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Die Erfindung betrifft eine Stellanordnung für Armaturen.
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In der
EP 1 413 810 A1 ist eine gattungsgemäße Stellanordnung für ein Turbinenventil zur Steuerung der Gas- oder Dampfzufuhr einer Turbine oder für eine Prozessarmatur zur, Steuerung eines Prozessstroms in der Verfahrenstechnik offenbart. Derartige Stellanordnungen haben üblicherweise einen Stellantrieb, der beim Gegenstand der
EP 1 413 810 A1 als elektrischer Spindeltrieb ausgeführt ist. Bei einer Gasturbine lässt sich beispielsweise mittels einer derartigen Stellanordnung ein Öffnungsquerschnitt einer Armatur zur Einstellung einer Gaszufuhr verstellen. In einem Notfall, beispielsweise bei einem Stromausfall oder einer Störung soll die Armatur selbsttätig zurückgestellt werden, um eine Beschädigung der Anlage zu vermeiden. Dazu ist bei der bekannten Lösung dem Spindeltrieb ein Kniehebelmechanismus zugeordnet, der im regulären Betrieb, d. h., bei hinreichender Stromversorgung in einer Strecklage arretiert ist, in der eine Vorspannfeder gespannt ist. Bei einem Stromausfall gibt der Verriegelungsmechanismus den Kniehebel frei, so dass er über die Vorspannfeder aus einer Streckstellung in seine Knickstellung verstellt wird und entsprechend dieses Verstellweges die Armatur in seine vorbestimmte Grundposition, in der Regel die Schließposition, zurückverstellt wird.
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Ein derartiger Kniehebelmechanismus fordert einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand und nimmt auch relativ viel Bauraum in Anspruch.
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Zur Ausräumung dieses Nachteils wird in der
DE 10 2009 021 668 A1 der Anmelderin eine Stellanordnung offenbart, bei der eine Armatur über einen Regelantrieb und eine in Reihe dazu angeordnete Schaltarmatur über einen Schaltantrieb betätigt werden. Der Regelantrieb ist mit einer Notfallbetätigung ausgeführt, die die Armatur bei einem Stromausfall schließt. Im Unterschied zur vorbeschriebenen Ausführungsform ist diese Notfallbetätigung nicht durch einen Kniehebelmechanismus sondern durch eine Feder ausgeführt, die in Schließrichtung auf die Armatur wirkt und die hydraulisch vorgespannt ist. Bei der Notfallbetätigung wird dieser Vorspanndruck zum Niederdruck hin entspannt, so dass die Feder die Regelarmatur zusteuert. In entsprechender Weise wird auch die Schaltarmatur bei einem Stromausfall geschlossen, so dass eine Beschädigung der Turbine oder der verfahrenstechnischen Anlage nahezu ausgeschlossen ist. Bei dem Gegenstand der
DE 10 2009 021 668 A1 ist in einem Entlastungspfad zum Niederdruck ein elektrisch betätigbares Armaturventil angeordnet, das in Richtung seiner Öffnungsstellung über eine Feder vorgespannt ist und elektrisch in eine Stellung umschaltbar ist, in der der Entlastungspfad abgesperrt ist. Bei einem Stromausfall wird dann entsprechend dieser Entlastungspfad geöffnet, so dass sich die Feder entspannen kann. Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch, dass sich die Betriebssicherheit der Armatur ausschließlich von der Funktion dieses elektrisch verstellbaren Armaturventils abhängt.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Stellantrieb mit verbesserter Betriebssicherheit auszuführen.
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Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Stellanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder mit einer hydraulischen Stellanordnung mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 7 gelöst.
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Die hydraulische Stellanordnung für Armaturen zur Steuerung von Prozessfluidströmen, beispielsweise Gas- oder Dampfströmen, ist mit einer Regelarmatur ausgeführt, deren Öffnungsquerschnitt mittels eines Regelantriebs einstellbar ist. Diese Regelarmatur ist mit einer Notfallbetätigung ausgeführt, um die Regelarmatur bei einer Störung in einer Grundposition, vorzugsweise eine Schließposition zurückzustellen. Diese Notfallbetätigung wird durch Umschalten eines elektrisch betätigten Armaturventils ausgelöst. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit ist erfindungsgemäß parallel zum Armaturventil ein hydraulisch betätigtes Notfunktionsventil vorgesehen, das hydraulisch über einen Steuerdruck zum Auslösen der Notfallbetätigung in Richtung einer Öffnungsstellung verstellbar ist. Auf diese Weise kann der Entlastungsströmungspfad zum Niederdruck hin unabhängig von der Funktion des Armaturventils aufgesteuert werden, so dass ein schnelles Schließen der Armatur gewährleistet ist. Da bei ordnungsgemäßer Funktion des Armaturventils zwei parallele Entlastungspfade aufgesteuert werden, wird dieser Schließvorgang gegenüber den herkömmlichen Lösungen deutlich beschleunigt, da bei diesen lediglich ein Entlastungströmungspfad des Regelantriebs aufgesteuert wird.
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Bei der alternativ beanspruchten Lösung ist die hydraulische Stellanordnung für Armaturen mit einer über einen Regelantrieb verstellbaren Regelarmatur und einer dazu in Reihe angeordneten Schaltarmatur ausgeführt, die über einen Schaltantrieb umschaltbar ist. Dieser hat einen in Öffnungsrichtung wirksamen Druckraum, der über eine Hauptleitung mit einem Öffnungsdruck (Hochdruck) beaufschlagt ist und der über zumindest zwei parallele Entlastungspfade mit Niederdruck verbindbar ist, um die Schaltarmatur zu schließen. In jedem der Entlastungspfade sind zwei in Reihe geschaltete Entlastungsventile angeordnet, die jeweils aus einer Sperrstellung in eine Entlastungsstellung verstellbar sind, um die Schaltarmatur zu schließen.
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Durch diese erfindungsgemäße Lösung wird ebenfalls die Betriebssicherheit deutlich verbessert, da bei ordnungsgemäßer Funktion zwei parallele Entlastungspfade aufgesteuert werden und so das Rückstellen des Schaltantriebs in die Schließposition sehr schnell erfolgen kann. Selbst in dem Fall, in dem ein Ventil eines Entlastungspfades nicht ordnungsgemäß funktioniert, kann durch das Aufsteuern des weiteren, parallelen Entlastungspfades das zuverlässige Schließen der Schaltarmatur erfolgen, so dass bei verbessertem Ansprechverhalten mit schnellem Schließvorgang das Absperren des Prozessfluidstroms zuverlässig gewährleistet ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Notfallbetätigung mit einem hydraulisch vorgespannten Energiespeicher ausgeführt, dessen gespeicherte Energie zum Rückstellen bei der Notfallbetätigung wirkt, wobei der Energiespeicher durch Umschalten des Notfunktionsventils entladen wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Notfunktionsventil parallel zum Armaturventil geschaltet, so dass das Druckmittel über beide Entlastungsströmungspfade zum Niederdruck abströmen kann.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Notfunktionsventil als 2/2-Wege-Schaltventil ausgeführt ist, das in seiner Sperrstellung den Entlastungsströmungspfad der Notfallbetätigung zum Niederdruck/Tank sperrt und beim Umschalten öffnet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist in Reihe zur Regelarmatur eine Schaltarmatur angeordnet, die mittels eines hydraulischen Schaltantriebs aus einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung verstellbar ist, wobei der Steuerdruck zum Betätigen des Notfunktionsventils am Schaltantrieb abgegriffen ist.
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Bei einer derartigen Ausführung kann es vorteilhaft sein, wenn in einer Steuerleitung, die einen Steuerraum des Notfunktionsventils mit einer Hauptleitung des Schaltantriebs verbindet ein Steuerumschaltventil angeordnet ist, das in Richtung einer Durchflussstellung vorgespannt ist und in Richtung einer leckagefreien Sperrstellung verstellbar ist. Durch Betätigen dieses Steuerumschaltventils kann die Reihenfolge bestimmt werden, in der die Regelarmatur und die Schaltarmatur bei der Notfallbetätigung geschlossen werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, den Schaltantrieb mit drei Entlastungspfaden mit jeweils zwei Entlastungsventilen auszuführen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird es bevorzugt, dass jeweils zwei Entlastungsventile in unterschiedlichen Entlastungspfaden über ein Entlastungssteuerventil zum Umschalten mit einem Steuerdruck beaufschlagbar sind.
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Diese Ausführung ermöglicht es, das Sicherheitslevel der Anlage auf ein hohes Niveau zu erhöhen, da die Stellanordnung nach dem Prinzip einer „2 von 3-Steuerung” betreibbar ist.
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Die hydraulische Stellanordnung kann mit einem Bypassventil ausgeführt sein, das parallel zum Armaturventil angeordnet ist und bei der Notfallbetätigung einen Bypasskanal zum Tank hin öffnet. Dieser Bypasskanal bildet somit einen zusätzlichen Strömungspfad für das zum Niederdruck abströmende Druckmittel, so dass der Schließvorgang weiter beschleunigt wird.
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Das Bypassventil kann in Öffnungsrichtung von einer Steuerdruckdifferenz beaufschlagt sein, die an einer in einem Ablauf zum Niederdruck gelegenen Blende abgegriffen wird. Diese Blende wird beim Umschalten des Armaturventils von dem abströmenden Druckmittel durchströmt, so dass die Steuerdruckdifferenz zum Steuern des Bypassventils ausgenutzt wird.
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Der Eingang des Notfunktionsventils ist stromaufwärts der Blende mit dem Ablauf verbunden.
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Der Aufbau der Stellanordnung ist besonders einfach, wenn ein Notfunktionsventil, ein Bypassventil und/oder Entlastungsventil jeweils als Logikventil ausgeführt ist.
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Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn der Energiespeicher der Notfallfunktion durch eine Feder ausgeführt ist.
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Eine derartige Feder kann hydraulisch über einen Spannzylinder vorgespannt sein, der einen in Richtung einer Erhöhung der Federspannung wirksamen Druckraum hat, der zum Spannen mit Druckmittel beaufschlagt wird und zum Entspannen mit Niederdruck verbunden wird.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein stark vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Stellanordnung mit einer Regelarmatur und einer Schaltarmatur;
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2 einen Schaltplan einer konkreten Lösung einer hydraulischen Stellanordnung einer Industriedampfturbine;
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3 eine Einzeldarstellung eines Regelantriebs des Stellantriebs gemäß 2 und
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4 eine Einzeldarstellung eines Schaltantriebs des elektrischen Stellantriebs gemäß 2.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, bei dem die erfindungsgemäße Stellanordnung zur Einstellung eines Dampfvolumenstroms einer Dampfturbine verwendet ist. Prinzipiell kann die erfindungsgemäße Stellanordnung jedoch allgemein bei Armaturen zur Steuerung von Prozessfluiden, bei Pipelines, bei Chemieanlagen, bei Druckänderungs- oder Verteilstationen oder noch allgemeiner gesehen, bei Einrichtungen verwendet werden, bei denen aus Sicherheitsgründen bei einer Störung eine Rückeinstellung in eine vorbestimmte Wirkposition erfolgen muss, wobei dann gespeicherte Energie zur Rückstellung verwendet wird. Dabei kann es sich um lineare oder rotative Bewegungen handeln.
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1 zeigt ein stark vereinfachtes Schaltschema einer Dampfturbine 1, deren Dampfvolumenstrom über eine erfindungsgemäße Stellanordnung 2 mit einer Regelarmatur 4 und einer Schaltarmatur 6 einstellbar ist. Die Betätigung der Regelarmatur 4 erfolgt über einen Regelantrieb 8, über den der Öffnungsquerschnitt der Regelarmatur proportional verstellbar ist, um die Dampfzufuhr zur Dampfturbine 1 zu regeln. Der Regelantrieb 8 besteht im Wesentlichen aus einem Stellzylinder 10, über den ein Ventilkörper der Regelarmatur 4 verstellbar ist. Im Fall einer Störung, beispielsweise eines Stromausfalls, kann die Regelarmatur 4 über den Stellzylinder 10 nicht direkt zurückgestellt werden, da dieser über im Folgenden noch näher erläuterte elektrisch geschaltete Ventile und eine elektrisch betriebene Pumpe mit Druckmittel versorgt wird. Beim erfindungsgemäßen Stellantrieb erfolgt diese Rückstellung über eine Notfallbetätigung 12, die im Wesentlichen aus einem Federspeicher besteht, der hydraulisch über den Stellzylinder 10 vorgespannt ist. Bei einem Stromausfall wird der Federspeicher der Notfallbetätigung 12 entriegelt, so dass die Regelarmatur 4 in ihre Schließstellung zurückgefahren wird. Um eine übermäßige Beschleunigung der Regelarmatur 4 in der Endlage zu vermeiden, ist dieser eine Dämpfungseinrichtung 16 zugeordnet, über die die Bewegung der Armatur im Bereich der Endlage gedämpft wird.
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Die Verstellung der Schaltarmatur 6 erfolgt mittels eines Schaltantrieb 18. Dieser wird im regulären Betrieb der Dampfturbine in seiner Öffnungsstellung gehalten, bei einem Stromausfall wird die Schaltarmatur 6 über den Schaltantrieb 18 in die Schließstellung verfahren, so dass die Dampfzufuhr über die Dampfleitung 21 abgesperrt ist. Dadurch wird die Dampfzufuhr über die Dampfleitung 21 durch zwei unabhängig voneinander wirksame Einrichtungen abgesperrt. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht der Schaltantrieb 18 im Wesentlichen aus einem Federspeicher 20, der über einen Kolben 22 vorgespannt ist. Dieser ist seinerseits von dem Druck in einem Druckraum 24 in Vorspannrichtung beaufschlagt. Im Fall einer Störung wird dieser Druckraum 24 mit Niederdruck verbunden, so dass die Schaltarmatur 6 durch die Kraft des Federspeichers 20 aus seiner Öffnungsposition in die Sperrposition verstellt wird.
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2 zeigt das detaillierte Schaltbild einer derartigen Stellanordnung mit der vom Regelantrieb 8 betätigten Regelarmatur 4 sowie der dazu in Reihe angeordneten, nicht dargestellten Schaltarmatur, die vom Schaltantrieb 18 betätigt wird.
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Der Regelantrieb 8 und der Schaltantrieb 18 sind über eine Steuerleitung 26 verbunden, deren Funktion im Folgenden näher erläutert wird.
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3 zeigt den Regelantrieb 8 für die Regelarmatur 4 in Einzeldarstellung.
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Das Grundprinzip und die einzelnen Funktionen des Regelantriebs
8 sind in der nach veröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2010 011 516.9 bekannt, so dass im Folgenden nur die zum Verständnis der Funktion des Regelantriebs
8 erforderlichen Bauelemente und Funktionen beschrieben werden und im Übrigen auf die Offenbarung der oben genannten Patentanmeldung verwiesen wird. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne Passagen dieser Druckschrift angepasst in die vorliegende Patentanmeldung zu übernehmen, sofern dies zur Verbesserung des Verständnisses erforderlich sein sollte.
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Der Stellzylinder 10 des Regelantriebs 8 hat einen ortsfest angeordneten Zylinder 28, in dem ein Armaturkolben 30 und ein Spannkolben 32 aufgenommen sind. Der Armaturkolben 30 trägt an seinem aus dem Zylinder 28 auskragenden Endabschnitt einen Ventilkörper 34 der Regelarmatur 4, der zum Schließen in Richtung auf einen Sitz 36 verstellt wird.
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Beide Kolben 30, 32 haben jeweils einen Flansch, an dem eine Feder des Federspeichers 20 abgestützt ist. Wenn die beiden Kolben 30, 32 mit ihren Kolbenbünden 38, 40 wie in 3 dargestellt, aneinander anliegen, ist der Federspeicher 20 maximal vorgespannt. Die beiden Kolbenbünde 38, 40 begrenzen gemeinsam mit einem Zylinderzwischenboden zwei Druckräume 42, 44, die im Wesentlichen mit identischen Stirnflächen ausgeführt sind.
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Der Spannkolben 32 ist als Hohlkolben ausgeführt und begrenzt mit einem Zylinderzapfen 48 und dem Zwischenboden 46 zwei Spannräume 50, 52, die mit einer geringeren Querschnittsfläche als die beiden anderen Druckräume 42, 44 ausgeführt sind und die jeweils über Spannleitungen 54, 56 mit Arbeitsanschlüssen A eines Stellventils 58, 60 verbunden sind. Beide Stellventile 58, 60 sind als elektrisch betätig bares 2/2-Wegesitzventile ausgeführt und über eine Feder in die dargestellte Grundposition vorgespannt, in der der die Spannleitung 54 mit einer Druckleitung 62 und die Spannleitung 56 mit einer Zulaufleitung 64 verbunden ist. Die Druckleitung 62 ist an einen Anschluss einer Hydromaschine 66 und die Zulaufleitung 64 mit dem anderen Anschluss der Hydromaschine 66 verbunden, so dass ein geschlossener Kreislauf gebildet wird, über den durch verstellen des Spannkolbens 32 über die Hydromaschine 66 der Öffnungsquerschnitt der Regelarmaturen eingestellt werden kann. Die Hydromaschine 66 kann als Pumpe oder Hydromotor betrieben werden und ist mit Drehrichtungsumkehr ausgeführt und über einen Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor 68 angetrieben.
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Die Druckleitung 62 und die Zulaufleitung 64 sind jeweils über ein in Richtung zur Druckleitung 62 bzw. zur Zulaufleitung 64 öffnendes Nachsaugventil 73, 72 zum Nachsaugen von Druckmittel mit einem Niederdruckspeicher 70 verbunden. Von der Zulaufleitung 64 zweigt eine Druckleitung 74 ab, die in den Druckraum 42 einmündet. In dieser Druckleitung 74 ist ein Rückschlagventil 76 angeordnet, das in Richtung zur Zulaufleitung 64 sperrt.
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Der andere Druckraum 44 ist über eine Entlastungsleitung 78 mit dem Arbeitsanschluss eines Armaturventils 80 verbunden. Dieses ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegesitzventil ausgeführt und über einen Elektromagneten in eine dargestellte Schaltposition vorgespannt, in der die Entlastungsleitung 78 mit einem Kanal 82 verbunden ist, der einerseits an einem Druckanschluss P des Armaturventils 80 angeschlossen ist und andererseits in die Druckleitung 62 einmündet, wobei allerdings eine Rückströmung vom Kanal 82 zur Druckleitung 62 durch ein weiteres Nachsaugventil 84 verhindert ist. Der Kanal 82 steht auch in Druckmittelverbindung mit der Druckleitung 74, so dass in der dargestellten Schaltposition des Armaturventils 80 die beiden Druckräume 42, 44 miteinander verbunden sind. Parallel zum Armaturventil 80 ist ein entsperrbares Rückschlagventil 86 ausgebildet, das in einem Umgehungskanal 88 angeordnet ist, der einerseits in die Entlastungsleitung 78 und andererseits in den Kanal 82 einmündet. Das Sperrventil 86 kann durch den Druck stromabwärts einer Düse 90 (in Entlastungsrichtung gesehen) in der Entlastungsleitung 78 entriegelt werden.
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Ein Tankanschluss T des Armaturventils 80 ist in der dargestellten Schaltposition mit einem Speicherkanal 81 verbunden, der zwischen den Nachsaugventilen 72, 73 in den mit dem Niederdruckspeicher 70 verbundenen Leitungsabschnitt einmündet. Von der Druckleitung 74 zweigt ein Druckbegrenzungskanal 92 ab, in dem ein Druckbegrenzungsventil 94 angeordnet ist, das in Öffnungsrichtung vom Druck im Kanal 82 beaufschlagt ist und bei Überschreiten eines Maximaldrucks im Kanal 82 eine Druckmittelverbindung zum Speicherkanal 81 aufsteuert.
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Bei Stromlosschalten des Armaturventils 80 wird dieses durch die Kraft einer Feder in eine Grundposition vorgespannt, in der der Druckanschluss P abgesperrt ist und der Arbeitsanschluss A mit dem Speicherkanal 81 verbunden ist – dem entsprechend ist dann der Druckraum 44 über die Düse 90 zum Niederdruck hin entlastet.
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Stromabwärts (in Entlastungsrichtung) der Düse 90 zweigt ein Steuerkanal 96 von der Entlastungsleitung 78 ab, der in den Steuerraum eines als Logikventils ausgeführten Bypassventils 98 einmündet, so dass dieses durch den Druck in der Entlastungsleitung 78 in Schließrichtung vorgespannt ist. Ein stirnseitiger Anschluss A des Bypassventils 98 ist über eine weitere Düse 100 mit dem Speicherkanal 81 verbunden und ein radialer Anschluss B des Bypassventils 98 ist über einen weiteren Steuerkanal 102 stromaufwärts der Düse 90 mit der Entlastungsleitung 78 verbunden. Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, strömt das Druckmittel in der federvorgespannten Grundposition des Armaturventils 80 aus dem Druckraum 44 ab, so dass über der Düse 90 eine Druckdifferenz entsteht, die in Öffnungsrichtung auf das Bypassventil 98 wirkt, so dass dieses gegen die Kraft einer Vorspannfeder geöffnet wird und somit ein paralleler Entlastungsströmungspfad über die beiden Steuerkanäle 102, 100 aufgesteuert wird, wobei dieser nicht über die Düse 90 führt, so dass die Schließbewegung schneller als bei einem Abströmen über die Düse 90 erfolgt. Bis hierhin entspricht der Aufbau des Regelantriebs 8 im Wesentlichen demjenigen, der in der oben genannten nach veröffentlichten Patentanmeldung beschrieben ist.
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Eine Besonderheit des Regelantriebs gemäß 3 besteht darin, dass parallel zum Armaturventil 80 ein Noffunktionsventil 104 vorgesehen ist, das ebenfalls als Logikventil ausgeführt ist und über eine schwache Feder in seine dargestellte Grundposition vorgespannt ist, in der ein Anschluss A gegenüber einem radialen Anschluss B abgesperrt ist. Der Anschluss A ist über einen Niederdruckkanal 106 und eine Düse 108 mit dem Speicherkanal verbunden. Der radiale Anschluss B des Notfunktionsventils 104 ist über eine Leitung 110 und den Steuerkanal 102 stromaufwärts (Entlastungsrichtung) der Düse 90 mit der Entlastungsleitung 78 verbunden. Ein in Schließrichtung wirksamer Steuerraum ist mit der oben genannten Steuerleitung 26 verbunden, in der ein als 2/2-Wegesitzventil ausgeführtes Steuerumschaltventil 112 angeordnet ist, das über eine Feder in die dargestellte Grundposition vorgespannt ist, in der die Druckmittelverbindung des Steuerraums des Notfunktionsventils 104 zur Steuerleitung 26 aufgesteuert ist. Das Steuerumschaltventil 112 kann elektrisch in eine Sperrstellung umgeschaltet werden, in der die Steuerleitung 26 gegenüber dem Notfunktionsventil 104 leckagefrei abgesperrt ist.
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Die Druckbeaufschlagung der vorgenannten Druckräume des Stellzylinders 10 kann im Prinzip wie in der oben genannten Patentanmeldung beschrieben über die Hydromaschine 66 durch mehrfaches Umpumpen und Ansaugen von Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher 70 erfolgen. Das Spannen des Federspeichers 20 erfolgt über die Hydromaschine 66, wobei Druckmittel in den Spannraum 50 gefördert wird. Zum Verstellen des Ventilkörpers 34 wird Druckmittel in den Spannraum 50 gefördert und aus dem anderen Spannraum 52 ausgeschoben. Das Armaturventil 80 ist dabei in seine dargestellte Schaltstellung elektrisch umgeschaltet, so dass Druckmittel aus dem sich verkleinernden Druckraum 44 in den sich entsprechend vergrößernden Druckraum 42 ausgeschoben wird.
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Bei einer Störung, beispielsweise einem Stromausfall sind die genannten Ventile stromlos, so dass das Armaturventil 80 in seine federvorgespannte Position umgeschaltet wird, in der die Anschlüsse A und T miteinander verbunden sind. Das Druckmittel strömt dann aus dem Druckraum 44 zum Niederdruckspeicher 70 hin ab, wobei die Bewegung des Armaturkolbens 30 durch die Kraft des Federspeichers 20 unterstützt wird. Während dieses Entlastungsvorganges strömt Druckmittel über die Düse 90, so dass die vorbeschriebene Druckdifferenz das Bypassventil 98 öffnet und der weitere Entlastungsströmungspfad zum Niederdruckspeicher 70 aufgesteuert wird. Nach einem vorbestimmten Weg liegt der Ventilkörper 34 auf dem Sitz 36 auf, so dass die Dampfleitung 21 abgesperrt ist. Beim Stromausfall ist auch das Steuerumschaltventil 112 in seine Durchgangsstellung umgeschaltet, so dass die Steuerleitung 26 zum Steuerraum des Notfunktionsventils 104 geöffnet ist. Falls – wie im Folgenden näher erläutert – in der Steuerleitung 26 Niederdruck anliegt, wird dann entsprechend das Notfunktionsventil 104 durch den in Öffnungsrichtung wirkenden Druck stromaufwärts der Düse 90 geöffnet, so dass ein weiterer Entlastungsströmungspfad über die Leitung 110 und den Niederdruckkanal 106 aufgesteuert wird.
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Der Aufbau des Schaltantriebs wird im Folgenden anhand der 4 erläutert.
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Der Schaltantrieb 18 hat einen Schaltzylinder 114, dessen Schaltgehäuse 116 einen nicht dargestellten Ventilkörper der Schaltarmatur betätigt. Der ortsfeste Schaltkolben 22 des Schaltzylinders 114 ist über eine Schaltfeder 118 in Richtung einer Schließposition der Schaltarmatur beaufschlagt. Das Schaltgehäuse 116 begrenzt einen Schaltdruckraum 120, der das Schaltgehäuse 116 in Richtung Öffnen der Schaltarmatur 6 beaufschlagt und somit entgegen der Federkraft wirkt. Bei Druckentlastung des Schaltdruckraums 120 wird somit die Feder 118 wirksam und schließt die Schaltarmatur 6, so dass die Dampfleitung 21 abgesperrt ist.
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Im Schaltdruckraum 120 mündet eine Hauptleitung 122, die andererseits in einer Versorgungsleitung 124 mündet, wobei in der Hauptleitung 122 ein Rückschlagventil 126 vorgesehen ist, das eine Druckmittelströmung in Richtung zum Schaltzylinder 114 zulässt und eine Druckmittelströmung von diesem in Richtung zur Versorgungsleitung 124 sperrt. Die Versorgungsleitung ist über ein weiteres im gleichen Sinn angeordnetes Rückschlagventil 128 an den Druckanschluss einer Schaltpumpe 130 angeschlossen, die beispielsweise elektrisch betätigt ist und deren Sauganschluss über eine Saugleitung 132 an einen Schaltniederdruckspeicher 134 angeschlossen ist. Die Versorgungsleitung 124 verzweigt sich hin zu einem Anschluss A eines Niederdruckventils 136, das in einer federvorgespannten Grundposition (4) den Arbeitsanschluss A mit einem Tankanschluss T verbindet, der seinerseits an eine Tankleitung 138 angeschlossen ist. Der Druck in der Versorgungsleitung 122 wird über ein Druckbegrenzungsventil 140 begrenzt, das bei Überschreiten eines voreingestellten Maximaldrucks eine Druckmittelverbindung zur Tankleitung 138 aufsteuert. Das Niederdruckventil 136 lässt sich elektrisch in eine Schaltposition verstellen, in der die Druckmittelverbindung zur Tankleitung 138 abgesperrt ist. Das Niederdruckventil 136 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Wegesitzventil ausgeführt.
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Eine Besonderheit des Schaltung gemäß 4 besteht darin, dass der Druckraum 120 über insgesamt drei Entlastungspfade 142, 144, 146 mit dem Schaltniederdruckspeicher 134 verbindbar ist, um die Schaltarmatur 6 zu schließen. In jedem der Entlastungspfade 142, 144, 146 sind zwei in Reihe geschaltete Entlastungsventile 148, 150, 152, 154, 156, 158 angeordnet, über die eine Druckmittelverbindung von der Hauptleitung 122 und dem jeweiligen Entlastungspfad 142, 144, 146 zu einer mit dem Schaltniederdruckspeicher 134 verbundenen Ablaufleitung 160 aufsteuerbar ist, die mit der Saugleitung 132 verbunden ist. Jedes der Entlastungsventile 148–158 ist als Logikventil ausgeführt. Die drei Entlastungsventile 150, 154, 158 sind mit ihren Anschlüssen A über jeweils eine Blende 162, 164, 166 mit der Hauptleitung 122 verbunden. Radiale Anschlüsse B dieser Entlastungsventile 150, 154, 158 sind mit den Anschlüssen A der zugeordneten Entlastungsventile 148, 152 bzw. 156 verbunden. Deren radiale Anschlüsse B sind dann ihrerseits an die Ablaufleitung 160 angeschlossen. Die Entlastungsventile 148... 158 sind über eine vergleichsweise schwache Feder in Richtung ihrer Schließposition vorgespannt. In gleicher Richtung wirkt ein Steuerdruck in einem Steuerraum 168, 170, 172, 174, 176, 180. Der Steuerdruck in den genannten Steuerräumen 168–180 wird über jeweils einem Entlastungspfad 142, 144, 146 zugeordnete Entlastungssteuerventile 182, 184 bzw. 186 bestimmt. Diese sind jeweils als 3/2-Wegesitzventile ausgeführt und über eine Feder in eine Grundposition vorgespannt, in der jeweils ein Steueranschluss A mit einem Tankanschluss T verbunden ist, der seinerseits in Druckmittelverbindung mit dem Schaltniederdruckspeicher 134 steht. Jedes der Entlastungsteuerventile 182, 184, 186 kann elektrisch in eine Position umgeschaltet werden, in der der Anschluss A mit einem Druckanschluss P verbunden ist, der seinerseits mit der Versorgungsleitung 124 und somit mit dem Druckanschluss der Schaltpumpe 130 in Druckmittelverbindung steht. Der Arbeitsanschluss A des Entlastungssteuerventils 182 ist über Steuerleitungen mit den Steuerräumen 168 und 174 verbunden. Der Steueranschluss A des Entlastungssteuerventils 184 ist über eine Steuerleitung mit den Steuerräumen 172 und 180 und der Steueranschluss A des dritten Entlastungssteuerventils 186 ist dann entsprechend mit den verbleibenden Steuerräumen 170 und 176 verbunden. Mit anderen Worten gesagt, über jeweils ein Entlastungssteuerventil 182, 184, 186 werden Steuerräume von in unterschiedlichen Entlastungspfaden gelegenen Entlastungsventilen mit Niederdruck oder Hochdruck (Pumpendruck) beaufschlagt. Auf diese Weise wird eine hydraulische „2 aus 3-Schaltung” ausgebildet, durch die sichergestellt ist, dass auch bei Ausfall eines der Entlastungsteuerventile 182, 184, 186 oder der Entlastungsventile 148–158 ein ordnungsgemäßes Schließen im Fall einer Störung gewährleistet ist.
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Bei einem Stromausfall werden die Entlastungssteuerventile 182, 184, 186 durch die Kraft ihrer jeweiligen Schaltfedern in ihre Grundposition verstellt, in der der Entlastungsströmungspfad in Richtung zum Schaltniederdruckspeicher 134 aufgesteuert ist, so dass das Druckmittel aus dem Schaltdruckraum 120 über die drei vorbeschriebenen Entlastungspfade 142, 144, 146 zum Schalten der Druckspeicher abströmt, so dass die Schaltarmatur durch die Kraft der Schaltfeder 118 in ihre Sperrstellung umgeschaltet wird. Dieser Schaltvorgang erfolgt relativ schnell, wobei zur Vermeidung harter Schaltschläge sowohl die Schaltarmatur 6 als auch die Regelarmatur 4 jeweils mit einer Endlagendämpfung ausgeführt sein kann. Gemäß 4 ist die Steuerleitung 26 über eine Abgreifleitung 188 mit der Hauptleitung 122 verbunden, so dass entsprechend in dem Steuerraum des Notfunktionsventils 104 bei geöffnetem Steuerumschaltventil 112 der Pumpendruck (Hochdruck) oder der Niederdruck wirksam ist. Dem entsprechend wird bei einer Druckentlastung des Schaltdruckraums 120 auch das Notfunktionsventil 104 geöffnet, so dass unabhängig von der Ansteuerung des Armaturventils 80 die Regelarmatur 4 in Richtung ihrer Schließstellung verstellt wird. Das zeitliche Aufeinanderfolgen des Schließvorgangs der Schaltarmatur und der Regelarmatur kann beispielsweise über das Steuerumschaltventil 112 bestimmt werden.
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Gemäß der Darstellung in 3 ist das Ölvolumen innerhalb der Steuerleitung 26 zum Regelantrieb praktisch abgeschlossen, da es sich lediglich bis zu dem Steuerraum des Notfunktionsventils 104 erstreckt.
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Die Öffnungsreihenfolge kann durch geeignete Auslegung der vorbeschriebenen Steuerelemente festgelegt werden, wobei beispielsweise durch die Verwendung von Cardrige-Ventilen mit Dämpfungszapfen das Ansprechverhalten so eingestellt werden kann, dass die Regelarmatur 4 vor der Schaltarmatur geöffnet wird.
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Offenbart ist eine hydraulische Stellanordnung mit einer Regelarmatur, die mit einer Notfallbetätigung ausgeführt ist. Die Notfallbetätigung kann elektrisch und hydraulisch ausgelöst werden. Offenbart ist des Weiteren eine Stellanordnung für Armaturen, bei der eine Regelarmatur und eine Schaltarmatur vorgesehen ist, wobei die Schaltarmatur über zumindest zwei parallele Entlastungspfade bei der Notfallbetätigung geschlossen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dampfturbine
- 2
- Stellanordnung
- 4
- Regelarmatur
- 6
- Schaltarmatur
- 8
- Regelantrieb
- 10
- Stellzylinder
- 12
- Notfallbetätigung
- 16
- Dämpfungseinrichtung
- 18
- Schaltantrieb
- 20
- Federspeicher
- 21
- Dampfleitung
- 22
- Schaltkolben
- 24
- Druckraum
- 26
- Steuerleitung
- 28
- Zylinder
- 30
- Armaturkolben
- 32
- Spannkolben
- 34
- Ventilkörper
- 36
- Sitz
- 38
- Kolbenbund
- 40
- Kolbenbund
- 42
- Druckraum
- 44
- Druckraum
- 46
- Zwischenboden
- 48
- Zylinderzapfen
- 50
- Spannraum
- 52
- Spannraum
- 54
- Spannleitung
- 56
- Spannleitung
- 58
- Stellventil
- 60
- Stellventil
- 62
- Druckleitung
- 64
- Zulaufleitung
- 66
- Hydromaschine
- 68
- Elektromotor
- 70
- Niederdruckspeicher
- 72
- Nachsaugventil
- 73
- Rückschlagventil
- 74
- Druckleitung
- 76
- Rückschlagventil
- 78
- Entlastungsleitung
- 80
- Armaturventil
- 81
- Speicherkanal
- 82
- Kanal
- 84
- Nachsaugventil
- 86
- Sperrventil
- 88
- Umgehungskanal
- 90
- Düse
- 92
- Druckbegrenzungskanal
- 94
- Druckbegrenzungsventil
- 96
- Steuerkanal
- 98
- Bypassventil
- 100
- Steuerkanal
- 102
- Steuerkanal
- 104
- Noffunktionsventil
- 106
- Niederdruckkanal
- 108
- Düse
- 110
- Leitung
- 112
- Steuerumschaltventil
- 114
- Schaltzylinder
- 116
- Schaltgehäuse
- 118
- Schaltfeder
- 120
- Schaltdruckraum
- 122
- Hauptleitung
- 124
- Versorgungsleitung
- 126
- Rückschlagventil
- 128
- Rückschlagventil
- 130
- Schaltpumpe
- 132
- Saugleitung
- 134
- Schaltniederdruckspeicher
- 136
- Niederdruckventil
- 138
- Tankleitung
- 140
- Druckbegrenzungsventil
- 142
- Entlastungspfad
- 144
- Entlastungspfad
- 146
- Entlastungspfad
- 148
- Entlastungsventil
- 150
- Entlastungsventil
- 152
- Entlastungsventil
- 154
- Entlastungsventil
- 156
- Entlastungsventil
- 158
- Entlastungsventil
- 160
- Ablaufleitung
- 162
- Blende
- 164
- Blende
- 166
- Blende
- 168
- Steuerraum
- 170
- Steuerraum
- 172
- Steuerraum
- 174
- Steuerraum
- 176
- Steuerraum
- 180
- Steuerraum
- 182
- Entlastungsteuerventil
- 184
- Entlastungsteuerventil
- 186
- Entlastungsteuerventil
- 188
- Abgreifleitung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1413810 A1 [0002, 0002]
- DE 102009021668 A1 [0004, 0004]
- DE 102010011516 [0036]
