CH659305A5

CH659305A5 - ELECTROHYDRAULIC ACTUATOR ON A TURBINE VALVE.

Info

Publication number: CH659305A5
Application number: CH291782A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Kindermann
Original assignee: Kraftwerk Union Ag
Priority date: 1981-07-23
Filing date: 1982-05-11
Publication date: 1987-01-15
Also published as: DE3129140C2; DE3129140A1

Description

io Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrohydraulischen Stellantrieb an einem Turbinenventil gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Stellantrieb eignet sich insbesondere für Regel-, Schnellschluss- und Umleitventile von Dampfturbinen. The invention relates to an electro-hydraulic actuator on a turbine valve according to the preamble of claim 1. Such an actuator is particularly suitable for control, quick-closing and diverter valves of steam turbines.

15 Ein derartiger elektrohydraulischer Stellantrieb für Turbi-nenventile ist bereits aus der europäischen Patentanmeldung 81 103 523.7 bekannt. Beim Einsatz solcher elektrohydraulischer Stellantriebe für die Betätigung von Turbinenventilen müssen einerseits äusserst hohe Stellkräfte bei geringen Stell-20 zeiten aufgebracht werden, während andererseits schon die Unterbringung der Turbinenventile selbst unter beengten Platzverhältnissen Schwierigkeiten bereitet und von dem Stellantrieb daher möglichst geringe Baugrössen und möglichst geringe Baugewichte gefordert werden. Um diese For-25 derungen gleichzeitig realisieren zu können, ist bei dem bekannten elektrohydraulischen Stellantrieb die Verwendung von mindestens einem hydraulischen Druckspeicher und einer Kraftspeicherfeder vorgesehen. Die Stellbewegungen des Turbinenventils ergeben sich dann durch das 30 Zusammenwirken von zwei Speichern, wobei die Kraftspeicherfeder als der erste Speicher in Schliessrichtung wirkt und wobei der hydraulische Druckspeicher als der zweite Speicher über den hydraulischen Stellzylinder in Öffnungsrichtung wirkt. Der Elektromotor und die Hydropumpe 3s können dann so klein bemessen werden, dass der Förder-strom der Hydropumpe nur noch zur Deckung von Leckverlusten und zum langsamen Auffüllen des Druckspeichers ausgelegt sein muss. Dadurch ergibt sich eine äusserst kompakte Bauweise des am Ventilgehäuse angeordneten kom-40 pakten Antriebsblockes. 15 Such an electro-hydraulic actuator for turbine valves is already known from European patent application 81 103 523.7. When using such electrohydraulic actuators for the actuation of turbine valves, extremely high actuating forces have to be applied on the one hand with short actuation times, while on the other hand the accommodation of the turbine valves is difficult even in confined spaces and therefore requires the actuator to be as small as possible in size and as light as possible will. In order to be able to implement these requirements simultaneously, the use of at least one hydraulic pressure accumulator and an energy storage spring is provided in the known electrohydraulic actuator. The actuating movements of the turbine valve then result from the interaction of two accumulators, the energy storage spring acting as the first accumulator in the closing direction and the hydraulic pressure accumulator acting as the second accumulator in the opening direction via the hydraulic actuating cylinder. The electric motor and the hydraulic pump 3s can then be dimensioned so small that the delivery flow of the hydraulic pump only has to be designed to cover leakage losses and to slowly fill up the pressure accumulator. This results in an extremely compact design of the compact drive block arranged on the valve housing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten elektrohydraulischen Stellantrieb so zu verbessern, dass der am Ventilgehäuse angeordnete Antriebsblock noch kompakter ausgebildet werden kann. The invention has for its object to improve the known electrohydraulic actuator so that the drive block arranged on the valve housing can be made even more compact.

45 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. 45 This object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of patent claim 1.

Die Baugrösse des gesamten Antriebsblockes kann also dadurch noch weiter verringert werden, dass der hydrau-50 lische Stellzylinder auf dem Vorratsbehälter angeordnet wird und die Betätigungsstange und die Kraftspeicherfeder im Innern des Vorratsbehälters untergebracht werden. Die durch Stellkräfte verursachten Reaktionskräfte können dabei direkt über den Mantel des Vorratsbehälters auf das ss Ventilgehäuse übertragen werden, wobei der tragende Mantel durch seine rohrförmige Ausgestaltung für hohe Belastungen geeignet ist und in allen Richtungen das gleiche Widerstandsmoment aufweist. Durch die Unterbringung der Kraftspeicherfeder im Innern des Vorratsbehälters kann ins-60 besondere der Platzbedarf der Kraftspeicherfeder praktisch auf das Volumen der verdrängten Hydraulikflüssigkeit reduziert werden. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Anordnung ist, dass bei Verwendung einer aus Tellerfedern bestehenden Federsäule als Kraftspeicherfeder durch die Hydrau-65 likflüssigkeit eine Schmierung und eine Verringerung der Reibung bewirkt wird. The size of the entire drive block can thus be reduced even further by arranging the hydraulic actuating cylinder on the storage container and accommodating the actuating rod and the energy storage spring in the interior of the storage container. The reaction forces caused by actuating forces can be transmitted directly to the SS valve housing via the jacket of the storage container, the supporting jacket being suitable for high loads due to its tubular design and having the same section modulus in all directions. By accommodating the energy storage spring in the interior of the storage container, in particular the space requirement of the energy storage spring can practically be reduced to the volume of the hydraulic fluid displaced. Another advantage of such an arrangement is that when a spring column consisting of plate springs is used as the energy storage spring, the hydraulic fluid causes lubrication and a reduction in friction.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 angegeben. Further advantageous embodiments of the invention are specified in claims 2 to 12.

3 3rd

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen The structure and mode of operation of an exemplary embodiment of the invention are explained in more detail with reference to a schematic drawing. Show

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen auf einem Turbinen- 5 ventil angeordneten elektrohydraulischen Stellantrieb und Fig. 1 shows a longitudinal section through an electrohydraulic actuator arranged on a turbine valve and

Fig. 2 einen Schnitt gemäss der Linie II-II der Fig. 1. 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1st

Der als kompakter Antriebsblock ausgebildete elektrohy-draulische Stellantrieb ist mit einer Grundplatte 1 über eine io Ventillaterne 2 am Ventildeckel 3 eines Turbinenventils 4 befestigt. Als zentrale Tragkonstruktion des gesamten Antriebsblocks dient der rohrförmige Mantel 5 eines insgesamt mit 6 bezeichneten Vorratsbehälters für die Hydraulikflüssigkeit, wobei der rohrförmige Mantel 5 mit seiner einen 15 Stirnfläche starr mit der Grundplatte 1 und mit seiner anderen Stirnfläche starr mit einem hydraulischen Stellzylinder 7 verbunden ist. Konzentrisch zu dem rohrförmigen Mantel 5 ist innerhalb des Vorratsbehälters 6 eine Betätigungsstange 8 angeordnet, welche den Stellkolben 9 des 20 hydraulischen Stellzylinders 7 mit einer Ventilspindel 10 verbindet, die an ihrem Ende den Ventilkegel 11 des Turbinenventils 4 trägt. Der Raum innerhalb des Vorratsbehälters 6 wird auch für die Unterbringung einer Kraftspeicherfeder 12 ausgenutzt. Diese Kraftspeicherfeder 12 ist auf der Betäti- 25 gungsstange 8 zwischen einem auf der Betätigungsstange 8 befestigten Teller 13 und dem hydraulischen Stellzylinder 7 derart angeordnet, dass sie bei einer Öffnung des Turbinenventils 4 durch einen entsprechenden Hub des Stellkolbens 9 gespannt wird und nach einer Entlastung des Stellkolbens 9 30 das Turbinenventil 4 rasch zu schliessen vermag. The electro-hydraulic actuator designed as a compact drive block is fastened to a base plate 1 via an OK valve lantern 2 on the valve cover 3 of a turbine valve 4. The central supporting structure of the entire drive block is the tubular jacket 5 of a reservoir for the hydraulic fluid, designated 6 overall, the tubular jacket 5 being rigidly connected to the base plate 1 with its one end face and rigidly connected to a hydraulic actuating cylinder 7 with its other end face. An actuating rod 8 is arranged concentrically to the tubular jacket 5 within the reservoir 6, which connects the actuating piston 9 of the hydraulic actuating cylinder 7 to a valve spindle 10, which carries the valve cone 11 of the turbine valve 4 at its end. The space within the storage container 6 is also used for the accommodation of an energy storage spring 12. This energy storage spring 12 is arranged on the actuating rod 8 between a plate 13 fastened on the actuating rod 8 and the hydraulic actuating cylinder 7 in such a way that it is tensioned when the turbine valve 4 is opened by a corresponding stroke of the actuating piston 9 and after a relief of the Adjusting piston 9 30 is able to quickly close the turbine valve 4.

Der Vorratsbehälter 6 besteht aus der Grundplatte 1 und dem einstückig damit verbundenen rohrförmigen Mantel 5, wobei das der Grundplatte 1 gegenüberliegende offene Ende durch den aufgesetzten hydraulischen Stellzylinder 7 flüssig- 35 keitsdicht verschlossen ist und wobei die Betätigungsstange 8 flüsigkeitsdicht durch die Grundplatte 1 hindurchgeführt ist. Aus diesem Vorratsbehälter 6 fördert eine von einem Elektromotor 14 angetriebene Hydropumpe 15 die Hydraulikflüssigkeit in den Stellkreis. Die Hydropumpe 15 fördert die 4« Hydraulikflüssigkeit dabei aber nicht unmittelbar in den Stellkreis, sondern mittelbar über einen hydraulischen Druckspeicher 16, wobei der Förderstrom der Hydropumpe 15 nur zur Deckung von Leckverlusten und zum langsamen Auffüllen des hydraulischen Druckspeichers 16 ausgelegt ist. 45 Der als Gasspeicher ausgebildete hydraulische Druckspeicher 16 ist dabei neben dem Vorratsbehälter 6 angeordnet und an einem radial überstehenden Bereich der Grundplatte The reservoir 6 consists of the base plate 1 and the tubular jacket 5 connected in one piece, the open end opposite the base plate 1 being liquid-tightly closed by the hydraulic actuating cylinder 7 and the actuating rod 8 being passed liquid-tight through the base plate 1. From this reservoir 6, a hydraulic pump 15 driven by an electric motor 14 conveys the hydraulic fluid into the control circuit. The hydraulic pump 15 does not deliver the hydraulic fluid directly into the control circuit, but indirectly via a hydraulic pressure accumulator 16, the flow rate of the hydraulic pump 15 being designed only to cover leakage losses and to slowly fill up the hydraulic pressure accumulator 16. 45 The hydraulic pressure accumulator 16 designed as a gas accumulator is arranged next to the storage container 6 and on a radially projecting area of the base plate

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1 befestigt. Die Befestigung des Elektromotors 14 und der Hydropumpe 15 erfolgt auf den gegenüberliegenden Flächen einer Konsole 17, welche ihrerseits an dem rohrförmigen Mantel 5 des Vorratsbehälters 6 befestigt ist. 1 attached. The electric motor 14 and the hydraulic pump 15 are attached to the opposite surfaces of a bracket 17, which in turn is attached to the tubular jacket 5 of the storage container 6.

Der rohrförmige Mantel 5 des Vorratsbehälters 6 hat ausser der Aufgabe als zentrale Tragkonstruktion des gesamten Antriebsblockes zusätzlich auch noch die Aufgabe, einzelne Bauteile des elektrohydraulischen Stellantriebes hydraulisch miteinander zu verbinden, so dass Verbindungsleitungen ganz oder zumindest weitgehend entfallen können. Diese hydraulische Verbindung erfolgt durch in den rohrförmigen Mantel 5 eingebrachte Kanäle, wobei in der Zeichnung lediglich ein in den Vorratsbehälter 6 einmündender Kanal 18 angedeutet ist. Die druckseitige Anschlussleitung 19 der Hydropumpe 15 und der hydraulische Druckspeicher 16 sind mit anderen in der Zeichnung nicht näher dargestellten Kanälen verbunden, die in den rohrförmigen Mantel 5 eingebracht sind und im wesentlichen in axialer Richtung verlaufen. Weitere Verbindungskanäle sind in das Zylindergehäuse des hydraulischen Stellzylinders 7 eingebracht und stellen beispielsweise die hydraulische Verbindung zu einem ersten Modul 20 und einem zweiten Modul 21 des im übrigen nicht näher dargestellten elektro-hydraulischen Umformers dar. Die in der Zeichnung angedeuteten weiteren Verbindungskanäle 22 und 23 verbinden dabei den ersten Modul 20 mit einem nicht näher dargestellten Kanal des rohrförmigen Mantels 5 bzw. mit dem unterhalb des Stellkolbens 9 liegenden Raum des hydraulischen Stellzylinders 7. The tubular jacket 5 of the storage container 6 has, in addition to the task as the central supporting structure of the entire drive block, also the task of hydraulically connecting individual components of the electrohydraulic actuator so that connecting lines can be completely or at least largely eliminated. This hydraulic connection takes place through channels introduced into the tubular jacket 5, only one channel 18 opening into the reservoir 6 being indicated in the drawing. The pressure-side connection line 19 of the hydraulic pump 15 and the hydraulic pressure accumulator 16 are connected to other channels, not shown in the drawing, which are introduced into the tubular jacket 5 and run essentially in the axial direction. Further connection channels are introduced into the cylinder housing of the hydraulic actuating cylinder 7 and represent, for example, the hydraulic connection to a first module 20 and a second module 21 of the electro-hydraulic converter, which is not shown in any more detail. The further connection channels 22 and 23 indicated in the drawing connect the first module 20 with a channel (not shown in detail) of the tubular jacket 5 or with the space of the hydraulic actuating cylinder 7 below the actuating piston 9.

Für den Abtransport der in dem elektrohydraulischen Stellantrieb erzeugten Verlustwärme ist ein durch seinen Lüfterflügel angedeutetes Gebläse 24 vorgesehen, über welches der Raum zwischen dem hydraulischen Stellzylinder 7 und einer äusseren Verkleidung 25 mit Kühlluft beaufschlagt wird. Die den hydraulischen Stellzylinder 7 konzentrisch umschlies-sende Verkleidung 25 schliesst dabei in axialer Richtung derart an Kühlrippen 26 des rohrförmigen Mantels 5 an, dass die Kühlluft in die zwischen den einzelnen Kühlrippen 26 liegenden Bereiche eintreten kann. Die Anordnung der einzelnen Kühlrippen 26 am äusseren Umfang des rohrförmigen Mantels 5 ist insbesondere in dem Schnittbild nach Fig. 2 zu erkennen. Die Kühlrippen 26 springen in radialer Richtung vor und erstrecken sich in axialer Richtung über die gesamte Länge des rohrförmigen Mantels 5. In Umfangs-richtung des rohrförmigen Mantels 5 gesehen sind die Kühlrippen 25 gleichmässig verteilt angeordnet, wobei lediglich die von dem Elektromotor 14, dem hydraulischen Druckspeicher 16 und der Konsole 17 eingenommenen Bereiche ausgespart sind. For the removal of the heat loss generated in the electrohydraulic actuator, a fan 24 indicated by its fan blade is provided, via which the space between the hydraulic actuating cylinder 7 and an outer casing 25 is acted upon by cooling air. The cladding 25 concentrically enclosing the hydraulic actuating cylinder 7 connects in the axial direction to cooling fins 26 of the tubular jacket 5 in such a way that the cooling air can enter the areas between the individual cooling fins 26. The arrangement of the individual cooling fins 26 on the outer circumference of the tubular jacket 5 can be seen in particular in the sectional view according to FIG. 2. The cooling fins 26 protrude in the radial direction and extend in the axial direction over the entire length of the tubular jacket 5. Seen in the circumferential direction of the tubular jacket 5, the cooling fins 25 are evenly distributed, only those of the electric motor 14, the hydraulic one Pressure accumulator 16 and the console 17 occupied areas are omitted.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Electro-hydraulic actuator on a turbine valve (4), consisting of an electro-hydraulic converter, a hydraulic actuator (7), a force storage spring (12) acting in the closing direction of the turbine valve (4) and an electric motor (14) for driving a hydraulic pump (15), which is connected on the pressure side to at least one hydraulic pressure accumulator (16) and conveys the hydraulic fluid from a reservoir (6) into the actuating circuit, the components mentioned being integrated into a compact drive block arranged on the valve housing, characterized by the following features:

a) the hydraulic actuating cylinder (7) is supported on the valve housing via the reservoir (6), the actuating rod (8) of the hydraulic actuating cylinder (7) passing through the reservoir (6),

b) the jacket (5) of the storage container (6) consists of a supporting tube arranged concentrically to the actuating rod (8),

c) the energy storage spring (12) is arranged in the interior of the storage container (6).

2. Electro-hydraulic actuator according to claim 1, characterized in that the jacket (5) of the storage container (6) on its end facing away from the turbine valve (4) is directly connected to the hydraulic actuating cylinder (7).

3. Electro-hydraulic actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the jacket (5) of the storage container (6) on its end facing the turbine valve (4) is connected to a base plate (1).

4. Electro-hydraulic actuator according to claim 3, characterized in that the hydraulic pressure accumulator (16) is attached to a radially projecting area of the base plate (1).

5. Electro-hydraulic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor (14) and the hydraulic pump (15) are arranged on a bracket (17) attached to the jacket (5) of the storage container (6).

6. Electro-hydraulic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic connection of individual components takes place at least partially through channels (18) introduced into the jacket (5) of the storage container (6).

7. Electro-hydraulic actuator according to claim 6, characterized in that in the hydraulic actuating cylinder (7) further connection channels (22, 23) are introduced.

8. Electro-hydraulic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that cooling fins (26) are arranged on the outer circumference of the casing (5) of the storage container (6).

9. Electro-hydraulic actuator according to claim 8, characterized in that the cooling fins (26) project in the radial direction and extend in the axial direction of the jacket (5).

10. Electro-hydraulic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic actuating cylinder (7) is enclosed by a panel (25) and in that the space between the hydraulic actuating cylinder (7) and the panel (25) via a fan (24 ) can be supplied with cooling air.

11. Electro-hydraulic actuator according to claim 9 and 10, characterized in that the covering (25) in the axial direction connects to the cooling fins (26),

that the cooling air enters the areas between the cooling fins (26).

12. Electro-hydraulic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the s drive block is attached to the turbine valve (4) via a valve lantern (2).