnete Stützringe 2 und mehrere, vorliegend vier benachbart zueinander angeordnete, ringseg- mentförmige und eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 3 aufweisende Siebelemente 4, die jeweils an den Stützringen 2 lösbar befestigt sind und sich unter Bildung einer Mantelfläche zwischen diesen erstrecken.

Die Stützringe 2 sind identisch ausgebildet und vorliegend aus einer Metalllegierung hergestellt. Sie weisen an ihrer zu den Siebelementen 4 weisenden Fläche eine ringförmig umlaufende Nut 5 auf, in welche die Siebelemente 4 im Wesentlichen formschlüssig eingesteckt werden können. An den Seitenwänden der Nut 5 sind in vorbestimmten Abständen entlang des Umfangs in radialer Richtung jeweils einander gegenüber angeordnete, sich radial auswärts erstreckende Ausbuchtungen 6 ausgebil ^¬ det, die vorliegend die Form eines Ausschnitts einer Zylin- dermantelfläche aufweisen. Am Nutgrund sind im Bereich einan ^¬ der gegenüber liegender Ausbuchtungen 6 Durchgangsbohrungen 7 vorgesehen, die sich durch den Stützring 2 hindurch erstrecken. Ferner sind am Nutgrund vier umfänglich gleichmäßig voneinander beabstandete Durchgangsgewindebohrungen 8 ausge- bildet.

Auch die Siebelemente 4 weisen jeweils einen identischen Aufbau auf. Sie sind vorliegend aus einer Metalllegierung unter Einsatz eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt, wie beispielsweise Selektives Laserschmelzen (SLM) . Jedes Sieb ^¬ element 4 bildet dabei ein Ringsegment der insgesamt zylind ^¬ risch ausgebildeten Mantelfläche. Grundsätzlich ist allerdings auch eine konisch oder anders ausgebildete Mantelfläche denkbar. Im Falle einer konischen Mantelfläche müsste dann der Durchmesser des einen Stützrings 2 entsprechend kleiner als der Durchmesser des anderen Stützrings 2 gewählt sein. Im Bereich der zu den Stützringen 2 weisenden Seitenkanten sind an jedem Siebelement 4 Vorsprünge 9 korrespondierend zu den Ausbuchtungen 6 der Stützringe 2 vorgesehen, so dass die Vor- sprünge 9 bei der Montage des Dampfsiebs 1 in die Ausbuchtun ^¬ gen 6 eingeschoben werden können, wie es nachfolgend noch im Einzelnen beschrieben ist. Korrespondierend zu den Durchgangsbohrungen 7 der Stützringe 2 sind die zu den Stützringen 2 weisenden Seitenkanten der Siebelemente 4 ferner mit Gewindebohrungen 10 versehen. Die im zusammengesetzten Zustand des Dampfsieb 1 zueinander weisenden Seitenkanten unmittelbar benachbart zueinander angeordneter Siebelemente 4 definieren ineinandergreifende Überlappungsbereiche. Genauer gesagt ist vorliegend jeweils eine entsprechende Seitenkante eines Sieb ^¬ elementes 4 mit einem in Umfangsrichtung vorstehenden Vorsprung 11 und die gegenüberliegende Seitenkante mit einer korrespondierend zu dem Vorsprung 11 ausgebildeten Ausnehmung 12 versehen. Die Durchgangsöffnungen 3 der Siebelemente 4 weisen eine längliche Querschnittform mit insbesondere abge ^¬ rundeten Endbereichen auf, wobei die Endbereiche im montierten Zustand des Dampfsiebs 1 in Richtung der Stützringe 2 weisen. Die Durchgangsöffnungen 3 haben einen gerundeten Ein- trittsbereich 13, wobei der Radius der Rundung im Bereich zwischen 0,3 mm und 1,0 mm liegt. Ferner definieren die

Durchgangsöffnungen 3 einen sich radial einwärts aufweitenden Diffusorabschnitt 14. Die Ausrichtung der in einer regelmäßi ^¬ gen Matrix angeordneten Durchgangsöffnungen 3 ist in Abhän- gigkeit von ihrer Position bezogen auf die Längsrichtung L, also in Abhängigkeit von ihrer Höhe verschieden, wie es in Figur 6 dargestellt ist. Die Ausrichtung ist vorliegend der ^¬ art gewählt, dass ein die Durchgangsöffnungen 3 durchströmendes Fluid aufgrund der jeweiligen Ausrichtung der Durchgangs- Öffnungen 3 zu einem gemeinsamen Punkt 15 gelenkt wird, der insbesondere innerhalb des Dampfsiebs angeordnet ist, wie es durch die Pfeile 16 gedeutet ist.

Zur Montage des Dampfsiebs 1 werden die einzelnen Siebele- mente 4 nacheinander in einen der Stützringe 2 derart einge ^¬ steckt, dass die Vorsprünge 9 der Siebelemente 4 in den Aus ^¬ buchtungen 6 der Stützringe 2 aufgenommen und die Seitenkanten benachbart angeordneter Siebelemente 4 übereinander geschoben werden. Ferner werden die Siebelemente 4 unter Ver- wendung von Befestigungsschrauben 17, die durch die Durchgangsbohrungen 7 des Stützringes 2 eingeführt und in die Ge ^¬ windebohrungen 10 der jeweiligen Siebelemente 4 eingeschraubt werden, an dem Stützring 2 befestigt. In einem weiteren Schritt wird der zweite Stützring auf die Siebelemente 4 in entsprechender Weise aufgeschoben und befestigt.

Zur Demontage des Dampfsiebes 1 müssen die Befestigungs- schrauben 17 gelöst und die Siebelemente 4 von den Stützringen 2 getrennt werden. Sollten die Siebelemente 4 an den Stützringen 2 anhaften, so können in die Durchgangsgewindebohrungen 8 Ausdrückschrauben eingeschraubt werden, um diese voneinander zu trennen, was vorliegend jedoch nicht näher dargestellt ist.

Ein wesentlicher Vorteil des zuvor beschriebenen Dampfsiebs 1 besteht darin, dass es nur wenige Einzelteile umfasst und ei ^¬ nen entsprechend einfachen und preiswerten Aufbau aufweist. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass sich das Dampfsieb 1 einfach montieren und demontieren lässt, so dass sich einzelne Elemente 4 ohne großen Aufwand austauschen lassen, sollten diese verschlissen sein. Ein Austausch der Stützringe 2 und noch intakter Siebelemente 4 ist nicht erforderlich, wodurch Kosten eingespart werden können. Dank der Ausbildung der Durchgangsöffnungen 3 der Siebelemente 4, insbesondere dank der gerundeten Eintrittsbereiche, der Diffusorabschnitte und/oder der Ausrichtung sämtlicher Durchgangsöffnungen 3 auf einen gemeinsamen Punkt 15 werden negative Einflüsse des Dampfsiebs 1 auf die Strömung eines das Dampfsieb 1 durch ^¬ strömenden Fluids minimiert.

Die Figuren 7 bis 9 zeigen ein Siebelement 4 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich in Bezug auf die Ausbildung der Durchgangsöffnungen 3 von der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform unterscheidet. Die Durchgangsöffnungen 3 des in den Figuren 7 bis 9 dargestellten Siebelementes 4 sind wabenförmig ausgebildet und erstre ^¬ cken sich jeweils in einer radialen Richtung R. Auch sie um- fassen einen Eintrittsbereich 13 mit einer Rundung, die einen Radius im Bereich zwischen 0,3 mm und 1,0 mm aufweist, sowie einen Diffusorabschnitt 14 mit einem Diffusorwinkel , der insbesondere im Bereich zwischen 12 und 15 Grad liegt. Die Figuren 10 bis 12 zeigen ein Siebelement 4 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich in Bezug auf die Ausbildung der Durchgangsöffnungen 3 von der zuvor beschriebenen Ausführungsformen unterscheidet. Die

Durchgangsöffnungen 3 des in den Figuren 7 bis 9 dargestellten Siebelementes 4 haben eine längliche Querschnittsform mit insbesondere abgerundeten Endbereichen, wobei die Endbereiche vorliegend in Richtung der Stützringe 2 weisen. Die Durch- gangsöffnungen umfassen einen Eintrittsbereich 13 mit einer Rundung, die einen Radius im Bereich zwischen 0,3 mm und 1,0 mm aufweist, sowie einen Diffusorabschnitt 14 mit einem

Diffusorwinkel , der insbesondere im Bereich zwischen 12 und 15 Grad liegt. Sämtliche Durchgangsöffnungen 3 erstrecken sich dabei ausgehend von der Eintrittsöffnung in einer einheitlichen Abwärtsrichtung.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge ^¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die Anzahl und/oder die Anordnung der Siebelemente 4 und/oder der Durchgangsbohrungen 7 und/oder der Durchgangsgewindebohrungen 8 variiert werden.