CN1102233A - 用于调节阀的操纵装置 - Google Patents

Abstract

用于调节阀(2)的这种操纵装置(1)有一个调节 回路，它根据主设备控制系统所规定的额定值来调定 操纵装置(1)。此外它还有一个在主油缸(5)里滑动 的主活塞(6)，在主活塞(6)的一侧有一个作用着压力 油的受控驱动容积(7)，还有一个安装在驱动容积(7) 上游的平板阀(17)。所要求的用于调节阀的操纵装 置其动态特性可以用比较简单的方法改善。实现的 方法是使平板阀(17)具有一个与排出装置相连接的 独立的存储容积，以允许油液从平板阀(17)流出。

Description

本发明涉及一种用于调节阀的操纵装置。

用于操纵调节阀的例如可以调整发电厂汽轮机的进汽的调节阀的装置，它有一个活塞/油缸，其主活塞与调节阀的操纵杆相连接，活塞一侧作用着弹簧力，另一侧作用着压力油。在开启方向上当作用于活塞的油压变小时，弹簧力就可靠地关闭调节阀，从而切断供汽。因此一旦油压下降时可保证汽轮机不会失控。作用于主活塞上并由此来操纵调节阀的驱动容积的油压是由一个电液转换器产生的。若调节阀在开启方向上有运动时，就向驱动容积供给压力油，因为这种运动是比较缓慢的，故供油所需的截面相对较小。但是调节阀的关闭运动必须以一个大约十倍高的速度发生，这涉及到使驱动容积比较快速地抽空，这用较小的供油截面是不可能达到的。

而且，事实表明，由于汽轮机动功率的加大，调节阀以及操纵用的操纵装置都必须设计得更大或更强有力些。若相应按比例加大操纵装置，那么这样的配置就要求用于控制的压力油量相对较多。使用市售的阀门还难于控制这么多的油，而且随着尺寸的加大也会产生操纵装置的动态特性的下降。

根据欧洲专利申请0430089A1已知有一种具有较好动态特性的操纵装置。这种操纵装置配置有一个活塞/油缸，在主活塞的一侧是作用着压力油的受控驱动容积，而另一侧是充满油液的缓冲容积。在这种操纵装置中为了使调节阀能迅速动作，通过一个直接装在活塞/油缸装置上的平板阀使油液由驱动容积里释放出来并经过直接装在活塞/油缸装置上具有大截面的连接管路直至缓冲容积。

如果要对已有的操纵装置进行改进以改善其动态特性，那么就必须使用一种全新结构的活塞/油缸装置，但这样就增加了复杂程度。进一步地讲，在欧洲专利申请0430089A1中所建议的解决办法也往往没有足够的空间得以实现，因此必须采用其它的和更复杂的解决办法。

因此，本发明的目的是提供一种新颖的调节阀操纵装置，只要用比较简单的方法就可以改善其动态特性。

上述目的是这样解决的，这种调节阀的操纵装置，有一个调节回路，它根据主设备控制系统所规定的额定值来调定操纵装置，还有一个主油缸和在里面滑动的主活塞，在主活塞的一侧有一个作用着压力油的受控驱动容积以及安装在驱动容积上游的平板阀，其特征在于：平板阀有一个与排出装置相连接的独立的存储容积（容积，中间容积），以允许油液从平板阀流出。

可以看到，由本发明所实现的优点主要在于驱动装置的构造可以比较简单并且运行可靠。

调节阀的这种操纵装置有一个控制回路，它根据由主设备控制系统所规定的额定值来调定该操纵装置。此外它有一个在主油缸内滑动的主活塞，在主活塞的一侧有一个作用着压力油的受控驱动容积，同时在驱动容积的上游装有一个平板阀。尤其显示出优越的是平板阀有一个与排出装置相连的独立的存储容积。这种方式可使平板阀布置在操纵装置的活塞/油缸装置的范围内的任意位置上。

在驱动容积和平板阀之间有一段连接管路，它通过一个连接件通入平板阀的弹簧室内。

尤其优越的是独立的存储容积同心地布置在弹簧室周围。在压力作用下的弹簧室和平板阀的密封位置在这种型式里都完全由作用着低压的容积所包围住。在有故障时高压油若从弹簧室泄出，则它就流入上述容积里，因此就很可靠地避免了二次损害。

本发明的其它结构是有关权利要求的内容。

参照下面的详细说明及附图，可以很容易地得到对本发明更完整的评价，可以更好地理解其诸多优点，附图只表示了一种可行的实施例，其中：

图1表示的是根据发明提出的操纵装置的原理图，

图1a表示的是图1所示的本发明操纵装置的细节，

图2表示的是平板阀的第一种详细结构，

图3表示的是平板阀的第二种详细结构，

图4表示的是平板阀的第三种详细结构，

图5表示的是平板阀的第四种详细结构。

在所有图中相同或相应的元件采用相同的参照序号。为了清晰起见，图1a中略去了可见棱边。

图1表示了一种操纵调节阀2的操纵装置1，调节阀是用来调整通过热蒸气管路3流至未标明的汽轮机的热蒸气量的。调节阀2通过阀杆4与一个在主油缸5里滑动的主活塞6相连接。在主活塞6下面是一个作用着压力油的驱动容积7。若不用油那么也可以用一种其它的液压液或者一种气体状介质来代替。在主活塞6上方是一个充满油的缓冲容积8，此外，在缓冲容积8中还放有弹簧9，其作用是平衡驱动容积7里面的油压。由缓冲容积8引出一根管子52至一个在图上未标出的排出装置。主活塞6的弹簧一侧有一根杆10，它与行程测量装置11相联。行程测量装置11监测主活塞6的行程并且如作用线40所指的那样，连续地将其位置传送给位置控制器33。杆10和阀杆4在相对的两侧穿过主油缸5。这种贯穿油缸所要求的压力密封的结构是熟知的，这里就不需要继续说明了。行程测量装置11也可以在主油缸5之外的范围内直接装在阀杆4上。

在主油缸5的驱动容积7的端面上连接一段连接管15，其截面比较大而且用一个平板阀17与主油缸5的驱动容积7相联。平板阀17与主油缸5是分开布置的。在图1a中比较详细地表示了平板阀17。平板阀17有一个机壳22，在一侧用法兰盖22a封闭住。法兰盖22a围住一个中间容积24。在法兰盖22a上有一个排出管24a，上面连接着管路，从而将中间容积24。在法兰盖22a上有一个排出管24a，上面连接着管路，从而将中间容积24与一个图上未表示出的排油装置连结起来。在机壳22里装入一个连接件14并保证密封耐压。平板阀17装在连接管路15的未表示出的连接法兰上，连接件14的端部14a与连接管路15相连并保证密封耐压。管状结构的连接件14的另一端有一个圆柱状结构的密封座14b。平板阀17有一个平板18，例如上面有一个节流孔70。平板18通过弹簧19压在密封座14b上并且同时压向一个放在机壳22里的密封件23。在关闭状态下平板18阻止油从弹簧室20流出至同心包围住连接件14的容积21。容积21合并在中间容积24中。这两个容积同心地包围住弹簧室20以及17的密封位置。在所示工作状态下作用着压力油的弹簧室20则用一个弹簧室盖20a与中间容积24相封闭隔开。平板18的结构应使其不致于卡住。压缩弹簧19放置在一个弹簧室20内，它通过孔12和开口13作用着压力油。弹簧室20的大小大约要比与其作用连接的驱动容积7小大约1000倍。此外弹簧室20通过一段管路47与行程比例阀25实现连接。

例如可用直接操纵式的并具有位置控制器（型号为KFDG4V-3/5，系列20，Vickers Systems有限公司，公司地址为D6380 Bad Homburg V.d.H）的行程比例阀作为行程比例阀25。行程比例阀25有两个与图中未标明的复位弹簧共同作用的操纵电磁铁26，27，在这种情况下有三个液压接头28，29，30。在图1中行程比例阀25是表示在所谓的“安全”位置上。行程比例阀25有一个与阀的滑动件相连的行程测量装置31，它可以测量滑动件的当时位置，而且如用作用线32所指明的那样，将这些信息继续地传送给带集成功率放大器的位置控制器33，如由作用线34，35所指明的那样，操纵电磁铁26，27则从带集成功率放大器的位置控制器33得到命令。此外位置控制器33有一个输入口，如作用线40所示，用来输入由行程测量装置11所提供的电信号。例如可以采用一种专门与行程比例阀25相匹配的功率放大器EEA-PAM-533-A，系列20，Vickers Systems有限公司（D6380 Bad Homburg V.d.H）来作为位置控制器33。该位置控制器33与上级的控制器36共同作用，如作用线37所示。控制器36有其它的输入口38，可通过它们输入主设备控制系统的信息和命令，这些信息和命令是用来控制整个发电厂的。

通过管路45输入压力油，所需油压是由一个图中来标明的油泵产生的。油液流量在有些特殊情况下用一个安装在管路45走向上的节流孔46限制在一个最大值。但是通常是用平板阀17的平板18上的节流孔70来限制这油液流量的，因此也就可以省略节流孔46。管路45通至行程比例阀25的接头28，在图1的表示中它并不接通至接头29。接头29一方面与管路47相连，管路47又与孔12相连并通入平板阀17的弹簧室20里，而接头29的另一方面又与通向安全阀49的管路48相通，该安全阀作成平板阀结构，在正常情况下是关闭的。在安全阀49之后有管路50与平板阀17的中间容积24相通。管路50的最后部在图1a中表示为穿过机壳22壁的孔。管路51由管路50中分支出来，并与行程比例阀25的接头30相连接。管路50和51在机壳22里都做成孔。这是可能的，因为行程比例阀25和安全阀49都是直接用法兰固定在机壳22上并保证密封耐压的，因此就可能采用整体式的阀块。排出管24a由中间容积24通入一段管路并通向一个图中未标明的排出装置。从这排出装置使油液继续通过上述的油泵回到管路45里。

安全阀49的结构为平板阀，有一个油缸53，一个从安全回路起通过管路54作用着压力油的容积55，通过阀板56限制该容积55并且通过一个弹簧57来平衡作用在阀板56上的油压。阀板56的设计方式保证了它不会卡住，这一点从安全阀49的简图中是看不到的。在正常情况下管路54通过换向阀58并使之与容积55相连接。换向阀58由一个电磁铁59操纵。作用线60表示的是为电磁铁59产生指令的路径。

特别有利的是可以在所有与各自主油缸5的结构型式无关的设备中采用平板阀17。管路15一般可以做得比较短，因此充油的管路容积相应较小，从而有利地提高动态特性。当然也可以除平板阀17以外使用一个或多个其它阀，如果对操纵装置1提出了工作要求的话就需要这样做。同样，行程比例阀25也可以通过至少是一个电液阀或者通过不同电液阀的组合来取代，以便使驱动装置及其动态特性与规定的工作条件相匹配。因此，操纵装置可以很灵活地采用。

带集成功率放大器的位置控制器33和控制器36共同作用作为一个控制回路的共同的电子控制装置是特别有利的。因为位置控制器33专门适应于行程比例阀25，从而不需要附加的匹配和平衡。当然也完全可能用其它的元件组装成这种电子控制装置或者如果举例来说，发电厂设备的保护要求这样的话，就可以将其功能转移到主设备的控制系统中。在这一电子控制装置中，来自位移测量装置11和行程测量装置31的信号连续地与至少一个由主设备控制系统所规定的额定值一起按照规定的逻辑进行处理。若与额定值有偏差，那么该控制装置就产生修正信号，它作用于行程比例阀的操纵电磁铁26，27上并且对其进行恰当的控制。

图2所示为平板阀17上平板18的部分视简图。平板18靠弹簧室一侧的平面65放在右面，下面的图也都这样。板18上有一个圆柱形的通孔66，紧接的是一个锥形的扩展孔。球67通过弹簧68压在锥形扩展孔里并封闭住孔66，而弹簧则支撑在一个与平板18相连接的弹簧座69上。只要出现一个大小足以克服弹簧68的力和作用在球67上的油压的压力差的话，压力油就能通过孔66流入连接件14并由此通过连接管15流入驱动容积7。

图3与图2是类似的，只是此时穿过平板18的通孔66的结构使得油液能够从驱动容积7流过连接管路15和连接件14而进入弹簧室20。另外还有一个固定的节流孔70，它允许油液在两个方向上都可以流动，节流孔70的截面在此情况下，设计得远小于通孔66的截面。

当然也可以如图4所示在平板18上只有一个固定节流孔70并通过它来限制油液的通过。

图5表示了有两种阀配置的平板18，类似于图2所示，但是如果有相应的压差，那么就允许油液在相反的方向上流过。从驱动容积7通至弹簧室20的孔66的截面要远大于这第二个孔66的截面。

为了说明其工作方式就要仔细分析一下图1。调节阀2必须能够在运行中比较迅速地关闭。关闭速度在正常情况下为1m/s左右，而另一方面开启速度则要求为0.02m/s左右。该速度指标是参考值，根据发电厂设备的设计也可能出现与这些参数指标有很大偏差。操纵装置1可以用复杂程度较少的方式与具体的运行条件相匹配。如果调节阀2必须在开启方向上运动，那么就通过位置控制器33操纵行程比例阀25，正是这样的驱动方式，才使所示位置左边的图适用。接头28和29然后连接起来，压力油从管路45流过行程比例阀25，在正常运行情况下管路48并没有油液流过，因为安全阀49将这管路48封闭住了。油液流过管路47，孔12和开口13进入平板阀17的弹簧室20，并从那儿继续通过平板18上的通孔，再通过连接件14和连接管路15进入驱动容积7里。驱动容积7里面的油压使主活塞6向上运动，因而通过阀杆4使调节阀2在开启方向上运动。行程测量装置11监测主活塞6的行程并且将其位置信号连续地如作用线40所指明的那样传给位置控制器33。一旦行程达到了给定的额定值，位置控制器33就控制行程比例阀25，使油液停止流动。行程测量装置31的信号在位置控制器33里进行处理，它用于监测行程比例阀25的工作特性。主活塞6的运动随此控制而同时结束。

相反如果调节阀2要迅速地从开启位置转换到关闭状态，那么就切换行程比例阀25，使所示位置右边的图适用。接头29和30相互连接，油液从弹簧室20流出通过管47，经行程比例阀25，管路51和50，继续经过缓冲容积8和管路52进入排出装置。当然流通过程只持续很短的时间，因为只要弹簧室20的压力小于驱动容积7里的压力，那么平板18就克服弹簧19的压力而向下运动，油液就能由驱动容积7里流出而流入容积21和中间容积24里，并由此继续流至排出装置。弹簧9将主活塞6向下压，因而使油液从驱动容积7里流出直至达到调节阀2的终端位置。油液的流出是很迅速的，因为通过平板阀17开放的截面相对较大，因此通过它的流动过程并不会受到不利的影响。

驱动容积7的这样一种快速卸压和油液从这容积里的这种快速流出要是通过较小截面的管路47，51和50是不可能的。如果相应地加大这些截面和行程比例阀25，那么由于油量大，流动的路程也较长，因此即使近似来说也不会象本发明的实施例那样使操纵装置达到如此良好的动态特性。

由于弹簧室20与驱动容积7相比较是很小的，因此对弹簧室20的加载所需的压力油液量也较少。因此当一个相应的控制指令到达行程比例阀25时弹簧室20也很快地通过管路47，51和50而卸去压力。这就导致了直接在这控制指令之后就打开了平板阀17并且使主活塞6以及因此而使调节阀2产生快速的关闭运动。管路47，51，50的容积因而并不影响操纵装置的动态特性，或者说只有极微波的不利影响。

在正常运行时与额定值的小偏差是由控制器36识别的，而且相应的修正信号通过位置控制器33传送到行程比例阀25上。如果调节阀2还要开启一点，那么只要向驱动容积7里补充注入少量的压力油液，直至重新达到额值即可。为使调节阀作开启移动，平板18上至少有一个贯通孔，如图2所示为孔66，图3和图4所示为节流孔70，图5则是上部的开口66。如果平板18的结构形状按图2所示，那么正如前述，调节阀的关闭运动是由弹簧室20里油压的降低来产生的，如果在关闭方向上只有一个小行程，那么平板阀17就只开启短时间，而油液只是短时间地流进容积21和中间容积24里。一旦达到额定值，平板阀17立即又关闭。

在图3所示的平板18的实施例中，不打开平板阀17就可以产生较小的关闭运动，因为通过开口66和节流孔70就能够使油液从驱动容积7流入弹簧室20，一旦达到所要求的值，就实现了压力平衡。在这种情况下如果要平衡较大的额定值偏差，那么如果开口66和节流孔70的截面不够的话就还要另外短时地打开平板阀17。图4所示的实施例其关闭过程的情况类似于图3所示的实施例。

图5所示的平板18实施例同样也允许较小的关闭运动，若主活塞6的行程较大，那么在这种情况下也要打开平板阀17。

图1表示行程比例阀25于中间位置。如果举例来说因为断电而使操纵电磁铁26，27没有电压，那么就取这种中间位置。它是通过行程比例阀25内部弹簧的弹簧力来保证达到这个位置的。在此位置时，弹簧室20通过管路47，51和50而卸去压力，因此如前所述，打开平板阀17，使调节阀2快速关闭。这样就保证了即使在有故障时调节阀2也总是关闭，因此永远不可能由于操纵装置1的故障而对运行的汽轮机上产生损伤。

安全阀49阻止了在正常情况下管路48里面在排出装置方向上的压力降。当然如果在安全回路内的压力下降，那么容积55内的压力也下降并且安全阀49就打通管路48，而与行程比例阀25的位置无关，这样平板阀17的弹簧室20里的压力油就能通过管路47，48和50泄放出来，这样，如前所述，调节阀2产生一个快速关闭。此措施在任何情况下都可以可靠地截止住汽轮机的蒸气供给。

在投产试运行时可能发生安全油路还没有压力，或者说还不能加压的情况。为此装入了一个换向阀58，只要换向阀58通过电磁控制切换到了图示位置的右面就可以使压力油从管路45起通过管路61和换向阀58充入容积55里，因此安全阀49就关闭。换向阀58的指令路径，如作用线60所指明的那样，一旦转换到正常运行状态那就必须阻塞住，因为否则的话安全回路就不再可能对安全阀49产生作用，那么也就无法保证这回路的保护作用了。

如果要对一种旧的操纵装置在动态特性和技术安全性方面进行改进，那么最好是将平板阀17，行程比例阀25和安全阀49组合成一个整体式单元。该单元可以安装在有足够空间的操纵装置的活塞/油缸装置范围内。

处于压力下的弹簧室20和平板阀17的密封位置完全由作用着低压的容积包围住。若有故障，高压油泄流出弹簧室20，流入所述的容积里，因此很安全地避免了二次损失。

显而易见，按照上面的说明本发明可以有大量的修改例和变例，因此应该懂得在所附的权利要求的范围内，本发明在实际应用中并不只限于上面所描述的具体范围。

明细表

1、操纵装置  2、调节阀

3、热蒸气管路  4、阀杆

5、主油缸  6、主活塞

7、驱动容积  8、缓冲容积

9、弹簧  10、（活塞）杆

11、行程测量装置  12、孔

13、开口  14、连接件

14a、端部  14b、密封座

15、连接管路  17、平板阀

18、平板  19、压力弹簧

20、弹簧室  20a、弹簧室盖

21、容积  22、机壳

22a、法兰盖  23、密封件

24、中间容积  24a、排出管

25、行程比例阀  26、27、操纵电磁铁

28、29、30、接头  31、行程测量装置

32、作用线  33、位置控制器

34、35、作用线  36、控制器

37、作用线  38、输入口

40、作用线  45、管路

46、节流孔  47、48、管路

49、安全阀  50、51、52、管路

53、油缸  54、管路

55、容积  56、阀板

57、弹簧  58、换向阀

59、电磁铁  60、作用线

61、管路  65、表面

66、开口  67、球

68、弹簧  69、弹簧座

70、节流孔

Claims (3)

1、一种调节阀的操纵装置，有一个调节回路，它根据主设备控制系统所规定的额定值来调定操纵装置，还有一个主油缸和在里面滑动的主活塞，在主活塞的一侧有一个作用着压力油的受控驱动容积以及安装在驱动容积上游的平板阀，其特征在于：平板阀有一个与排出装置相连接的独立的存储容积(容积，中间容积)以允许油液从平板阀流出。

2、根据权利要求1所述的操纵装置，其特征在于：在驱动容积和平板阀之间有一个连接管路，它通过连接件接入平板阀的弹簧室。

3、根据权利要求2所述的操纵装置，其特征在于：独立的存储容积（容积，中间容积）同心地布置于弹簧室周围。

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