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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stellantrieb für ein Regelventil, insbesondere für ein Dampfturbinenregelventil, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben.
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In Dampfkraftwerken wird der mittels eines Dampferzeugers erzeugte Dampf über wenigstens ein, in der Regel zwei bis vier Dampfturbinenregelventile der Dampfturbine zugeführt, in welcher er unter Erzeugung mechanischer Arbeit expandiert wird und anschließend einem Kondensator zur Kondensation zugeführt wird. Die Dampfturbinenregelventile sind in parallelen Dampfzuleitungen der Dampfturbine positioniert, um die gewaltigen Dampfvolumenströme auf die verschiedenen Dampfturbinenregelventile verteilen zu können. Trotz der Aufteilung sind die Dampfvolumenströme pro Ventil immer noch so groß, dass die Ventile in der Regel mehrere Tonnen wiegen und entsprechend der Ventilkörper ein hohes Gewicht aufweist, das von einem entsprechend starken Stellantrieb bewegt werden muss.
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Zum Antrieb der Regelventile werden daher in der Regel vorwiegend hydraulische oder gegebenenfalls auch pneumatische Stellantriebe verwendet, die einen Arbeitszylinder mit einer an einem Kolben angeschlossenen Kolbenstange als Aktuator für den Ventilkörper des jeweiligen Regelventils aufweisen, um durch Einfahren der Kolbenstange in den und Ausfahren der Kolbenstange aus dem Arbeitszylinder den Ventilkörper zu betätigen, damit dieser, beispielweise in dem genannten Dampfkraftwerk, den Strömungsquerschnitt des Dampfturbinenregelventils mehr oder minder verschließt.
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Zur Verschiebung des Kolbens mit der Kolbenstange in dem Arbeitszylinder begrenzt der Kolben wenigstens einen Druckraum, in den ein druckbeaufschlagtes Arbeitsmedium, entweder ein hydraulisches Arbeitsmedium, beispielweise Öl, oder ein pneumatisches Arbeitsmedium, beispielsweise Luft, eingeleitet werden kann, um den Kolben entgegen der Kraft einer Feder zu verschieben. Der Druck des Arbeitsmediums wird über eine Arbeitsmediumpumpe im externen Arbeitsmediumkreislauf aufgebaut, an welchen der Arbeitszylinder mit wenigstens einem entsprechenden Druckanschluss des Druckraumes angeschlossen ist. Da der externe Arbeitsmediumkreislauf, wie bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der Regel als geschlossener Kreislauf ausgeführt ist, weist dieser in der Regel neben einer Druckleitung, über welche das druckbeaufschlagte Arbeitsmedium aus der Arbeitsmediumpumpe in den ersten Druckraum eingeleitet wird, auch eine Tankleitung auf, die Arbeitsmedium über einen zweiten Druckanschluss eines zweiten Druckraumes aus dem zweiten Druckraum, der auf der dem ersten Druckraum abgewandten Seite des Kolbens positioniert und über den Kolben vom ersten Druckraum abgegrenzt ist, ausleitet und beispielsweise der Saugseite der Arbeitsmediumpumpe zuführt. Dadurch kann ein doppeltwirkender Arbeitszylinder zum Ein- und Ausfahren des Kolbens geschaffen werden.
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EP 0 055 351 A1 beschreibt einen entsprechenden elektrohydraulischen Stellantrieb, mit einem an einem externen Arbeitsmediumkreislauf angeschlossenen zweiseitig wirkenden Arbeitszylinder, wobei im externen Arbeitsmediumkreislauf eine Arbeitsmediumpumpe Arbeitsmedium aus einem Arbeitsmediumvorrat über ein Rückschlagventil entweder in einen ersten Druckraum oder einen zweiten Druckraum des Arbeitszylinders fördert, um dessen Kolbenstange gleichwirkend mit der Kraft einer Druckfeder auszufahren oder entgegen der Kraft der Druckfeder einzufahren. Über die Stellung des Kolbens beziehungsweise der Kolbenstange wird der Öffnungsgrad eines Turbinenregelventils bestimmt. Zur Grobpositionierung des Kolbens im Arbeitszylinder ist ein binärer Durchflussschalter als Vier-Wege-Schaltschieber mit drei Schaltstellungen vorgesehen, dessen beide Steuerleitungen mit den Druckräumen auf beiden Seiten des Kolbens im Arbeitszylinder verbunden sind und der ferner über eine Druckleitung mit der Druckseite der Pumpe und eine Tankleitung mit dem Arbeitsmediumvorrat verbunden ist. Zur Feinpositionierung des Kolbens ist ein elektrohydraulischer Umformer in Form eines vorgesteuerten Servoventils vorgesehen.
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Nachteilig an dem Stellantrieb gemäß der
EP 0 055 351 A1 ist, dass durch die Drosselverluste an den Steuerkanten der drosselnden Wegeventile, die als Stetigventile ausgebildet sind, der Wirkungsgrad begrenzt ist. Ferner werden hohe Anforderungen an einen konstanten Versorgungsdruck gestellt, um die Position des Kolbens im Arbeitszylinder exakt regeln zu können.
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DE 40 30 107 A1 beschreibt einen entsprechenden Stellantrieb, bei welchem Drosselverluste durch Stetigventile weitgehend vermieden werden. Gemäß diesem Stellantrieb, der ebenfalls einen Arbeitszylinder mit zwei Druckräumen aufweist, die an einem externen Arbeitsmediumkreislauf mit einer Arbeitsmediumpumpe angeschlossen sind, wird mit der Arbeitsmediumpumpe, die als Konstantpumpe ausgeführt ist und über einen drehzahlgeregelten Motor angetrieben wird, Arbeitsmedium über ein in Förderrichtung offenes Rückschlagventil in einen ersten Druckraum des Arbeitszylinders gepumpt, sodass der Kolben mit der Kolbenstange entgegen der Kraft einer Druckfeder einfährt. Nachteilig ist, dass das Ausfahren der Kolbenstange allein durch die Kraft der Druckfeder bewirkt wird, wodurch das dynamische Stellverhalten asymmetrisch und in Richtung der Federkraft durch nur die hydraulischmechanische Auslegung des Strömungswiderstandes festgelegt ist und durch elektrische Steuersignale nicht beeinflusst werden kann. Darüber hinaus muss die Arbeitsmediumpumpe in der Lage sein, über alle Drehzahlbereiche hinweg gegen den im Druckraum des Arbeitszylinders herrschenden Druck anfahren zu können.
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Auch bei dem Stellantrieb gemäß
EP 2 620 655 A1 werden Drosselverluste in Stetigventilen weitgehend vermieden und zudem ist eine von einem Servomotor angetriebene Arbeitsmediumpumpe im externen Arbeitsmediumkreislauf vorgesehen, die drehzahlvariabel ist und Arbeitsmedium aus einem ersten Druckraum des Arbeitszylinders in einen zweiten Druckraum des Arbeitszylinders und umgekehrt pumpen kann, um dadurch rasch die gewünschte Position des Kolbens und damit der Kolbenstange einzustellen. Hierbei ergibt sich jedoch ebenfalls der Nachteil, dass die Arbeitsmediumpumpe in der Lage sein muss, über alle Drehzahlbereiche hinweg gegen den Arbeitsmediumdruck in den beiden Druckräumen des Arbeitszylinders zu arbeiten und für eine dynamische und präzise Steuerung ein vergleichsweise teurer Synchron-Servomotor notwendig ist. Darüber hinaus muss die Arbeitsmediumpumpe in der Lage sein, im stationären Zustand des Kolbens einen Haltedruck gegen die Feder, mit welcher der Kolben druckbeaufschlagt ist, aufzubringen. Das für den Haltedruck erforderliche Drehmoment bei kleiner Drehzahl ist für den Motor der Arbeitsmediumpumpe ein thermisch ungünstiger Betriebsfall. Auch die Arbeitsmediumpumpe neigt bei hohen Drücken und geringem Volumenstrom, welcher zur Feinpositionierung des Kolbens erforderlich ist, zum Überhitzen.
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EP 0 277 602 A2 offenbart eine Hydraulikanlage zur Betätigung von Arbeitsgeräten an Fahrzeugen. In einer von einer Arbeitsmediumpumpe zu einem Stellantrieb führenden Druckleitung ist ein Abzweig einer Kurzschlussleitung mit einem Kurzschlussventil vorgesehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb für ein Regelventil, insbesondere Dampfturbinenregelventil der eingangs beschriebenen Art, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Stellantriebs anzugeben, mit welchen Drosselverluste im externen Arbeitsmediumkreislauf vorteilhaft vermieden werden, wobei der Stellantrieb geringe Herstellungskosten aufweist und vorteilhaft unter Vermeidung thermisch ungünstiger Betriebszustände der Arbeitsmediumpumpe und eines diese antreibenden Motors arbeitet.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Stellantrieb und ein Verfahren zum Betreiben desselben gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Stellantrieb für ein Regelventil, insbesondere Dampfturbinenregelventil, weist einen Arbeitszylinder mit einem daran angeschlossenen externen Arbeitsmediumkreislauf auf. Der Arbeitszylinder umfasst einen Kolben mit einer daran angeschlossen Kolbenstange, die einen Aktuator für das Regelventil ausbildet. Die Kolbenstange ist entsprechend aus dem Arbeitszylinder ausfahrbar und in diesen einfahrbar, um dadurch den Öffnungsquerschnitt des Regelventils zu bestimmen, beispielsweise durch unmittelbaren oder mittelbaren Anschluss der Kolbenstange an einen Ventilkörper des Regelventils, sodass der Ventilkörper einen Strömungsquerschnitt des Regelventils in Abhängigkeit der Stellung der Kolbenstange mehr oder minder öffnet.
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Der Kolben des Arbeitszylinders begrenzt wenigstens einen ersten Druckraum des Arbeitszylinders und der erste Druckraum weist einen ersten Druckanschluss zum Einleiten eines druckbeaufschlagten Arbeitsmediums in den ersten Druckraum auf, um den Kolben mit der Kolbenstange entgegen einer Kraft einer Feder, insbesondere Druckfeder, welche dem Arbeitszylinder zugeordnet ist, durch Druckbeaufschlagung zu verschieben. Beispielsweise fährt die Kolbenstange mit zunehmender Druckbeaufschlagung im ersten Druckraum zunehmend weiter in den Arbeitszylinder ein und mit nachlassender Druckbeaufschlagung im ersten Druckraum aus dem Arbeitszylinder aus. Vorteilhaft wird zugleich mit einer nachlassenden Druckbeaufschlagung im ersten Druckraum ein zweiter auf der vom ersten Druckraum abgewandten Seite des Kolbens vorgesehener Druckraum zunehmend mit Arbeitsmediumdruck beaufschlagt, wie nachfolgend noch erläutert wird.
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Über den externen Arbeitsmediumkreislauf, der eine über einen Motor, beispielsweise Elektromotor (E-Motor) angetriebene Arbeitsmediumpumpe aufweist, kann druckbeaufschlagtes Arbeitsmedium in den ersten Druckraum gepumpt werden. Ferner kann über den externen Arbeitsmediumkreislauf das Arbeitsmedium aus dem ersten Druckraum abgelassen werden.
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Die Arbeitsmediumpumpe ist hierfür mit einer an einer Druckseite der Arbeitsmediumpumpe angeschlossenen Druckleitung mit dem ersten Druckanschluss des ersten Druckraums verbunden, wobei in der Druckleitung ein in Richtung des ersten Druckanschlusses und damit des ersten Druckraumes öffnendes Rückschlagventil oder ein Absperrventil vorgesehen ist.
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Erfindungsgemäß zweigt von der Druckleitung in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums vor dem Rückschlagventil oder Absperrventil, bezogen auf die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums aus der Arbeitsmediumpumpe in den ersten Druckraum, eine Kurzschlussleitung ab, welche die Druckleitung unter Umgehung des Arbeitszylinders mit einer Saugseite der Arbeitsmediumpumpe verbindet, wobei in der Kurzschlussleitung ein Kurzschlussventil angeordnet ist, mittels welchem die Kurzschlussleitung wahlweise absperrbar ist. Unter Absperrung ist hierbei jeder Zustand des Kurzschlussventils gemeint, der eine Strömung des Arbeitsmediums von der Druckleitung über die Kurzschlussleitung zur Saugseite der Arbeitsmediumpumpe verhindert.
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Auf der Saugseite der Arbeitsmediumpumpe kann beispielsweise ein Arbeitsmediumvorrat, auch Tank genannt, vorgesehen sein, aus welchem die Arbeitsmediumpumpe Arbeitsmedium pumpt und/oder der zum Ausgleich von Volumenschwankungen im externen Arbeitsmediumkreislauf dient, beispielsweise aufgrund des Verschiebens des Kolbens im Arbeitszylinder.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kurzschlussventil als ungeregeltes Auf-Zu-Ventil ausgeführt, das ausschließlich zwei Schaltstellungen aufweist, nämlich eine erste Schaltstellung, in welcher es einen Strömungsquerschnitt der Kurzschlussleitung versperrt, und eine zweite Schaltstellung, in welcher es den Strömungsrichtung der Kurzschlussleitung freigibt beziehungsweise öffnet. Zum Versperren gilt das zuvor zur Absperrung Ausgeführte.
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Besonders vorteilhaft weist der Arbeitszylinder einen zweiten Druckraum mit einem zweiten Druckanschluss auf, wobei unter dem Begriff Druckanschluss nicht zwingend zu verstehen ist, dass der zweite Druckraum mit einem Überdruck von außen beaufschlagt wird.
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Der Kolben des Arbeitszylinders trennt den ersten Druckraum vom zweiten Druckraum ab. Vorteilhaft ist im externen Arbeitsmediumkreislauf eine Reversierleitung vorgesehen, über welche der erste Druckanschluss des ersten Druckraumes mit dem zweiten Druckanschluss des zweiten Druckraumes arbeitsmediumleitend verbunden ist, wobei in der Reversierleitung ein Reversierventil vorgesehen ist, mittels welcher die Reversierleitung wahlweise absperrbar ist. Somit kann druckbeaufschlagtes Arbeitsmedium aus dem ersten Druckraum über die Reversierleitung in den zweiten Druckraum geleitet werden, um den Kolben mit der Kolbenstange unter Verkleinerung des ersten Druckraumes und Vergrößerung des zweiten Druckraumes zu verschieben, beispielsweise auszufahren.
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Das Reversierventil ist vorteilhaft als ungeregeltes Auf-Zu-Ventil ausgeführt, das ausschließlich zwei Schaltstellungen aufweist, nämlich eine erste Schaltstellung, in welcher es den Strömungsquerschnitt der Reversierleitung versperrt, und eine zweite Schaltstellung, in welcher es den Strömungsquerschnitt der Reversierleitung freigibt beziehungsweise öffnet. Auch hier gilt das zuvor zur Absperrung Ausgeführte analog.
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Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist in der Reversierleitung ferner eine Drossel vorgesehen, die entweder einen konstanten Querschnitt aufweist oder im Falle einer variabel einstellbaren Drossel einen variablen Strömungsquerschnitt begrenzt. Damit kann die Hubgeschwindigkeit des Kolbens festgelegt oder variabel eingestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist parallel zur Reversierleitung im externen Arbeitsmediumkreislauf eine Schnellschlussleitung vorgesehen, in der ein Schnellschlussventil angeordnet ist. Die Schnellschlussleitung verbindet den ersten Druckanschluss des ersten Druckraumes arbeitsmediumleitend mit dem zweiten Druckanschluss des zweiten Druckraumes, wenn das Schnellschlussventil geöffnet ist. Hiermit ist es möglich, zum schnellen Erreichen einer Fail-Safe-Stellung den Kolben beziehungsweise die Kolbenstange in die geeignete Position zu fahren, beispielsweise in den Arbeitszylinder durch die Kraft der Feder eingefahren oder aus dem Arbeitszylinder durch die Kraft der Feder ausgefahren.
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Auch das Schnellschlussventil ist vorteilhaft als ungeregeltes Auf-Zu-Ventil ausgeführt, das ausschließlich zwei Schaltstellungen aufweist, nämlich eine erste Schaltstellung, in welcher es den Strömungsquerschnitt der Schnellschlussleitung versperrt, und eine zweite Schaltstellung, in welcher es den Strömungsquerschnitt der Schnellschlussleitung freigibt beziehungsweise öffnet.
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Am zweiten Druckanschluss des zweiten Druckraumes kann eine Tankleitung angeschlossen sein, die arbeitsmediumleitend mit der Saugseite der Arbeitsmediumpumpe verbunden ist, insbesondere frei von einem zwischengeschalteten Ventil oder einer Drosseleinrichtung. Die Tankleitung wird vorliegend aufgrund ihres Anschlusses an der Saugseite der Arbeitsmediumpumpe als Tankleitung bezeichnet, was nicht zwingend bedeutet, dass ein gesonderter Arbeitsmediumtank oder Arbeitsmediumvorrat vorgesehen ist. Vorteilhaft ist jedoch an dieser Tankleitung der Arbeitsmediumvorrat angeschlossen, sodass die Arbeitsmediumpumpe Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumvorrat fördern kann. Dabei kann der Arbeitsmediumvorrat jedoch auch ausschließlich zum Ausgleich von Volumenschwankungen im externen Arbeitsmediumkreislauf dienen und muss nicht als durchflossener Arbeitsmediumvorrat ausgeführt sein.
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Die Reversierleitung und/oder die Schnellschlussleitung zweigt vorteilhaft in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums hinter dem Rückschlagventil oder Absperrventil, wiederum gesehen in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums von der Arbeitsmediumpumpe zu dem ersten Druckanschluss beziehungsweise dem ersten Druckraum, von der Druckleitung ab und mündet in der Tankleitung.
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Gemäß einer Ausführungsform zweigt in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums vor dem Rückschlagventil oder Absperrventil eine Überdruckleitung mit einem Überdruckventil von der Druckleitung ab und mündet in der Tankleitung ein. Auch das Überdruckventil kann als ungeregeltes Auf-Zu-Ventil ausgeführt sein, das heißt ausschließlich zwei Schaltstellungen aufweisen, nämlich eine erste Schaltstellung, in welcher es den Strömungsquerschnitt der Überdruckleitung versperrt, und eine zweite Schaltstellung, in welcher es den Strömungsquerschnitt der Überdruckleitung freigibt. Mit der Überdruckleitung und dem Überdruckventil können unerwünschte Überdrücke in der Druckleitung beziehungsweise auf der Druckseite der Pumpe vermieden werden.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht es, dass der Motor, mit welchem die Arbeitsmediumpumpe angetrieben wird, als elektrischer Asynchronmotor ausgeführt ist, der nicht in der Lage sein muss, gegen den Arbeitsmediumdruck im ersten Druckraum hoch zu laufen. Vielmehr kann die insbesondere im stationären Zustand des Arbeitsventils ausgeschaltete Arbeitsmediumpumpe, in der Regel bei stromlosem Motor, wenn nun der Kolben des Arbeitsventils mit der Kolbenstange verschoben werden kann, zunächst drucklos hochgefahren werden, ohne dass vom Motor ein nennenswertes Lastmoment aufgenommen werden muss.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Stellantriebs sieht daher vor, dass zum Verschieben des Kolbens und damit der Kolbenstange, um das Regelventil zu betätigen, zunächst die Arbeitsmediumpumpe bei geöffnetem Kurzschlussventil und geschlossenem Rückschlagventil oder Absperrventil mit dem Motor drucklos auf Nenndrehzahl hochfahren wird und erst anschließend das Kurzschlussventil geschlossen wird und Arbeitsmedium mit der Arbeitsmediumpumpe über das geöffnete Rückschlagventil, das sich dann aufgrund des Druckaufbaus nach Schließen des Kurzschlussventils selbsttätig öffnet, oder das Absperrventil, das insbesondere aktiv angesteuert geöffnet werden kann, in den ersten Druckraum gepumpt wird, um die Kolbenstange entgegen der Kraft der Feder zu verschieben, beispielsweise in den Arbeitszylinder einzufahren.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, dass ein elektrischer Asynchronmotor wesentlich günstiger als ein Servomotor ist, der lastmomentbeaufschlagt hochfahren kann. Ferner können einfache (ungeregelte) Schaltventile anstatt von Regelventilen zum Einsatz kommen, was Drosselverluste vermeidet. Auch ist es möglich, den Stellantrieb mit digitalen Signalen, das heißt Auf-Zu-Signalen zu steuern, anstelle von Regelsignalen. So kann beispielsweise durch getaktetes Schalten des Kurzschlussventils die Position des Kolbens im Arbeitszylinder und damit die Position der Kolbenstange eingestellt werden. Wenn die gewünschte Stellung erreicht ist, kann der Motor mit geringem Energiebedarf bei geöffnetem Kurzschlussventil weiterlaufen, weil er nahezu lastfrei arbeitet, oder er kann abgeschaltet werden.
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Durch Öffnen des Reversierventils kann die Federkraft des Arbeitszylinders genutzt werden, um die Position des Kolbens und damit der Kolbenstange zu verändern, indem Druck aus dem ersten Druckraum abgelassen wird, in den zweiten Druckraum und/oder den Arbeitsmediumvorrat. Wenn in Reihe zu dem Reversierventil in der Reversierleitung eine variable Drossel vorgesehen ist, kann trotz Verwendung eines Auf-Zu-Ventils als Reversierventil die Hubgeschwindigkeit des Arbeitszylinders beim Verringern des Volumens des ersten Druckraumes eingestellt werden.
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Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, die Hubgeschwindigkeit in dem genannten Fall durch getaktetes Ansteuern des Reversierventils einzustellen.
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Obwohl ein bevorzugter Anwendungsbereich des Stellantriebs der Antrieb eines Dampfturbinenregelventils ist, kann der Stellantrieb auch zum Antrieb anderer Regelventile beispielsweise von Gasturbinen oder auch anderer Aggregate verwendet werden.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur exemplarisch beschrieben werden.
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgeführten Stellantrieb dargestellt. Der Stellantrieb regelt beispielsweise die Position des Ventilkörpers 100 gegenüber einem Ventilsitz 101 eines hier nur schematisch dargestellten Dampfturbinenregelventils 102 in der Dampfzufuhr 103 einer Dampfturbine 104.
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Der Stellantrieb weist einen Arbeitszylinder 1 mit einem Kolben 2 und einer daran angeschlossenen Kolbenstange 3 auf, wobei die Kolbenstange 3 den Aktuator für das Dampfturbinenregelventil 102 darstellt.
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Der Kolben 2 ist durch eine Feder 4 im Sinne eines Schließens des Regelventils, hier Dampfturbinenregelventils 102 vorbelastet. In Richtung der Federkraft fährt die Kolbenstange 3 im gezeigten Ausführungsbeispiel aus dem Arbeitszylinder 2 aus, wobei in einem anderen Ausführungsbeispiel auch ein Einfahren der Kolbenstange 3 ein Schließen des Regelventils bewirken könnte und entsprechend der Kolben in die andere Richtung durch die Federkraft vorbelastet sein müsste. Selbstverständlich sind auch Anwendungsfälle denkbar, in dem die Feder ein Öffnen des Regelventils bewirkt.
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Der Arbeitszylinder 1 weist einen ersten Druckraum 5 mit einem ersten Druckanschluss 6 auf. Durch Einbringen von druckbeaufschlagtem Arbeitsmedium in den ersten Druckraum 5 und Volumenvergrößerung des ersten Druckraumes 5 wird die Kolbenstange 3 in den Arbeitszylinder 1 entgegen der Kraft der Feder 4 eingefahren und der Ventilkörper 100 vom Ventilsitz 101 abgehoben, beziehungsweise im Allgemeinen das Regelventil geöffnet. Dabei wird ein zweiter Druckraum 7 auf der dem ersten Druckraum 5 abgewandten Seite des Kolbens 2 im Arbeitszylinder in seinem Volumen verkleinert und das Arbeitsmedium aus dem zweiten Druckraum 7 wird über den zweiten Druckanschluss 8 in die Tankleitung 9 des externen Arbeitsmediumkreislaufes 10 verdrängt. Die Tankleitung 9 ist beispielsweise im Wesentlichen drucklos und am Arbeitsmediumvorrat 11 angeschlossen, welcher das Differenzvolumen des Arbeitszylinders 1 zwischen ausgefahrener und eingefahrener Stellung der Kolbenstange 3 ausgleicht. Es kommen jedoch auch externe Arbeitsmediumkreisläufe 10 mit druckbeaufschlagter Tankleitung 9 in Betracht.
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Im externen Arbeitsmediumkreislauf 10 ist eine mittels eines Motors 12 angetriebene Arbeitsmediumpumpe 13 vorgesehen, die eine Saugseite 14 und eine Druckseite 15 aufweist. An der Saugseite 14 ist die Tankleitung 9 angeschlossen, an der Druckseite 15 ist eine Druckleitung 16 angeschlossen.
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Die Druckleitung 16 ist mit ihrem der Arbeitsmediumpumpe 13 abgewandten Ende am ersten Druckanschluss 6 des ersten Druckraumes 5 angeschlossen, sodass die Arbeitsmediumpumpe 13 Arbeitsmedium aus der Tankleitung 9 und/oder aus dem Arbeitsmediumvorrat 11 über die Druckleitung 16 in den ersten Druckraum 5 pumpen kann.
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Die Arbeitsmediumpumpe 13 ist beispielsweise als Konstantpumpe ausgeführt, die hinsichtlich ihres Fördervolumens auf eine einzige Nenndrehzahl ausgelegt ist. Der Motor 12 ist beispielsweise als elektrischer Asynchronmotor ausgeführt.
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In der Druckleitung 16 ist ein Rückschlagventil 17 vorgesehen, das in Richtung des ersten Druckanschlusses 6 öffnet und in Richtung der Arbeitsmediumpumpe 13 beziehungsweise der Druckseite 15 derselben sperrt. Wenn somit im druckbeaufschlagten Zustand des ersten Druckraumes 5 die Arbeitsmediumpumpe 13 ausgeschaltet wird, so wird das Arbeitsmedium bei geschlossenem Rückschlagventil 17 im ersten Druckraum 5 gehalten. Anstelle des Rückschlagventils 17 könnte ein Absperrventil vorgesehen sein, dass beispielsweise von extern, insbesondere zusammen mit dem nachfolgend noch beschriebenen Kurzschlussventil 19 angesteuert wird.
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Stromaufwärts des Rückschlagventils 17 zweigt von der Druckleitung 16 eine Kurzschlussleitung 18 ab, die in der Tankleitung 9 und damit auf der Saugseite 14 der Arbeitsmediumpumpe 13 mündet. In der Kurzschlussleitung 18 ist ein Kurzschlussventil 19 vorgesehen, das im stromlosen Zustand die Druckseite 15 der Arbeitsmediumpumpe 13 unter Umgehung des Arbeitszylinders 1 mit der Saugseite 14 beziehungsweise dem Arbeitsmediumvorrat 11 über die Kurzschlussleitung 18 verbindet. Im angesteuerten Zustand hingegen verhindert das Kurzschlussventil 19 eine Strömung von Arbeitsmedium von der Druckseite 15 über die Kurzschlussleitung 18 auf die Saugseite 14, sodass sich auf der Druckseite 15 in der Druckleitung 16 ein Druck aufbaut, der das Rückschlagventil 17 entgegen der Federkraft des Rückschlagventils 17 öffnet.
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Solange die Kurzschlussleitung 18 zum Verbinden der Druckseite 15 mit der Saugseite 14 geöffnet ist, kann der Motor 12 ohne Lastmoment auf die Nenndrehzahl hochlaufen und die Arbeitsmediumpumpe 13 auf ihre Nenndrehzahl bringen. Nach Erreichen der Nenndrehzahl kann durch Betätigen des Kurzschlussventils 19 dann die Arbeitsmediumpumpe 13 Arbeitsmedium über das Rückschlagventil 17 in den ersten Druckraum 5 pumpen und die Kolbenstange 3 fährt, wie dargestellt, gegen die Kraft der Feder 4 in den Arbeitszylinder 1 ein. Durch die zeitliche Steuerung der Betätigung des Kurzschlussventils 19 kann die gewünschte Stellung des Kolbens 2 beziehungsweise der Kolbenstange 3 und damit des Ventilkörpers 100 relativ zum Ventilsitz 101 erreicht werden. Der Motor 12 kann danach mit geringem Energiebedarf weiterlaufen oder er kann ganz abgeschaltet werden.
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Soll die Kolbenstange 3 hingegen ausgefahren werden, so wird das Reversierventil 20 in der Reversierleitung 21 betätigt, welche stromabwärts des Rückschlagventils 17 von der Druckleitung 16 abzweigt und in der Tankleitung 9 einmündet, und die Federkraft der Feder 4 kann das Arbeitsmedium aus dem ersten Druckraum 5 über die Reversierleitung 21 in die Tankleitung 9 beziehungsweise den Arbeitsmediumvorrat 11 verdrängen. Mit der hier in der Reversierleitung 21 vorgesehenen einstellbaren Drossel 22 kann die Hubgeschwindigkeit des Arbeitszylinders 1 beim Ausfahren der Kolbenstange 3 eingestellt werden und gleichzeitig das Reversierventil 20 als ungeregeltes Auf-Zu-Ventil ausgeführt werden.
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Parallel zur Reversierleitung 21 zweigt von der Druckleitung 16 noch die Schnellschlussleitung 23 ab und mündet in der Tankleitung 9 ein. Durch Öffnen des Schnellschlussventils 24 kann das Dampfturbinenregelventil 102 schnell in die Fail-Safe-Stellung verbracht werden, wofür die Kolbenstange 3 aus dem Arbeitszylinder 1 ausgefahren wird. Auch hier kann die Hubgeschwindigkeit mittels einer in der Schnellschlussleitung 23 vorgesehenen Drossel 25 eingestellt werden und das Schnellschlussventil 24 kann als ungeregeltes Auf-Zu-Ventil ausgeführt sein.
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Schließlich zweigt von der Druckleitung 16 stromaufwärts des Rückschlagventils 17 noch die Überdruckleitung 26 ab, in der das Überdruckventil 27, auch Druckbegrenzungsventil genannt, angeordnet ist. Die Überdruckleitung 26 mündet ebenfalls in der Tankleitung 9 ein. Das Überdruckventil 27 begrenzt den maximalen Druck in der Druckleitung 16.
