CN104854353A - 涡轮机阀调整装置 - Google Patents

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Abstract

用于驱控介质驱动的负载、如蒸汽涡轮机或燃气涡轮机的至少一个阀单元的涡轮机阀调整装置(100)，包括调整件驱动装置(102)，该调整件驱动装置具有可动的调整件(104)、至少一个第一介质室(106)以及至少一个第二介质室(108)，其中在第一介质室(106)中的压力形成试图引起调整件(104)沿第一方向(R)运动，而在第二介质室(108)中的压力形成试图引起调整件(104)沿相反的第二方向(GR)运动，其中，第一介质室(106)借助于供应机构(110)可被供以可预定量的流体并且所述第二介质室(108)被蓄能器(112)加载，其特征在于，所述蓄能器是至少一个设有预载压力的液压蓄能器(112)，该液压蓄能器永久连接于第二介质室(108)。

Description

涡轮机阀调整装置
技术领域
本发明涉及一种用于驱控介质驱动的负载、如蒸汽涡轮机或燃气涡轮机的至少一个阀单元的涡轮机阀调整装置，该涡轮机阀调整装置包括调整件驱动装置，该调整件驱动装置具有可动的调整件、至少一个第一介质室以及至少一个第二介质室，其中，在第一介质室中的压力形成试图引起调整件沿第一方向运动，而在第二介质室中的压力形成试图引起调整件沿相反的第二方向运动，其中，第一介质室借助于供应机构可被供以可预定量的流体，并且所述第二介质室被蓄能器加载。
背景技术
这样的涡轮机阀调整装置在现有技术中例如由DE 10 2004 042891 B3已知。该涡轮机阀调整装置包括液压工作缸，其中，活塞杆单元被永久地用弹簧加载，优选通过一组碟形弹簧。该活塞杆单元通过流体回路的系统压力克服碟形弹簧的压力保持在缩回的位置。在系统压力下降的情况下，活塞杆单元从工作缸伸出并且操纵调整阀，该调整阀驱控介质流向负载并且在该情况下禁止用于驱动蒸汽涡轮机或燃气涡轮机的蒸汽质量流。
在具有机械弹簧的已知调整缸中，驱动装置必须根据单个蒸汽阀类型的个体要求设计和制造。涡轮机阀调整装置事后匹配于另一蒸汽阀是不可能的。这最后导致范围广泛的类型多样性，该类型多样性与用于研发、生产、储存以及销售的高成本相关联。
发明内容
从该现有技术出发，本发明的任务在于，给出一种改善的涡轮机阀调整装置，借助于该涡轮机阀调整装置事后匹配于其他蒸汽阀是可能的。
该任务通过一种具有权利要求1的特征的涡轮机阀调整装置解决。本发明有利的实施形式和进一步改进方案由从属权利要求得知。
按照本发明设定，所述蓄能器是至少一个设有预载压力的液压蓄能器，该液压蓄能器永久连接于第二介质室。
按照本发明的涡轮机阀调整装置的基础是使用至少一个液压蓄能器来驱控该涡轮机阀调整装置。利用按照本发明的解决方案可以将类型多样性减少到少量的基本类型。涡轮机阀调整装置因此可以连接到另外的多种多样的阀单元上。有利地将活塞蓄能器用作标准构件也有助于降低成本。液压蓄能器的突出之处在于其特性曲线的可调整性的可能。通过应用外部的、亦即设置在介质室之外的液压蓄能器，能实现同类件的应用并因此支持涡轮机阀调整装置的模块化和可匹配性。另一优点在于，为了安装和维护可以几乎没有作用力地操作调整件驱动装置。
有利地，调整件驱动装置构造成液压马达或液压工作缸。在一种优选的实施形式中，所述第一介质室在所述液压工作缸中形成活塞杆工作室，而所述第二介质室在缸壳体之内形成活塞工作室，所述活塞杆工作室和活塞工作室借助于作为调整件的活塞杆单元相互分隔。这样的工作缸作为直线缸以多样的实施形式可在市场上自由购买。在模块化的意义上，该工作缸可以用作标准构件。这有助于在制造时显著节省成本。有利地，工作缸装备有朝伸出方向的终端位置缓冲。
如果在第一介质室中流体压力下降，那么为了在失效-安全-运行中关闭阀单元，活塞杆单元基于液压蓄能器的流体压力相对于缸壳体缩回或伸出。因此，如果应该打开阀单元，那么必须维持在第一介质室中的流体压力。但是如果出于任意原因在第一介质室中流体压力下降，例如由于供应机构中的失灵或由于通过安全阀有目的的排出，那么这无论如何导致阀单元的关闭并因此导致禁止介质流向连接在阀单元下游的负载。
此外可以设有压力调整机构。在第二介质室中的流体压力能借助于所述压力调整机构在最小压力与最大压力之间如此调整，使得调整件在第一介质室无压力的情况下沿第二方向运动直至终端位置，其中，阻止超过允许的驱动力。压力调整机构因此在持续的运行中维持涡轮机阀调整装置的功能准备就绪。加载给调整件的压力在此有利地与连接在下游的阀单元相协调，以便当在第一介质室中发生压力下降时安全地关闭该阀单元。此外，通过压力调整机构提供对于阀单元的过载保护，因为通过排出流体可阻止第二介质室中的过压。
此外，借助于预载调整机构，在液压蓄能器的气体侧的预载压力可以是可调整的。通过调整预载压力可以产生不同的弹簧特性曲线或对于该弹簧特性曲线的压力水平。
定位机构、压力调整机构和/或预载调整机构优选从用于相应介质室的集中式或分布式控制器获得预定的位置额定值或位置实际值，从而调整件的不同的力-行程特性曲线是可实现的并且优选在涡轮机阀调整装置运行期间是可变的。这些预定在连续运行中从控制室也是可能的。借助于在现有技术中已知的安全机构仅仅可以通过碟形弹簧产生渐减的特性曲线，而现在借助于按照本发明的涡轮机阀调整装置可以产生递增的、线性的、恒定的(等压的)或者甚至回归的力-行程特性曲线。因此例如在等压的特性曲线的情况下，由作为蓄能器的液压蓄能器施加的压力关于调整件的移动位移可调整为接近恒定的，其中，有利地不同的压力水平可以是可选择的。
优选地，借助于优选集成和/或冗余的位移测量机构，调整件的位置是可检测的并且因此第二介质室中的额定压力是可确定的。位移测量在此能以特别简单的方式实现对涡轮机阀调整装置的监控。此外，用于压力和/或温度测量的传感器可以设置在第二介质室上。因此，在活塞杆单元运动期间通过评价传感器测量结果能实现持续监控关闭力，因为借助于压力、温度和导出的体积，液压蓄能器的所有状态变量都是可用的。
特别有利地，所述供应机构对于第一介质室在调整驱动的情况下包括具有摆动角调整的调压的轴向柱塞泵或者在开关驱动的情况下包括具有恒定输送体积的齿轮泵。供应机构与定位机构共同作用。如果供应机构具有轴向柱塞泵，那么在定位机构中设有连续阀。如果供应机构包括齿轮泵，那么定位机构具有开关阀。为了节能，齿轮泵可以在达到期望的压力之后关断并且仅仅在需要时重新接通(蓄能器加载线路)。
供应机构还可以具有另一液压蓄能器作为蓄能器加载线路的一部分。在所述另一液压蓄能器中存储的体积相应于调整件驱动装置的至少一个备用行程。该另一液压蓄能器能实现供应机构的特别节能的运行，因为驱动泵的电动机可以特别是在位置停止时暂时关断。
液压蓄能器优选构造成活塞蓄能器。活塞蓄能器的突出之处在于高度气密性。更优选地应用具有焊接的盖的活塞蓄能器。在连续运行中可以非常简单地监控活塞蓄能器，因为在气体侧的压力等于在流体侧的压力。计算基于对于真实气体的定律进行。为了检测气体状态参量：压力(p)、体积(V)以及温度(T)，可以应用用于测量在缸行程上的油压亦即压力梯度的已经提及的位移测量机构以及连接到第二介质室上的另外的传感器。
特别有利地可以并联多个液压蓄能器，以便一方面通过冗余提高防故障安全性而另一方面提高容量。
流体排出管路可以连接到第一介质室上，该流体排出管路通过借助于安全阀的安全控制是可主动截止的并且能实现流体朝向储罐的导出。因此，在第一介质室中的流体压力是能通过安全控制器，优选借助于可更换的控制阀装置和安全阀，受控地卸载的。在截止位置中，禁止流体从第一介质室通过流体排出管路流出，从而首先总的来说能实现在第一介质室中的压力形成。第一介质室的卸载根据静态流原理实现。安全控制可以通过按n/m逻辑形式的控制阀装置是可触发的，优选通过按1/2逻辑或按2/3逻辑形式的控制阀装置。在按1/2逻辑的情况下必须无流地开关两个逻辑单元中的至少一个逻辑单元，以便打开安全阀。在2/3逻辑的情况下必须无流地开关至少两个逻辑单元，以便打开安全阀。安全阀装置有利地是可更换的，以便可以给涡轮机阀调整装置选择性地装备1/2逻辑或2/3逻辑的控制阀装置并且也还可以随后将其相互更换。安全阀装置适宜地能实现部分行程测试。具有部分行程测试的2/3逻辑的实施形式在已经提及的DE 10 2004 042891 B3中描述。
此外可以使用极限开关、优选无接触的极限开关用于监控在缸壳体中的活塞杆单元。
附图说明
以下根据在附图中示出的实施例进一步阐明本发明。附图示出：
图1至3示出了对于涡轮机阀调整装置的三个按照本发明的实施形式的线路图；
图4和5示出了按照本发明第三实施形式的涡轮机阀调整装置的两个透视图，这两个透视图相对彼此转动了180°；
图6示出了按照本发明的涡轮机阀调整装置的控制器的方框图；以及
图7示出了调整件的可能的可产生的力-行程特性曲线的对照。
具体实施方式
在图1至3中示出了按照本发明的用于驱动介质驱动的负载、如蒸汽涡轮机或燃气涡轮机的至少一个未详细示出的阀单元的涡轮机阀调整装置100、200、300的三个实施形式，该涡轮机阀调整装置具有调整件驱动装置102、202、302，该调整件驱动装置具有可动的调整件104、204、304、第一介质室106、206、306以及第二介质室108、208、308。在第一介质室106、206、306中的压力形成试图引起调整件104、204、304沿第一方向R运动，而在第二介质室108、208、308中的压力形成试图引起调整件104、204、304沿相反的第二方向GR运动。第一介质室106、206、306借助于供应机构110、210、310可被供以可预定量的流体。第二介质室108、208、308被蓄能器112、212、312加载。按照本发明，蓄能器是设有预载压力的液压蓄能器112、212、312，该液压蓄能器永久连接于第二介质室108、208、308。
调整件驱动装置102、202、302通过液压工作缸114、214、314形成。第一介质室106、206、306在液压工作缸114、214、314中形成活塞杆工作室，而所述第二介质室108、208、308在缸壳体116、216、316内形成活塞工作室，所述活塞杆工作室和活塞工作室借助于作为调整件104、204、304的活塞杆单元相互分隔。液压工作缸114、214、314如此构造，使得活塞杆单元104、204、304的伸出引起连接在下游的阀单元关闭，从而中断蒸汽质量流到介质驱动的负载。因此，如果在第一介质室106、206、306中流体压力下降，那么为了在失效-安全-运行中关闭阀单元，活塞杆单元104、204、304基于液压蓄能器112、212、312的预载压力相对于缸壳体116、216、316伸出。
第一介质室106、206、306可借助于供应单元110、210、310被供应，该供应单元与定位机构117、217、317配合作用。按照图1和3，借助于电动机118、218、318可驱动具有摆动角调整的轴向柱塞泵120、320。轴向柱塞泵120、320从储罐T抽吸流体。为了安全，储罐T具有温度传感器122、222、322以及液位传感器124、224、324。流体在通向连续阀128、328的路径上被挤压通过过滤器126、226、326。
借助于定位机构117、217、317的连续阀128、328可以给第一介质室106、206、306供以流体，该连续阀设计为三位四通换向阀、但是作为三位三通换向阀运行。但是也可以保持第一介质室106、206、306中的压力。在交叉位置中，连续阀128、328能实现第一介质室106、206、306朝向储罐T通过流体管路129、229、329卸载。在过滤器126、226、326与连续阀128、328之间连接有另一液压蓄能器130、230、330作为中间蓄能器。在通向所述另一液压蓄能器130、230、330的管路132、232、332中的流体压力可借助于压力传感器134、234、334监控。
此外，在该管路132、232、332上连接有压力调整机构136、236、336，借助于该压力调整机构可以调整第二介质室108、208、308中的流体压力。压力调整机构136、236、336具有用于对第二介质室108、208、308卸载的通向储罐T的流体管路137、237、337。借助于压力调整机构136、236、336可将第二介质室108、208、308中的流体压力如此调整到最小压力，使得调整件104、204、304在第一介质室106、206、306无压力的情况下沿第二方向GR运动直至终端位置。该最小压力至少相应于在调整件104、204、304伸出的情况下调整件驱动装置102、202、302的最小调整力。当调整件104、204、304缩回时，在工作缸114、214、314的第二介质室108、208、308中的压力提高。然而，第二介质室108、208、308中的最大压力被压力调整机构136、236、336限制。
此外设有由第一介质室106、206、306朝向储罐T的流体排出管路138、238、338。该流体排出管路138、238、338通过安全控制器140、240、340借助于按n/m逻辑形式的控制阀装置141、241、341和安全阀142、242、342可主动截止。通过安全控制器140、240、340确保：仅仅当安全阀142、242、342主动截止时，才打开连接在下游的阀单元，因为仅仅那样可以在第一介质室106、206、306中实现压力形成。
在其中一个液压蓄能器112、212、312的气体侧144、244、344的预载压力通过预载调整机构146、246、346调整。
定位机构127、227、327、压力调整机构136、236、336以及有可能预载调整机构146、246、346从用于相应介质室106、108；206、208；306、308的(集中式或分布式)控制器148、248、348获得预定的位置额定值XSoll(图6)或者位置实际值(XIst)，从而调整件104、204、304的不同的力-行程特性曲线是可实现的，以下还将进一步描述所述力-行程特性曲线。
为了监控涡轮机阀调整装置100、200、300而设有多种传感器。活塞杆单元104、204、304的位置借助于位移测量机构150、250、350是可检测的。位移测量机构150、250、350在工作缸114、214、314的背侧154、254、354具有传感器152、252、352，该传感器通过与活塞杆单元104、204、304耦联的棒156、256、356检测活塞杆单元104、204、304的位置。此外，在第二介质室108、208、308上连接有压力传感器158、258、358和温度传感器160、260、360。此外，设有无接触的极限开关162、164；262、264；362、364用于监控活塞杆单元104、204、304在工作缸114、214、314中的位置。所有传感器与集中式或分布式控制器148、248、348耦联。
为了冷却涡轮机阀调整装置100、200、300和循环的流体而设有冷却装置166、266、366。工作缸114、214、314和流体通过自给自足的自身封闭的冷却回路调温。水-乙二醇用作运行介质。液压工作缸114、214、314的缸底部168、268、368设有冷却通道。储罐T具有冷却蛇形管。通过这种方式在入口位置处减少从阀单元到流体中的外部热输入。与环境空气的热交换借助于冷却空气通风机369实现(图4)。
电气构件的耦联通过接线板170、270、370实现。
图2的实施形式与图1的实施形式的区别仅仅在于，供应机构210具有包括恒定输送体积的齿轮泵220代替轴向柱塞泵120。定位机构217包括换向开关阀228代替连续阀128。
在图3中示出了特别是用于旁通阀的涡轮机阀调整装置300的一种实施形式。该实施形式基于图1的实施形式并且具有工作缸314，其中活塞杆单元304在第二介质室308中具有延续部372，该延续部延伸穿过工作缸314的缸底部368。通过这种方式减小了活塞杆单元304在第二介质室308中可被施加流体的表面374。
图4和5示出了涡轮机阀调整装置300的结构的透视图，这两个透视图相对彼此转动了180°。工作缸314在此借助于法兰板376固定在阀单元上。调整件驱动装置的构件紧凑地设置在狭窄的结构空间边界380之内，其中液压蓄能器312和另外的液压蓄能器330作为冗余的活塞蓄能器构造成具有焊接的盖。此外，人们可以看到用于驱动轴向柱塞泵320的电动机318。在侧面设有具有冷却空气通风机369的冷却装置366。安全控制器340位于在冷却装置366之下。连续阀328设置在安全控制器340旁边的控制箱上。用于流体的具有监控触点384的流体收集盆382设置在涡轮机阀调整装置300之下。
在图6中示出了驱控涡轮机阀调整装置100的构件的示例性的方框图。由集中式或分布式控制器148预定位置额定值XSoll，将该位置额定值与用于工作缸114的活塞杆单元104的位移测量机构150的位置传感器152进行比较。借助于该比较的结果驱控定位机构117的连续阀128的位置调整器186。通过连续阀128，工作缸114的第一介质室106或者与轴向柱塞泵120连接或者能实现流体朝向储罐T通过流体管路129的导出或者在第一介质室106中存在的压力保持恒定。此外，位置额定值XSoll或位置实际值XIst可以转换为预定的压力额定值pSoll，该预定的压力额定值随后用于控制压力调整机构136的比例压力阀188，在第二介质室108中的流体压力是可通过该压力调整机构调整的。压力调整机构136同样与轴向柱塞泵120或储罐T连接并且能实现有目的地提高或降低第二介质室108中的压力。此外，设有预载调整机构146，该预载调整机构同样可以被供以压力预定pSoll并且调整在液压蓄能器112的气体侧144的预载压力。
在图7中示出：通过组合地应用定位机构117、217、317、压力调整机构136、236、336以及预载调整机构146、246、346可以实现调整件的不同的力-行程特性曲线1-5。类似于碟形弹簧地可以如此调整涡轮机阀调整装置100、200、300，使得该涡轮机阀调整装置具有递减的特性曲线1。此外可以调整线性的特性曲线2、递增的特征曲线3、在不同水平上的恒定的(等压的)特性曲线4、4’或者回归的特征曲线5。因此，涡轮机阀调整装置可以优化地匹配于需要的力曲线，如例如在不同运行状态下必须调整该力曲线。因此也可以实现适应性的力限制。因为所述特性可简单地通过预定的额定值来改变，所以可以在连续运行期间从控制室进行调整。
按照本发明的涡轮机阀调整装置100、200、300具有多个优点，特别是通过液压蓄能器112、212、312形式的外部液力气动弹簧实现的高度模块性和匹配能力。此外通过模块式结构类型可以更换或随后改变构件或整个子系统，例如供应机构110、210、310或冷却装置166、266、366。产生小的驱动变型多样性并且可以应用多种同类件。通过冗余、例如液压蓄能器112、130；212、230；312、330的冗余可以提高可用性。此外，涡轮机阀调整装置100、200、300的突出之处在于，所述涡轮机阀调整装置通过力水平匹配而具有高度灵活性，所述力水平匹配也在运行中从控制室是可调整的。通过这种方式可以在连续运行中调整不同的力-行程特性曲线。采用的活塞蓄能器类型涉及具有针对疲劳强度的设计的成熟的系列构件。通过气体侧焊接的盖和低摩擦的密封系统能实现液压蓄能器112、130；212、230；312、330的高度运行安全性。液力气动弹簧和活塞蓄能器的冗余应用确保在制造和连续运行时成本低的同时涡轮机阀调整装置的高度可靠性。
总而言之，按照本发明的涡轮机阀调整装置100、200、300因此相对于由现有技术已知的涡轮机阀调整装置即机械弹簧具有明显的优点。

Claims (12)

1.用于驱控介质驱动的负载、如蒸汽涡轮机或燃气涡轮机的至少一个阀单元的涡轮机阀调整装置，包括调整件驱动装置(102、202、302)，该调整件驱动装置具有可动的调整件(104、204、304)、至少一个第一介质室(106、206、306)以及至少一个第二介质室(108、208、308)，其中，在第一介质室(106、206、306)中的压力形成试图引起所述调整件(104、204、304)沿第一方向(R)运动，而在第二介质室(108、208、308)中的压力形成试图引起所述调整件(104、204、304)沿相反的第二方向(GR)运动，其中，第一介质室(106、206、306)借助于供应机构(110、210、310)可被供以可预定量的流体，并且所述第二介质室(108、208、308)被蓄能器(112、212、312)加载，其特征在于，所述蓄能器是至少一个设有预载压力的液压蓄能器(112、212、312)，该液压蓄能器永久连接于第二介质室(108、208、308)。
2.根据权利要求1所述的涡轮机阀调整装置，其特征在于，所述调整件驱动装置(102、202、302)通过液压马达或液压工作缸(114、214、314)形成。
3.根据权利要求2所述的涡轮机阀调整装置，其特征在于，所述第一介质室(106、206、306)在所述液压工作缸(114、214、314)中形成活塞杆工作室，而所述第二介质室(108、208、308)在缸壳体(116、216、316)内形成活塞工作室，所述活塞杆工作室和活塞工作室借助于作为调整件(104、204、304)的活塞杆单元相互分隔。
4.根据权利要求3所述的涡轮机阀调整装置，其特征在于，如果在第一介质室(106、206、306)中流体压力下降，那么为了在失效-安全-运行中关闭阀单元，活塞杆单元(104、204、304)基于液压蓄能器(112、212、312)的流体压力相对于缸壳体(116、216、316)缩回或伸出。
5.根据上述权利要求之一所述的涡轮机阀调整装置，其特征在于，在第二介质室(108、208、308)中的液压压力能借助于压力调整机构(136、236、336)在最小压力与最大压力之间调整，使得调整件(104、204、304)在第一介质室(106、206、306)无压力的情况下沿第二方向(GR)运动直至终端位置，其中，阻止超过允许的驱动力。
6.根据上述权利要求之一所述的涡轮机阀调整装置，其特征在于，借助于预载调整机构(146、246、346)，在液压蓄能器(112、212、312)的气体侧(144、244、344)的预载压力是可调整的。
7.根据上述权利要求之一所述的涡轮机阀调整装置，其特征在于，定位机构(117、217、317)、压力调整机构(136、236、336)和/或预载调整机构(146、246、346)从用于相应介质室(106、108；206、208；306、308)的集中式或分布式控制器(148、248、348)获得预定的位置额定值(XSoll)或位置实际值(XIst)，从而调整件(104、204、304)的不同的力-行程特性曲线(1-5)是可实现的并且优选在涡轮机阀调整装置运行期间是可变的。
8.根据权利要求7所述的涡轮机阀调整装置，其特征在于，由作为蓄能器的液压蓄能器(112、212、312)施加的压力关于调整件(104、204、304)的移动位移可调整为大约恒定的(4、4’)(等压)。
9.根据上述权利要求之一所述的涡轮机阀调整装置，其特征在于，调整件(104、204、304)的位置借助于位移测量机构(150、250、350)是可检测的并且因此第二介质室(108、208、308)中的额定压力是可确定的。
10.根据上述权利要求之一所述的涡轮机阀调整装置，其特征在于，所述供应机构(110、210、310)对于第一介质室(106、206、306)在蓄能器加载线路中包括具有摆动角调整的轴向柱塞泵(120、320)或者具有恒定输送量的齿轮泵(220)，并且所述定位机构(117、217、317)具有连续阀(128、328)或开关阀(228)。
11.根据上述权利要求之一所述的涡轮机阀调整装置，其特征在于，在第一介质室(106、206、306)中的流体压力是能通过安全控制器(140、240、340)、优选借助于可更换的控制阀装置(141、241、341)和安全阀(142、242、342)、受控地卸压的。
12.根据权利要求11所述的涡轮机阀调整装置，其特征在于，所述控制阀装置(141、241、341)按n/m逻辑、优选按1/2逻辑或按2/3逻辑构造并且进一步优选地能实现部分行程测试。
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