DE2248706C2

DE2248706C2 - Ventil mit Antrieb durch einen Elektromotor

Info

Publication number: DE2248706C2
Application number: DE2248706A
Authority: DE
Inventors: Peter Winterthur Hubler (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1972-09-22
Filing date: 1972-10-04
Publication date: 1974-08-01
Also published as: FR2200460A1; SE397574B; JPS5911793B2; CH556492A; DE2248706B1; JPS4971517A; FR2200460B1; US3860029A; GB1446949A; BE804853A; NL7214108A; ES418662A1; NL149588B; DE2248706A1; IT993298B

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit Antrieb durch einen Elektromotor, der über ein Schraubengetriebe auf die Spindel des Ventils einwirkt, wobei Mittel vorgesehen sind, durch die - wenn der Zustand des vom Ventil beeinflußten Mediums einen Sicherheitsgrenzwert überschreitet - das Ventil unter dem Einfluß einer von der Motorkraft unabhängigen Kraft in eine vorbestimmt·.' Eindlage fahrt.

Aus der deutschen Auslegcschrift 1 550 639 ist ein Ventil bekannt, bei dem die Ventilspindel über ein selbsthemmendes Schraubengetriebe vom Elektromolor angetrieben wird. Der das Muttergewinde aufweisende Teil des Schraubengetriebes ist einerseits in einer vom Elektromotor angetriebenen Hülse drehfest und axial verschiebbar gelagert und andererseits mit einem ringförmigen Widerlagerteil verbunden, der unter dem Einfluß einer im Gehäuse abgestutzten Feiler steht. Im Widerlagerteil ist eine Nut angebracht, in die im Normalbetrieb des Ventils ein unter dem Einfluß eines Elektromagneten stehender Arretier ■.lift emiireift. so daß dann die Ventilspindel über das Schraubengetriebe vom Elektromotor \eiMc|!i wird. Fallt der Strom für den Elektromotor ums, mi -»ehaltet der Elektromagnet ab, und der Arretierstift gibt den Widerlagerlei! frei. Unter dem Einfluß der Feder wird dann der Widerlagerteil mit dem Schraubengetriebe schlagartig axial verschoben, wobei die Ventilspindel in eine Endlage und damit der Verschlußteil in die Sicherheitsstellung gelangt.

Nachteilig ist hierbei, daß der Verschlußteil in die

Endlage schlägt. Solche heftige Schlage können Be schädigungen am Ventilsitz oder am Anschlag fur die Öffnungsbewegung des Verschlußteils hervorrufen. Diese Schläge können weiter Druckspilzen in der am Ventil angeschlossenen Leitung zur Folge haben, die

«5 besonders unangenehm sind, wenn das Ventil in hy draulischen Anlagen verwendet wird, aber auch bei Anlagen, in denen Dampf unter hohem Druck steht. Ein weiterer Nachteil des Ventils besieht darin, daß die Mittel, durch die das Ventil in eine vorbestimmte

so Endlage fährt, im Laufe der Zeit funktionsunfähig werden können. Dies gilt für den Arretierstift, der eine gut passende Führung haben muß. Zwischen dem Stift und der Führung kann Passungsrost auftreten, der ein Zurückholen des Stiftes verhindern kann.

*5 Aus der deutschen Patentschrift S44 3Sd ist ein Ventil bekannt, das von einem Elektromotor über Ritzel und Zahnstange angetrieben wird. Zwischen dem Verschlußteil und der Ventilspindel ist eine elektromagnetische Kupplung vorgesehen, die unter Strom den Verschlußteil an der Spindel hält. Bei Stromausfall, z.B. wegen üffnens eines von einem Temperaturfühler betätigten Schalters, im Stromkreis des Elektromotors und der Spule der elektromagnetischen Kupplung, löst sich der Verschlußteil und wird mittels einer Feder schlagartig auf den Ventilsitz bewegt.

Die Erfindung bezweckt, ein Ventil der eingangs genannten Art st) zu verbessern, daß es. wenn das von ihm beeinflußte Medium einen Sicherheitsgrenzweri

4" überschreitet, möglichst rasch ganz öf'net oder ganz schließt, ohne schlagartig in die Sicherheitsstellung zu fahren.

Dies wird erfindiingsgcmäß dadurch erreicht, daß das Schraubengetriebe nicht selbsthemmend ist und die Mittel so ausgebildet sind, daß sie bei Überschreiten des Sicherheitsgrenzwertes die Kraftwirkung vom Elektromotor auf das Schraubengetriebe unterbrechen und die unabhängige Kraft auf die Spindel einwirkt.

Durch diese Ausbildung erfüllt das erfindungsgemäße Ventil ebenfalls außer der Stellfunktion auch die Siciicrhcitsfunktion, wobei im letztgenannten Fall der Verschlußteil des Ventils zwar rasch in seine Findlage fährt, jedoch nicht schlagartig in diese gelangt Damit sind Beschädigungen am Ventilsitz oder an Anschlag für die Üffnungsbcwcgung vermieden. Al· von der Motorkraft unabhängige Kraft kommt außei der in einer feder gespeicherten Energie auch du Druckenergie des vom Ventil beeinflußten Medium:

^f»o in Frage, und zwar entweder allem oder auch /üsarn men mil der Energie einer Feder. Das neue Venti läßt sich in Dampfkraftanlagen einbauen, wobei es al Überströmventil in einer die Kraftmaschine uinge lienden Leitung angeordnet ist und zugleich die Funk tion des sons! gesondert anzubringenden Sicherheils ventils übernimmt. In diesem Falle ist die \nl geöffnete Stellung die Sicherheitsstellung des Ventils Eine weitere Aiiwcndungsmöglichkeit besteht bei im

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klearen Dampfkraftanlagen, m denen das Ventil in vom Druck der vom Druckfühler IO gemessen wird, der Dampfleitung zwischen Dampferzeuger und das Ventil 7 in eine teilweise geöffnete Stellung ge Kraftmaschine ungeordnet ist. Hierbei ist die ge- h_raeht, während dieses Ventil bei Vollast in AbhiJnschliHsene Stellung die Sicherheilsstellung des Yen- gigkeit vom Druckfilter 10 in geschlossener Stellung IiIs. In den meisten Fallen wird der Druck des vom 5 gehalten wird Außer dem Druckfühler 10 ist ein Ventil beeinflußten Mediums den Sicherheitsgrenz- Druckfühler 11 an der Frischdampfleitung 2 angewert bestimmen; es ist jedoch auch möglich, daß die schlossen, der ebenfalls mit dem Antrieb 8 in Verbin-Temperatur des Mediums dafür verwendet wird. dung steht und der den Einfluß des Druckfühlers 10 Aus der deutschen Auslegeschrift 1 051 593 ist ein dominiert wenn der Druck in der Frischdampfiei- clektromotonscher Antrieb fur Schieber mit einer als "> tung 2 einen bestimmten Grenzwert übersteigt, z. B. Zahnstange ausgebildeten Schieberspindel bekannt, beim Absperren des Dampfstromes zum Verbrauauf der ein Ritzel kämmt, wobei zwei Elektromagnet- eher 3. In diesem Falie wird das Ventil 7 bis in seine kupplungen vorgesehen sind, von denen die eine Endlage geöffnet so daß der Dampf aus der Leitung 2 Kupplung als Antnebskupplung und die andere als über die Leitung 6 zum Kondensator 4 gelangt. Haltevorrichtung fur die Schieberspindel ausgebildet «5 Gemäß Fi g. 2 weist das Ventil 7 ein kugelförmiges ist, wenn diese ihre Offenstellung einnimmt. Bei Aus- Gehäuse 12 auf, das mit einem Eintrittsstutzen 13 und fall des Stromes fur den Elektromotor öffnet die Hai- einem Austrittsstutzen 14 versehen ist. Das Gehäuse tevorrichtung, und die Schieberplatte fällt in Schließ- 12 ist im Bereich des Ausirittsstutzens 14 mit dem Stellung. Ventilsitz 15 versehen, der mit dem Verschlußteil 16 Aus der deutschen Auslegeschrift 1 091 82h ist ein « /usair.menwirkt. Der Ver>chlußteil 16 ist auf einer elektromotorischer Stellantrieb für Ventile, Schieber Spindel 17 angebracht, die her eine Stopfbüchse 18 U.dgl. bekannt, wobei ein vom Veniilweg uiiabhängi- aus dem Gehäuse 12 herausgeführt und mit dem Antes Zeitelement vorgesehen ist, das mechanisch vom trieb 8 verbunden ist. Auf der der Spindel 17 abge-Stellantrieb getrennt ist und durch einen Kontakt des wendeten Seite des Verschlußteils Io isi an diesem Motorschützes im Einschaltzeitpunkt in Funktion ge- *5 eine Stange 19 vorgesehen, die zum Führen des Versetzt wird, um dann nach einer einstellbaren Zeit zur -, Jilußieils 16in einem vierarmigen Kreuz 20 (Fig. 3} Abschaltung des Antriebsmotors unmittelbar auf die gleitend geführt ist. Das Kreuz 20 ist zwischen dem Motorschaltschülze einzuwirken. Als Zeitelement Austrittsstutzen 14 und dem anschließenden Leiwird dabei z. B. ein Heißleiter verwendet, dessen An- tungsabschnitt 6 befestigt.

ilerungdvs Widerstandes durch Vor- oder Parallelwi- 3< > Am Einirittsstutzen 13 ist ein Druekfühler 11 ange-

derstände einstellbar ist. Mit dieser Einrichtung sollen schlossen, der aus einem Gehäuse 21 und einem darin

mechanische Endlagenschalter am Ventil vermieden verschiebbaren Kolben 22 besteht, der über eine

werden. Stange 23 auf einen Schaller 24 wirkt.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung si.id Der Antrieb 8 Jes Ventils 7 ist über eine Laterne

in den UnleraiiMpriichen enthalten, fur die Schul/ nur 35 25 mit dem Ventilgehäuse 12 verbunden. Im Bereich

in Verbindung mit dem Hauptanspruch begehrt wird. der Laterne ist die Spindel 17 über eine Kupplung

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in 27 mit einer Steilgewindespindel 26 verbunden. Nahe

der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung der Kupplung 27 weist die Steiigewindespindel 26

crläute-t. Es zeigt _/wc. Arme 58 auf. die sich diametral bis zur Wand

Fig. 1 in schemalischer Darstellung eine Dampf- 4*· der Laterne 25 erstrecken (Ii g. 4) und in dieser axial

kraftanlage, in der das erfindungsgomäße Ventil an- geführt sind und die Spindel 26 gegen Verdrehen si-

gewendet ist, ehern. Auf der Sieilgew indespindel 26 ist ein Zahnrad

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Ventil und 28 angeordnet, dessen Nabe mit einem dem Stetige-

dessen Antrieb, winde entsprechenden Mutiergewmde versehen ist.

pig 3 einen Querschnitt entsprechend der Linie 45 Das Zahnrad 28 wirkt mit einem Kitzel 29 zusammen.

A-B in Fig. 2, das voneinem Elektromotor 30 angerieben wird. Das

Fig.4 einen Querschnitt entsprechend der Linie in F"ig. 2 untere Ende der Spindel 26 sitzt auf einem

C-D in Fig. 2. und I eller 31. der sich auf zwei Schraubenfedern 32 ab-

Fig. 5 und 0 je cnen Längsschnitt durch abgcwan- stutzt, die in einem Gehäuse 33 angeordnet sind, das

deltc Aii'riebc. s° an ein das Zahnradpaar 28, 29 umschließendes Ge-

Geriäß Fig. I weist die Anlage, in der das erlin- hause 34 angeflanscht ist.

dungsgemäße Ventil beispielsweise angewendet wird. Zur Speisung des Elektromotors 30 isl ein Stromeinen Dampferzeuger 1 auf, der über eine Frisch- kreis 35 vorgesehen, dessen Klemmen mit dem Ausdampfleitung 2 mit einem Dampfveibraucher 3. z. B. gang des in Fig. 2 nicht dargestellten Reglers 9 eine einen elektrischen Generator antreibende Tür- 55 (Fig. I) verbunden sind und in dem ein Schalter 36 hi nc. verbunden isi. Pci Dampfwi hrauchcr M uK-t angeordnet ist. Der Schaller 36 wird .on einem Relais einen Kondensator 4 und eine Pumpe 5 mit dem 37 betätii,.. dessen Spule in einem StiomkrcK 38 liegt. Dampler/eugei 1 verbunden. Von dei Irisciidampl- in dem auch der vom Dur kluhlei 11 betätigte Schal· leitung 2 zweigt eine den Damplverbiaucher 3 um- ler 24 liegt. Außer dem Schalter 36 ist im Stromkreis gehende Überströmleitung 6 ab. die in den Konden- ^6o 3$ des Elektromotors 30 ein HandaMsloseschalter 39 sator 4 mundet. In der I.citung6 isl ein Ventil 7 vorgesehen Mit I lilfe eines Widerstandes 40 'M mit angeordnet, dessen Antrieb durch einen Block K an- den Schaltern 36 und 39 und dem Elektromotor 30 gedeutet ist. der in Fig. 2 näher dargestellt ist. Das ein kiiivsi lilußsti<iml.icisgebildet, dci beim Abschal Ventil 7 stelii normalerweise, d.h. wählend des An- ten der Spannung Γ /ur Wiikung kommt, f.ihrens. bei Tcilkrl und Vollast der Dampfkr.ittan *5 Luc Einrichtung naih \ t v. 2 wirkt folgendcrma lage, unter dem Einfluß eines Druckfiihlcrs 10. dci Ben In dci gc/eiclineicn Stellung des Verschluüleils über einen Reglei 9 auf den Antrieb 8 des Ventils 7 16 isl die I'bersiioinlcilung 6 abgesperrt und die wirkt. Beim Anfahren und bei li'illast wird abhängig Sehaliei 24. 36. 39 haben die ge/eiclinele Stellung

innc. Am Strom)· reis 35 wirkt \om Kegler 9 Ihm die Spannung V. unter deren Einfluß der Elektronnuoi 30 über das Getriebe 26. 28. 29 das Ventil 7 gc-ch!ossen hält. Tritt in der Frischdampfleitung 2 ein so hoher Druck auf. daß der am Druckfithler 11 eingestellte Sicherheitsgrenzwert überschritten wird, so wird der Kolben 22 so weit nach links verschoben. daß der Schaltet 24 sieh ölTnet. Dadurch wird das Relais 37 stromlos, und der Schalter 36 öffnet sieh und schließt dabei den mit dem Widerstand 40 gebildeten Kurzschlußstromkreis. Durch das öffnen des Sehalters 36 wird die vom Elektromotor 30 ausgeübte, auf den Verschlußteil 16 wirkende Schließkraft unterbrochen. Da die Slcilgcwindespindel 26 keine Selbsthemmung aufweist, bewegt sich nun unter dem Einfluß des im Ventilgehäuse 12 wirkenden Dampfdrucks und der Federn 32 der Vcrschlußteil 16 in öflnemloiTi Sinne, bis er seine Endlage erreicht hat und das Ventil 7 ganz offen ist. Durch das Einschalten des Widerstandes 40 wird diese Öffnungsbewegung etwas verzögert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist als Mittel zum Unterbrechen der Kraftwirkung vom Elektromotor 30 auf das Schraubengetriebe eine elektromagnetische Kupplung 50 vorgesehen. Die Welle 51 des Elektromotors ist mit einer Scheibe 52 versehen, die auf der Welle drehfest, aber axial verschiebbar ist. Auf der Welle 53 des Ritzels 29 sind zwei Ringe 54 und 54' aus ferromagnetische!!! Material angeordnet, die miteinander über sich in radialer Richtung erstreckende Stegpartien 55 aus nichtferromagnetischen Material verbunden sind. In dem Ringraum zwischen den Ringen 54 und 54' sind z. B. sechs stationäre Elektromagncte 56 über den Umfang verteilt vorgesehen.

Eine weitere Abwandlung zeigt F i g. 5 hinsichtlich der Anordnung des Druckmeßfühlers, indem dieser dreifach vorgesehen ist und über zwei 2-von-3-Schaltungen init dem Stromkreis 35 für den Elektromotor 30 bzw. einem Stromkreis 64 für die Spulen der Elektromagnetc verbunden ist. Zu jedem Druckfühler 11' — hier jeweils als Membrandose ausgebildet — gehört ein Kontaktsatz 59 mit vier Kontaktpaaren, die in der für 2-von-3-Schaltungen bekannten Weise in zwei Stromkreisen 60 und 61 angeordnet sind. Jeder der beiden Stromkreise weist ein Relais 62 bzw. 63 auf. die je zwei Kontaktpaarc im Stromkreis 35 des Elektromotors 30 bzw. im Stromkreis 64 der elektromagnetischen Kupplung betätigen. Während der Stromkreis 35 mit der Ausgangsspannung U des Reglers 9 gespeist wird, ist für den Stromkreis 64 eine gesicherte, vom Regler 9 unabhängige, eine konstante Spannung liefernde Quelle vorgesehen.

Solange der Sicherheitsgrenzwert nicht überschritten wird, stehen die Spulen der Elektromagnete 56 unter Strom, wodurch die Scheibe 52 von ilen inaunetiMcrk'ii Ringen 54 und 54' angezogen wird und der Vei-chhil.Meil des Ventils von der Antriebskraft des Elektromotors 30 in Schließstellung gelullten wird. Wird der Siehe: hcitsgicn/wert überschritten, wobei mindestens zwei der drei Druckfühler 1 Γ den zuuehö-11 ge ti Kontaktsatz 59 in Fig. 5 abwärts drücken, so wird die Stiom/ufuhr zu den Spulen der Elektromagnetc 56 unierbrochen und damit auch die maiine-

Hi tische Kraft zwischen den Ringen 54 und 54' und der Scheibe 52. In diesem Moment wird der Vcrschlußteil 16 — wie zur I i g. 2 beschrieben — in öffnendem Sinne bewegt, bis er seine Endlage erreicht hat.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fi g. β wird ein Bremsmotor 30' verwendet, der mit einer elektromagnetischen Bremse 70 versehen ist. Auf der das Ritzel 29 antreibenden Welle 71 des Motors 30' ist eine Scheibe 72 drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet. An dem das Zahnradpaar 28. 29 umgebenden

ίο Gehäuse 34 sind zwei Ringe 74 und 74' aus fcrromagnetischem Material fest angeordnet, wobei der innere Ring 74' die Welle 71 mit Spiel umgibt. In dem Ringraum zwischen den beiden Ringen sind ζ. Β. vier Elektromagnetc 75 radial angeordnet, deren Spulen in ein m Stromkreis 76 liegen, der unabhängig vom Stromkreis 35 für den Bremsmotor 30' gespeist wird. Im Stromkreis 35 liegt die Spule eines Relais 77. das einen Schalter 78 betätigt, der im Stromkreis 76 liegt. In den Stromkreisen 35 und 76 sind außerdem je ein Schalter 79 und 80 vorgesehen, die gemeinsam vom Relais 62 betätigt werden, dessen Spule im Stromkreis 60 liegt, dessen nicht dargestellte Schalter vom Druckmeßfühlcr 11 betätigt werden. Es können auch bei diesem Beispiel — ähnlich wie zu F i g. 5 beschrieben — 2-von-3-Schaltungen vorgesehen sein.

In der in F i g. 6 gezeichneten Stellung des Schalters 79 ist angenommen, daß die vom Regler 9 kommende Spannung U Null ist. so daß auf den Bremsmotor 30' keine Kraft ausgeübt wird. Gleichzeitig stehen wegen der geschlossenen Schalter 78 und 80 die Spulen der Elektromagnete 75 unter Strom, so daß die Ringe 74 und 74' die Scheibe 72 anziehen und den Motor in gebremster Stellung halten. Der Vcrschlußteil des Ventils 7 hat somit — wie in F i g. 2 — die geschlossene Stellung innc. Übersteigt nun der Druck des Mediums den Sicherheitsgrenzwert, so wird das Relais 62 stromlos und die Schalter 79 und 80 öffnen sich, so daß die Stromkreise 35 und 76 unterbrochen werden. Die Unterbrechung des Stromkreises 76 hai zur Folge, daß das Relais 77 abfällt, der Schalter 7F sich öffnet und die elektromagnetische Bremse 70 gelüftet wird, so daß der Verschlußteil — wie zu F i g. 1 beschrieben — sich in die ganz- geöffnete Stellung^be wegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ventil mit Antrieb durch einen Elektromotor, der über ein Schraubengetriebe auf die Spindel des Ventils einwirkt, wobei Mittel vorgesehen sind, durch die-wenn der Zustand des vom Ventil beeinflußten Mediums einen Sicherheitsgrenzwert überschreitet - dus Ventil unter dem Einfluß einer von der Motorkraft unabhängigen Kraft in eine vorbestimmte Endlage fährt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubengetriebe (26, 28) nicht selbsthemmend ist und die Mittel so ausgebildet sind, daß sie bei Überschreiten des Sicherheitsgrenzwertes die Kraftwirkung vom Elektromotor (30) auf das Schraubengetriebe (26, 28) unterbrechen und die unabhängige Kraft (32) auf die Spindel (17) einwirkt (Fig. 2).

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel Schalter (24, 36, 39) aufweisen, die im Stromkreis des Elektromotors (30) angeordnet sind (Fig. 2).

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine Kupplung (50) aufweisen, die zwischen dem Elektromotor (30) und dem Schraubengetriebe (26, 28) angeordnet ist (Fig. 5).

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (30) eine im nichterregten Zustand des Motors eingeschaltete Bremse (70) aufweist und die Mittel eine Vorrichtung (76, 77. 78) zum Lüften der Bremse aufweisen (Fig. 6).

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die die Geschwindigkeit der Bewegung in die vorbestimmte Endlage begrenzt.

f). Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem Widerstand (40) besteht, der so im Stromkreis (35) des Elektromotor (30) angeordnet ist, daß er bei Abschalten der Stromzufuhr zum Elektromotor (30) eingeschaltet wird (Fig. 2).