DE2915505C2

DE2915505C2 -

Info

Publication number: DE2915505C2
Application number: DE2915505A
Authority: DE
Inventors: Andrew Pittsburgh Pa. Us Hankosky; Robert L. Raleigh N.C. Us Clapper
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Sensus Spectrum LLC
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1979-04-17
Publication date: 1990-01-04
Also published as: FR2423703B1; ES479646A1; NL7902821A; CH642728A5; AU538319B2; AU4558679A; FR2423703A1; IT7921836A0; SE7903242L; CA1104467A; JPS54140220A; IT1119723B; GB2018895A; SE440128B; BE875611A; GB2018895B; DE2915505A1; JPS6134583B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stellvorrichtung für ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an actuator for a Valve according to the preamble of claim 1.

Zum Schließen großer Ventile in Speisewasser- und Dampfsystemen von Kraftwerken werden Stellvorrichtungen verwendet. Gegenwärtig ist man der Auffassung, daß eine mit einem Hydraulikzylinder und einem Gasdruckspeicher arbeitende Stellvorrichtung eine ausgezeichnete Einrichtung zum schnellen Schließen dieser Ventile darstellt. Dabei bewegt sich ein mittels Hydrauliköl betriebener, in dem Hydraulikzylinder angeordneter Kolben zum Öffnen des Ventils gegen ein Hochdruckgas, das auf die andere Seite des Kolbens wirkt. Eine bestimmte Menge Hochdruckgas wird in einem Druckspeicher bereitgehalten, um eine ausreichende Menge zur Betätigung des Kolbens zum schnellen Schließen des Ventils zur Verfügung zu haben, wenn der Hochdruck abfällt.For closing large valves in feed water and steam systems Actuators are used in power plants. Currently it is believed that one with a hydraulic cylinder and a gas pressure actuator an excellent facility for quickly closing this Represents valves. One moves using hydraulic oil operated piston arranged in the hydraulic cylinder for Open the valve against a high pressure gas that is on the other Side of the piston acts. A certain amount of high pressure gas will held in a pressure accumulator to provide sufficient Quantity for actuating the piston for quick closing of the Valve available when the high pressure drops.

Die in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung gezeigte bekannte Stellvorrichtung 10 enthält einen Hydraulikzylinder 12, der auf einem Kragen 14 eines Ventils 16 befestigt ist. In dem Hydraulikzylinder 12 ist ein Kolben 18 mit einer sich von einer ersten Seite 22 des Kolbens 18 durch eine Öffnung 24 in einem ersten Endabschnitt 26 des Zylinders 12 erstreckenden Kolbenstange 20 gleitend angeordnet. Die Kolbenstange 20 hat einen darüber hinausgehenden Endabschnitt 28, der mittels einer Kupplung 30 mit einem Ventilschaft 32 verbunden ist.The known actuating device 10 shown in FIG. 1 of the accompanying drawing contains a hydraulic cylinder 12 which is fastened on a collar 14 of a valve 16 . In the hydraulic cylinder 12, a piston slidably disposed with a line extending from a first side 22 of the piston 18 through an opening 24 in a first end portion 26 of the cylinder 12 piston rod 20 eighteenth The piston rod 20 has an end section 28 which extends beyond it and is connected to a valve stem 32 by means of a coupling 30 .

Der Ventilschaft 32 erstreckt sich zur Bedienung eines Verschlußkörpers 36 durch eine Dichtung 33 in einen Deckel 34 des Ventils 16. In dem gezeigten Zustand befinden sich der Kolben 18 und damit der Verschlußkörper 36 in der geöffneten Stellung.To operate a closure body 36, the valve stem 32 extends through a seal 33 into a cover 34 of the valve 16 . In the state shown, the piston 18 and thus the closure body 36 are in the open position.

Die bekannte Stellvorrichtung weist weiter einen Druckspeicher 38 auf, der sphärisch ausgebildet ist und eine Druckspeicherwand 40 aufweist, die von dem Zylinder 12 an einer Öffnung 42 geschnitten wird. Der Zylinder 12 ist fest, dichtend mit der Druckspeicherwand 40 verbunden und relativ zu ihr so angeordnet, daß ein zweiter Endabschnitt 44 des Zylinders 12 im Innern des Druckspeichers angeordnet ist. Der zweite Endabschnitt 44 des Zylinders 12 ist offen, damit das im Inneren 46 des Druckspeichers 38 befindliche Hochdruckgas auf eine Stirnseite bzw. zweite Seite 48 des Kolbens 18 einwirken kann.The known actuating device furthermore has a pressure accumulator 38 which is spherical and has a pressure accumulator wall 40 which is cut by the cylinder 12 at an opening 42 . The cylinder 12 is fixed, sealingly connected to the pressure accumulator wall 40 and arranged relative to it in such a way that a second end section 44 of the cylinder 12 is arranged inside the pressure accumulator. The second end section 44 of the cylinder 12 is open so that the high-pressure gas located in the interior 46 of the pressure accumulator 38 can act on an end face or second side 48 of the piston 18 .

Wenn das Ventil normal arbeitet, wird durch eine Eintrittsöffnung 50 ins Innere des Zylinders 12 ein Hydraulikfluid zugeführt, das auf die erste Stirnfläche bzw. Seite 22 des Kolbens 18 zur Bewegung des Kolbens gegen die Wirkung des Hochdruckgases in dem Druckspeicher 28 einwirkt, bis sich das Ventil 16 in der in Fig. 1 gezeigten, geöffneten Stellung befindet. Wenn man das Ventil 16 schließen will, läßt man das Hydraulikfluid durch die Eintrittsöffnung 50 schnell aus dem Zylinder 12 herausströmen, wodurch das Hochdruckgas auf die zweite Stirnfläche 48 des Kolbens 18 wirkt und damit den Kolben axial in Schließrichtung bewegt. When the valve is operating normally, a hydraulic fluid is supplied through an inlet opening 50 into the interior of the cylinder 12 , which acts on the first end face or side 22 of the piston 18 to move the piston against the action of the high pressure gas in the pressure accumulator 28 until this occurs Valve 16 is in the open position shown in FIG. 1. If you want to close the valve 16 , the hydraulic fluid is allowed to flow quickly out of the cylinder 12 through the inlet opening 50 , as a result of which the high-pressure gas acts on the second end face 48 of the piston 18 and thus moves the piston axially in the closing direction.

Der Kolben der Stellvorrichtung 10 ist mit einem Paar Dichtringen 52 versehen, die dafür sorgen, daß kein Hydrauliköl ins Innere 46 des Druckspeichers 38 infolge einer Leckage gelangt. Für den Fall, daß der der ersten Stirnfläche 22 benachbarte Dichtring 52 leckt, ist eine Einrichtung vorgesehen, die verhindert, daß das Hydraulikfluid auch über den anderen Dichtring 52 hinausgelangt. Hierzu sind radial sich erstreckende Kanäle 54 mit dem Raum zwischen dem Dichtring 52 und einem axialen Kanal 56 der Kolbenstange 20 verbunden. Der Kanal 56 erstreckt sich bis zu dem entfernten Endabschnitt 28 der Kolbenstange 20 und mündet in einem Anschlußstück 58, das zur Atmosphäre geöffnet werden kann. Sollte daher eine Leckage, wie oben beschrieben, auftreten, gelangt das Hydraulikfluid in die Kanäle 54 und 56 und kann durch das Anschlußstück 58 zur Atmosphäre abgegeben werden. Da das Innere 46 des Druckspeichers 48 unter einem wesentlich höheren Druck steht als der, der in diesen Kanälen herrscht, kann das Hydraulikfluid nicht über den dem zweiten Endabschnitt 48 des Kolbens 18 benachbarten Dichtring 52 hinausgelangen.The piston of the actuating device 10 is provided with a pair of sealing rings 52 which ensure that no hydraulic oil gets into the interior 46 of the pressure accumulator 38 as a result of a leak. In the event that the sealing ring 52 adjacent to the first end face 22 leaks, a device is provided which prevents the hydraulic fluid from reaching the other sealing ring 52 as well . For this purpose, radially extending channels 54 are connected to the space between the sealing ring 52 and an axial channel 56 of the piston rod 20 . The channel 56 extends to the distal end portion 28 of the piston rod 20 and opens into a connector 58 which can be opened to the atmosphere. If a leakage occurs as described above, the hydraulic fluid enters channels 54 and 56 and can be released to the atmosphere through connector 58 . Since the interior 46 of the pressure accumulator 48 is at a substantially higher pressure than that prevailing in these channels, the hydraulic fluid cannot get beyond the sealing ring 52 adjacent to the second end section 48 of the piston 18 .

Die bekannte Stellvorrichtung 10 arbeitet normalerweise zuverlässig, wobei jedoch eine relativ starre Kupplung 30 bewirkt, daß die gesamte auf den Kolben 18 wirkende Kraft auf den Verschlußkörper 36 wirkt, wodurch eine Beschädigung des Ventils während der Rückstellung auftreten kann, wenn der Druck des Hydraulikfluids und der des Hochdruckgases nicht genau eingestellt sind. Eine Einrichtung zur Begrenzung der bei der Rückstellung aufgebrachten Kraft ist für den Fall äußerst bedenklich, daß das Hochdruckgas in dem Druckspeicher infolge einer Leckage oder eines Bruchs des Druckspeichers entweichen kann. Zur Verbesserung hat man eine teilweise Abdeckung des zweiten Endabschnitts 44 des Zylinders 12 zur Begrenzung der Aufwärtsbewegung des Kolbens 18 beim Öffnen des Ventils vorgesehen. The known actuating device 10 normally works reliably, but a relatively rigid coupling 30 causes all the force acting on the piston 18 to act on the closure body 36 , which can cause damage to the valve during the reset when the pressure of the hydraulic fluid and the of the high pressure gas are not precisely adjusted. A device for limiting the force applied during the reset is extremely questionable in the event that the high-pressure gas in the pressure accumulator can escape as a result of a leak or a break in the pressure accumulator. To improve, a partial covering of the second end section 44 of the cylinder 12 has been provided to limit the upward movement of the piston 18 when the valve is opened.

Der Abstand zwischen der Abdeckung am zweiten Ende 44 und der Rückstellung des Ventils 16 kann jedoch aus Toleranzgründen nur schwer so genau eingehalten werden, daß mit Sicherheit eine übermäßige Kraft auf den Rückdichtsitz des Ventils verhindert wird. Dementsprechend kann eine Dehnung oder Stauchung der Kolbenstange 20 und des Ventilschaftes 32 auftreten, so daß entweder der Rückdichtsitz die gesamte Kraft des Hydraulikfluids aufnehmen muß oder möglicherweise keine Kraft auf den Rückdichtsitz wirkt, wenn der Kolben 18 gegen die Abdeckung anliegt und die Kolbenstange und der Ventilschaft zu lang sind, um den Verschlußkörper 36 zur Anlage an den Rückdichtsitz zu bringen.The distance between the cover at the second end 44 and the return of the valve 16 , however, is difficult to maintain for tolerance reasons so precisely that an excessive force on the rear seat of the valve is certainly prevented. Accordingly, expansion or compression of the piston rod 20 and valve stem 32 may occur so that either the backseat seat must absorb all of the hydraulic fluid force, or there may be no force on the backseat seat when the piston 18 abuts the cover and the piston rod and valve stem are too long to bring the closure body 36 into contact with the rear sealing seat.

Aus diesem Grund wurden bereits Kupplungen mit Federn oder solche mit Spanneinrichtungen, die einen Totgang aufweisen, verwendet, damit der Kolben 18 voll gegen die Abdeckung am zweiten Endabschnitt 44 des Zylinders 12 anliegen kann, dabei jedoch eine vorbestimmte Kraft auf den Ventilschaft 32 zur Schaffung eines geeigneten Spielraums und einer geeigneten Druckbelastung für den Rückdichtsitz überträgt.For this reason, couplings with springs or those with tensioning devices that have a lost motion have been used so that the piston 18 can lie fully against the cover on the second end portion 44 of the cylinder 12 , but a predetermined force on the valve stem 32 to create a suitable clearance and a suitable pressure load for the rear seat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Stellvorrichtung der oben beschriebenen Art mit einfachen Maßnahmen eine zuverlässige Begrenzung der vom Kolben/Zylinder-Antrieb auf den Ventilschaft in Öffnungsrichtung ausgeübten Stellkraft zu erreichen.The invention has for its object in an actuator of the type described above with simple measures a reliable limitation of the piston / cylinder drive force exerted on the valve stem in the opening direction to reach.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Stellvorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is in the generic actuator according to the invention by the characterizing features of the claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are in the subclaims specified.

Bei der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung wird, nachdem der Verschlußkörper von dem Ventilsitz abgehoben ist, die Weiterbewegung des Verschlußkörpers unter der Wirkung einer verminderten Kraft ausgeführt, die der Kolbenkopf aufgrund seiner relativ kleinen, druckbeaufschlagten Stirnfläche erzeugt, nachdem der Kolben gegen seinen Anschlag gefahren ist. Eine Überbeanspruchung wird daher zuverlässig vermieden.In the actuating device according to the invention, after the Closure body is lifted from the valve seat, the further movement of the closure body under the effect of a diminished Force executed by the piston head due to its relatively small, pressurized face created after the piston has hit its stop. An overuse is therefore reliably avoided.

Aus der FR-OS 23 02 430 ist an sich bereits eine Stellvorrichtung bekannt, die einen Kolben/Zylinder-Antrieb mit einem Hauptzylinder, einem darin verschiebbaren Kolben und einem durch einen Hohlraum im Kolben gebildeten Hilfszylinder aufweist. Mit dieser Stellvorrichtung wird aber angestrebt, mehrere genau bemessene Arbeitshübe selektiv ausführen zu können.FR-OS 23 02 430 is an actuating device per se known that a piston / cylinder drive with a master cylinder, a piston displaceable therein and a through has a cavity formed in the piston auxiliary cylinder. With this actuator is aimed at, however, several exactly to be able to selectively carry out rated working strokes.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigtEmbodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. It shows

Fig. 1 eine geschnittene Ansicht einer bekannten Stellvorrichtung; Figure 1 is a sectional view of a known actuator.

Fig. 2 eine geschnittene Teilansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung, wobei die einzelnen Bauteile im Verlaufe der Öffnung des Ventils dargestellt sind; Figure 2 is a partial cross-sectional view of a first embodiment of the actuator according to the invention, wherein the individual components in the course of opening of the valve are shown.

Fig. 3 eine geschnittene Teilansicht der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform in einer Stellung kurz vor der Rückstellung, wobei nur eine geringe oder keine Strömungsdruckdifferenz über dem Ventil vorhanden ist; FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the embodiment shown in FIG. 2 in a position shortly before the reset, with little or no flow pressure difference across the valve;

Fig. 4 eine geschnittene Teilansicht der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform in einer rückgestellten Stellung; und Fig. 4 is a partial sectional view of the embodiment shown in Fig. 2 in a reset position; and

Fig. 5 eine geschnittene Teilansicht einer zweiten Ausführungsform der Stellvorrichtung, wobei die einzelnen Bauteile in der rückgestellten Stellung dargestellt sind. Fig. 5 is a partial sectional view of a second embodiment of the actuating device, the individual components being shown in the reset position.

In Fig. 2 ist mit 60 ein Kraftbegrenzer bezeichnet, der in einer Stellvorrichtung 62 gebildet ist, welche einen dem Zylinder 12 in Fig. 1 ähnlichen Zylinder 64 aufweist. Die Bezugszeichen der einzelnen Elemente der Stellvorrichtung 62 entsprechen, wenn nicht anders angegeben, den Elementen der bekannten Stellvorrichtung 10.In FIG. 2, 60 denotes a force limiter which is formed in an actuating device 62 which has a cylinder 64 similar to the cylinder 12 in FIG. 1. Unless otherwise stated, the reference numerals of the individual elements of the actuating device 62 correspond to the elements of the known actuating device 10 .

Der Kraftbegrenzer 60 weist einen Hauptzylinder 64 mit einem darin für eine axial gleitende Bewegung angeordneten Kolben 66 auf, der zur Einstellung des Verschlußkörpers dient. Der Kolben 66 umfaßt jedoch einen mittleren Hohlraum 68 mit einer zylindrischen Bohrung 70, die einen Hilfszylinder bildet und einen Durchmesser D hat, der sich zu einer Öffnung 72 auf der ersten Seite 74 des Kolbens 66 verengt, d. h. die Öffnung 72 weist einen geringeren Querschnitt als die Bohrung 70 auf. Eine sich durch die Öffnung 72 erstreckende Kolbenstange 76 erstreckt sich weiter von der ersten Seite 74 durch eine Öffung 78 am ersten Endabschnitt 80 des Hauptzylinders 64 und endet an einem darüber hinausgehenden Endabschnitt, der außerhalb des Hauptzylinders 64 liegt, wo sie mit einem Ventilschaft verbunden ist. In der zylindrischen Bohrung 70 ist ein Kolbenkopf 82 angeordnet, der mit seiner ersten Stirnfläche 84 mit dem anderen Ende 86 der Kolbenstange 76 verbunden ist und mittels eines Abschnitts des Kolbens 66 um die Öffnung 72 gehalten wird. Der Kolbenkopf 82 hat einen Dichtungsring 88 und steht für eine begrenzte, axiale Bewegung in gleitender, dichtender Berührung mit dem Innern der Bohrung 70.The force limiter 60 has a master cylinder 64 with a piston 66 arranged therein for an axially sliding movement, which serves to adjust the closure body. The piston 66, however, comprises a central cavity 68 with a cylindrical bore 70 , which forms an auxiliary cylinder and has a diameter D that narrows to an opening 72 on the first side 74 of the piston 66 , ie the opening 72 has a smaller cross section than the bore 70 on. A piston rod 76 extending through the opening 72 extends further from the first side 74 through an opening 78 at the first end portion 80 of the master cylinder 64 and terminates at a further end portion which is outside the master cylinder 64 where it is connected to a valve stem . A piston head 82 is arranged in the cylindrical bore 70 and is connected with its first end face 84 to the other end 86 of the piston rod 76 and is held around the opening 72 by means of a section of the piston 66 . The piston head 82 has a sealing ring 88 and stands for limited axial movement in sliding, sealing contact with the interior of the bore 70 .

In der dargestellten Ausführungsform des Kraftbegrenzers 60 haben die Kolbenstange 76 und die Öffnung 72 einen kreisförmigen Querschnitt; es können jedoch auch andere Querschnittsformen ohne Beeinträchtigung der Wirkungsweise verwendet werden.In the illustrated embodiment of the force limiter 60 , the piston rod 76 and the opening 72 have a circular cross section; however, other cross-sectional shapes can also be used without impairing the mode of operation.

Der Kolben 66 besteht allgemein aus zwei Teilen, einem ersten Kolbenteil 90 mit dem mittleren Hohlraum 68 und einem zweiten mit mehreren Schrauben 94 daran angeschraubten Kolbenteil 92, um die zylindrische Bohrung 70 abzuschließen. Zur Schaffung eines Kolbens 66, der dem der bekannten Stellvorrichtung 10 in bezug auf die Dichtwirkung entspricht, weist jedes Kolbenteil 90, 92 einen Dichtring 96 auf. Auch hier ist die Kolbenstange 76 mit einem axialen Kanal 98 versehen, der einen Weg für eine Leckage aus dem Raum zwischen den Dichtringen 96 über radial verlaufende Kanäle 100 und der zylindrischen Bohrung 70 zur Verbindung mit der Atmosphäre schafft (siehe Fig. 3).The piston 66 generally consists of two parts, a first piston part 90 with the central cavity 68 and a second piston part 92 screwed to it with a plurality of screws 94 in order to close off the cylindrical bore 70 . To create a piston 66 , which corresponds to that of the known adjusting device 10 with respect to the sealing effect, each piston part 90, 92 has a sealing ring 96 . Here, too, the piston rod 76 is provided with an axial channel 98 , which creates a path for leakage from the space between the sealing rings 96 via radial channels 100 and the cylindrical bore 70 for connection to the atmosphere (see FIG. 3).

In Fig. 3 und 4 sind die beschriebenen Bauteile zum besseren Verständnis des Kraftbegrenzers des Kolbens 66 in von Fig. 2 unterschiedlichen Stellungen gezeigt. Im folgenden wird dementsprechend jede dieser Figuren zum besseren Verständnis der auf den Kolben 66 und den Kolbenkopf 82 wirkenden Kräfte einzeln erläutert. In der in Fig. 2 gezeigten Stellung befindet sich das Ventil noch in der geschlossenen Stellung, wobei Hydraulikfluid durch eine Eintrittsöffnung 102 in den Hauptzylinder 64 zur Erzeugung einer nach oben gerichteten Kraft auf den Kolben 66 strömt. Das durch die Öffnung 72 an der Kolbenstange 76 vorbeifließende Hydraulikfluid wirkt auf die erste Stirnfläche 84 des Kolbenkopfes 82, wobei jedoch die zum Anheben des Verschlußkörpers aus seinem Sitz benötigte Kraft so groß ist, daß die dafür tatsächliche benötigte Kraft durch die Wirkung des Hydraulikfluids auf den Kolben 66 und nicht durch die Wirkung auf den Kolbenkopf 82 erzeugt wird. Dies hat zur Folge, daß der Kolbenkopf 82 axial innerhalb der Bohrung 70 direkt an dem Kolbenteil 90 anliegt. Dabei wird mittels der über den Kolbenkopf 82 und die Kolbenstange 76 übertragenen Kraft das Ventil geöffnet. Die auf den Kolben 66 wirkende resultierende Kraft ist gleich dem Druck des Hydraulikfluids multipliziert mit der wirksamen Querschnittsfläche der ersten Stirnfläche 74 des Kolbens 66 minus dem Druck des Hochdruckgases in dem Druckspeicher multipliziert mit der effektiven Querschnittsfläche einer zweiten Stirnfläche bzw. Seite 104 der Kolbenanordnung 66. Ähnlich ist die auf den Kolbenkopf 82 aufgrund des Druckfluids wirkende resultierende Kraft gleich dem Druck des Druckfluids multipliziert mit der effektiven Querschnittsfläche der ersten Stirnfläche 84 des Kolbenkopfes 82 minus dem Druck (normalerweise der Atmosphärendruck) in der Bohrung 70 multipliziert mit der Querschnittsfläche einer zweiten Stirnfläche bzw. Seite 106 des Kolbenkopfes 82. Während der Zuführung des zum anfänglichen Öffnen des Ventils erforderlichen Hydraulikfluids ändert sich die Resultierende in jedem Fall in Abhängigkeit von der mittels des Hydraulikfluids aufgebrachten Kraft, d. h., daß die resultierende Kraft auf die Kolbenanordnung größer ist. Aus diesem Grund wird über die direkte Berührung zwischen dem Kolben 66 und dem Kolbenkopf 82 die für die anfängliche Öffnung des Ventils benötigte Kraft auf die Ventilspindel übertragen. Wenn die anfangs erforderliche Öffnungskraft nicht mehr benötigt wird, nimmt auch der Druck des Hydraulikfluids ab, während sich der Kolben 66 axial in dem Zylinder 64 nach oben bewegt. Bei diesem verminderten Druck des Hydraulikfluids wird aufgrund der resultierenden Flächen und Drücke die Kraft zur Bewegung des Ventilschaftes und des Verschlußkörpers hauptsächlich an dem Kolbenkopf 82 erzeugt. Dementsprechend bewegt sich der Kolbenkopf 82 in der Bohrung 70 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung axial nach oben. Die während dieser Bewegung des Ventilschaftes und des Verschlußkörpers benötigte Kraft entspricht im allgemeinen der Kraft, die zur Überwindung der Reibung zwischen der Dichtung und dem Ventilschaft erforderlich ist, wenn man annimmt, daß die Strömungsdruckunterschiede relativ gering sind.In Fig. 3 and 4, the components described for a better understanding of the force limiter are of the piston shown in FIG. 2 different positions 66th Accordingly, each of these figures is individually explained below for a better understanding of the forces acting on the piston 66 and the piston head 82 . In the position shown in FIG. 2, the valve is still in the closed position, with hydraulic fluid flowing through an inlet opening 102 into the master cylinder 64 to generate an upward force on the piston 66 . The hydraulic fluid flowing through the opening 72 on the piston rod 76 acts on the first end face 84 of the piston head 82 , but the force required to lift the closure body out of its seat is so great that the actual force required for this is due to the action of the hydraulic fluid on the Piston 66 and not generated by the action on the piston head 82 . The consequence of this is that the piston head 82 bears axially directly against the piston part 90 within the bore 70 . The valve is opened by means of the force transmitted via the piston head 82 and the piston rod 76 . The resulting force acting on the piston 66 is equal to the pressure of the hydraulic fluid multiplied by the effective cross-sectional area of the first end face 74 of the piston 66 minus the pressure of the high-pressure gas in the pressure accumulator multiplied by the effective cross-sectional area of a second end face or side 104 of the piston arrangement 66 . Similarly, the resulting force on piston head 82 due to the pressurized fluid is equal to the pressure of the pressurized fluid multiplied by the effective cross-sectional area of the first face 84 of the piston head 82 minus the pressure (typically atmospheric pressure) in the bore 70 multiplied by the cross-sectional area of a second face Page 106 of the piston head 82 . In any case, as the hydraulic fluid required to initially open the valve is supplied, the resultant changes depending on the force applied by the hydraulic fluid, ie, the resulting force on the piston assembly is greater. For this reason, the force required for the initial opening of the valve is transmitted to the valve spindle via the direct contact between the piston 66 and the piston head 82 . When the opening force initially required is no longer required, the pressure of the hydraulic fluid also decreases as the piston 66 moves axially upward in the cylinder 64 . At this reduced pressure of the hydraulic fluid, the force for moving the valve stem and the closure body is mainly generated on the piston head 82 due to the resulting areas and pressures. Accordingly, the piston head 82 moves axially upward in the bore 70 into the position shown in FIG. 3. The force required during this movement of the valve stem and the closure body generally corresponds to the force required to overcome the friction between the seal and the valve stem, assuming that the flow pressure differences are relatively small.

In der in Fig. 3 gezeigten Stellung hat das Hydraulikfluid den Kolben 66 axial in dem Hauptzylinder 64 in Richtung des zweiten Endabschnitts 108 des Zylinders zu einer rückgestellten Stellung des Ventils bewegt. In dieser Stellung kurz vor der Rückdichtstellung erzeugt das Hydraulikfluid immer noch eine Resultierende auf den Kolbenkopf 82 und die Kolben 76, die größer als die auf den Kolben 66 wirkende Resultierende ist. Dies hat zur Folge, daß der Kolbenkopf 82 sich immer nach oben in der zylindrischen Bohrung 70 befindet.In the position shown in FIG. 3, the hydraulic fluid has moved the piston 66 axially in the master cylinder 64 toward the second end portion 108 of the cylinder to a reset position of the valve. In this position, just before the back-sealing position, the hydraulic fluid still produces a resultant on the piston head 82 and the pistons 76 that is greater than the resultant on the piston 66 . The result of this is that the piston head 82 is always located upward in the cylindrical bore 70 .

Wenn die Aufwärtsbewegung der Kolben 76 dadurch begrenzt wird, daß der Verschlußkörper gegen den Rückdichtsitz anschlägt (siehe Fig. 4), steigt der Druck des dem Hauptzylinder 64 zugeführten Hydraulikfluids, wodurch sichergestellt ist, daß eine geeignete Rückstellkraft auf das Ventil aufgebracht wird. Diese Kraft auf den Kolbenkopf 82 und die Kolbenstange 76 ergibt sich wieder durch die Querschnittsflächen der ersten Stirnfläche 84 des Kolbenkopfes 82, der zweiten Stirnfläche 106 des Kolbenkopfes 82 und die entsprechenden, darauf wirkenden Drücke. Der auf den Kolbenkopf 82 von unten wirkenden Kraft wirkt die auf die zweite Stirnfläche 104 des Kolbens 66 wirkende Kraft des Hochdruckgases entgegen, wobei sich jedoch an dem Kolbenkopf 82 eine nach oben wirkende resultierende Kraft einstellt, die die Kolbenanordnung weiter in dem Hauptzylinder 64 nach oben bewegt, bis sie einen Kolbenanschlag 110 am zweiten Ende 108 des Zylinders 64 berührt.If the upward movement of the pistons 76 is limited by the breech body abutting the back seat (see FIG. 4), the pressure of the hydraulic fluid supplied to the master cylinder 64 increases , ensuring that an appropriate restoring force is applied to the valve. This force on the piston head 82 and the piston rod 76 again results from the cross-sectional areas of the first end face 84 of the piston head 82 , the second end face 106 of the piston head 82 and the corresponding pressures acting thereon. The force acting on the piston head 82 from below counteracts the force of the high-pressure gas acting on the second end face 104 of the piston 66 , but a resulting upward force is produced on the piston head 82 , which forces the piston arrangement further up in the master cylinder 64 moves until it contacts a piston stop 110 at the second end 108 of the cylinder 64 .

Die bevorzugte Ausführungsform des Kraftbegrenzers 60 kann grundsätzlich unabhängig von der Ventilgröße für alle Ventile verwendet werden, im vorliegenden Fall wird sie jedoch für Kugelventile und Absperrschieber mit einem Durchmesser zwischen 15,24 cm bis 81,28 cm beschrieben. Zum besseren Verständnis sollen einige Parameter einer typischen Ventilanordnung angegeben werden. Man fand z. B., daß für ein 40,64 cm Absperrschieber die Rückstellkraft zwischen 49887 N und 54482 N liegt. Ein hydraulisches System zur Bedienung eines 40,64 cm Absperrschiebers arbeitet bei einem Druck von 3160 N/cm². Dieser Druck ist ausreichend, um eine Öffnungskraft (das ist die Kraft, die notwendig ist, um den Schieber anfangs aus dem Sitz zu bewegen) in einem Bereich von 589570 N bis 634920 N zu schaffen. Es liegt auf der Hand, daß eine derart hohe Zugkraft auf der Kolbenstange in der Rückdichtstellung des Ventils nicht zulässig ist. Diese hohe Kraft wird daher nur verwendet, wenn sich die Bauteile der Stellvorrichtung in der in Fig. 2 gezeigten Stellung befinden. Wenn jedoch das Ventil - wie in Fig. 4 - rückgestellt ist, wird der Kolben 66 durch den Druck des Hydraulikfluids zwar mit dieser hohen, nach oben gerichteten Kraft gegen den Kolbenanschlag 110 gepreßt, auf die Kolbenstange 76 wirkt jedoch nur die vom Hydraulikfluid allein auf den Kolbenkopf 82 ausgeübte Kraft abzüglich der aus dem auf die andere Seite des Kolbenkopfes wirkenden Gegendruck (hier: der Atmosphärendruck) sich ergebenden Kraft. In diesem Zustand erzeugt das Hydraulikfluid auf den Kolbenkopf 82 einen Druck, der einem vorbestimmten Fluiddruck, dem Atmosphärendruck in dieser Ausführungsform, entgegengesetzt ist, um eine maximale Zugkraft auf die Kolbenstange 76 aufzubringen, also eine wesentlich geringere Kraft als die, die das Hydraulikfluid insgesamt am Kolben 66 erzeugen kann und auch tatsächlich während des anfänglichen Öffnens des Ventils erzeugt.The preferred embodiment of the force limiter 60 can in principle be used for all valves regardless of the valve size, but in the present case it is described for ball valves and gate valves with a diameter between 15.24 cm and 81.28 cm. For a better understanding some parameters of a typical valve arrangement should be given. One found e.g. B. that for a 40.64 cm gate valve the restoring force is between 49887 N and 54482 N. A hydraulic system for operating a 40.64 cm gate valve works at a pressure of 3160 N / cm². This pressure is sufficient to create an opening force (that is, the force required to initially move the slider out of the seat) in a range from 589570 N to 634920 N. It is obvious that such a high tensile force on the piston rod is not permitted in the back-sealing position of the valve. This high force is therefore only used when the components of the actuating device are in the position shown in FIG. 2. However, when the valve is reset, as in FIG. 4, the pressure of the hydraulic fluid pushes the piston 66 against the piston stop 110 with this high, upward force, but only the hydraulic fluid alone acts on the piston rod 76 the force exerted on the piston head 82 minus the force resulting from the back pressure acting on the other side of the piston head (here: the atmospheric pressure). In this state, the hydraulic fluid on the piston head 82 generates a pressure that is opposite a predetermined fluid pressure, the atmospheric pressure in this embodiment, in order to apply a maximum tensile force to the piston rod 76 , that is to say a much lower force than the total hydraulic fluid Can produce piston 66 and actually generates it during the initial opening of the valve.

Die jeweiligen Abmessungen und Querschnittsflächen der verschiedenen oben erwähnten Flächen müssen entsprechend den besonderen Anforderungen an das Ventil, mit dem die Stellvorrichtung verbunden wird, bestimmt werden. Es muß daher für jedes Ventil der Kraftbegrenzer besonders in Abhängigkeit von den zu erwartenden zur Öffnung des Ventils, zur Rückstellung des Ventils und zum schnellen Schließen des Ventils erforderlichen Kräften, ausgelegt werden.The respective dimensions and cross-sectional areas of the different Areas mentioned above must correspond to the special Requirements for the valve with which the actuator connected, be determined. It must therefore be for each valve is particularly dependent on the force limiter the expected to open the valve, to reset of the valve and for quickly closing the valve Forces.

Man sieht, daß der Kraftbegrenzer 60 zur Begrenzung der während des Rückstellvorgangs auf eine Kolbenstange aufgebrachten Zugkraft geeignet ist und daß er ferner eine Leckagesicherung der oben beschriebenen Art schafft, die verhindert, daß das Hydraulikfluid durch beide Dichtungen 96 in das Innere 46 des Druckspeichers 38 gelangt.It can be seen that the force limiter 60 is suitable for limiting the tensile force applied to a piston rod during the resetting process and that it also provides a leakage protection of the type described above, which prevents the hydraulic fluid from entering the interior 46 of the pressure accumulator 38 through both seals 96 .

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Stellvorrichtung 120 dargestellt. Ein Hochdruckgas befindet sich in einem Druckspeicher 122. Die Stellvorrichtung 120 verwendet jedoch ein Paar Kolben 124, 126, die unabhängig, gleitend innerhalb eines Zylinders 128 angeordnet sind. Während des normalen Betriebs bewegen sich die Kolben innerhalb des Zylinders 128, wobei ein Hydraulikfluid eine erste Stirnfläche bzw. Seite 130 des Kolbens 124 und das Hochdruckgas auf eine erste Stirnfläche bzw. Seite 132 des Kolbens 126 über Eintrittsöffnungen 134 wirkt, die sich durch einen fest an dem Ende des Zylinders 128 befestigten Deckel bzw. Abschlußeinrichtung 136 erstrecken.In FIG. 5 another embodiment of an actuator 120 is illustrated. A high pressure gas is located in an accumulator 122 . However, actuator 120 uses a pair of pistons 124, 126 which are independently slidably disposed within cylinder 128 . During normal operation, the pistons move within cylinder 128 , with hydraulic fluid acting on a first face 130 of piston 124 and the high pressure gas acting on a first face 132 of piston 126 via inlet ports 134 , which act through a fixed at the end of the cylinder 128 attached cover or cover 136 extend.

Diese Stellvorrichtung 120 weist jedoch eine Konstruktion auf, mit der das Ventil mittels Hydraulikfluid für den Fall geschlossen werden kann, wenn der Druckspeicher 122 ein Leck oder einen Riß aufweisen sollte, wodurch der Druck des Hochdruckgases auf ein Niveau abfallen würde, der ein Schließen des Ventils nicht mehr möglich machen würde.However, this actuating device 120 has a construction with which the valve can be closed by means of hydraulic fluid in the event that the pressure accumulator 122 should have a leak or a crack, as a result of which the pressure of the high-pressure gas would drop to a level that would result in the valve closing would no longer make possible.

Zu diesem Zweck weist die Stellvorrichtung 120 ein an dem Deckel 136 angeordnetes rohrförmiges Gehäuse 138 auf, das sich in den oberen Abschnitt des Druckspeichers 122 erstreckt. Das rohrförmige Gehäuse 138 hat ein bis über den Druckspeicher 122 hinausgehendes äußeres Anschlußstück 140, das mit einem Rohrleitungssystem verbunden ist, das zur Atmosphäre hin entlüftet werden kann. Der Kolben 126 weist weiter ein sich von seiner ersten Seite 132 erstreckendes hohles Rohr 142 auf, das im Innern des rohrförmigen Gehäuses 138 aufgenommen wird. Zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 138 und dem hohlen Rohr 142 ist zur Abdichtung in dem Deckel 136 eine Dichtung 144 vorgesehen, die eine abdichtende, gleitende Berührung zwischen dem hohlen Rohr 142 und dem rohrförmigen Gehäuse 138 erlaubt. Das hohle Rohr 142 ist von ausreichender Länge, um diese Berührung während der gesamten axialen Bewegung des Kolbens 126 beizubehalten.For this purpose, the adjusting device 120 has a tubular housing 138 which is arranged on the cover 136 and extends into the upper section of the pressure accumulator 122 . The tubular housing 138 has an outer connection piece 140 which extends beyond the pressure accumulator 122 and is connected to a pipeline system which can be vented to the atmosphere. The piston 126 further has a hollow tube 142 extending from its first side 132 , which is received in the interior of the tubular housing 138 . Between the tubular housing 138 and the hollow tube 142 , a seal 144 is provided for sealing in the lid 136 , which allows a sealing, sliding contact between the hollow tube 142 and the tubular housing 138 . Hollow tube 142 is of sufficient length to maintain this contact throughout the axial movement of piston 126 .

In zumindest einer der sich berührenden Oberflächen der Kolben 124, 126 ist eine sich radial erstreckende Nut 146 vorgesehen. Somit kann, wenn kein Hochdruckgas zum Schließen des Ventils zur Verfügung steht, Hydraulikfluid dem rohrförmigen Gehäuse 138 über den Anschlußstutzen 140 zugeführt werden. Das Hydraulikfluid strömt durch das Rohr 142 und kann auf die obere Stirnfläche des Kolbens 124 einwirken. Der Kolben 126 wird fest gegen den Deckel 136 gehalten, und der Kolben 124 wird zum Schließen des Ventils nach unten bewegt, wenn das Hochdruckfluid zwischen die Kolben 124, 126 gelangt.A radially extending groove 146 is provided in at least one of the contacting surfaces of the pistons 124, 126 . Thus, when high pressure gas is not available to close the valve, hydraulic fluid can be supplied to the tubular housing 138 via the connector 140 . The hydraulic fluid flows through the pipe 142 and can act on the upper end face of the piston 124 . The piston 126 is held firmly against the cover 136 and the piston 124 is moved down to close the valve when the high pressure fluid passes between the pistons 124 , 126 .

Man sieht, daß mit der Stellvorrichtung 120 auch dann ein Ventil geschlossen werden kann, wenn kein Hochdruckgas vorhanden ist und wenn die Kolbenstange, abweichend von der Erfindung, starr an dem Kolben befestigt ist. It can be seen that a valve can also be closed with the adjusting device 120 when no high-pressure gas is present and when, contrary to the invention, the piston rod is rigidly attached to the piston.

In dem in Fig. 5 gezeigten Ventilstellglied ist jedoch ein Kraftbegrenzer 150 in dem Kolben 124 eingebaut, der eine Kolbenstange 152 mit einem Kolbenkopf 154 aufweist. Der Kolbenkopf 154 ist dichtend und gleitbar in einer zylindrischen Bohrung 156 des Kolbens 124 angeordnet, der an seiner ersten Seite 130 eine kleinere Öffnung 158 aufweist. Während des normalen Betriebs ist das mit dem Anschlußstutzen 140 verbundene Rohrleitungssystem zur Atmosphäre hin entlüftet, so daß der Raum zwischen den mit den Kolben 124, 126 verbundenen Dichtringen für eine mögliche Leckage entlüftet ist, so daß atmosphärischer Druck auf die obere Stirnfläche bzw. Seite 160 des Kolbenkopfes 154 wirkt. Die relative Anordnung des Kolbenkopfes 154 innerhalb der zylindrischen Bohrung 156 ist während der Bewegung der Kolben 124, 126 die gleiche, wie sie in der in Verbindung mit der in Fig. 2-4 beschriebenen Ausführungsform gezeigt wurde.In the valve actuator shown in FIG. 5, however, a force limiter 150 is installed in the piston 124 , which has a piston rod 152 with a piston head 154 . The piston head 154 is sealingly and slidably arranged in a cylindrical bore 156 of the piston 124 , which has a smaller opening 158 on its first side 130 . During normal operation, the piping system connected to the connection piece 140 is vented to the atmosphere, so that the space between the sealing rings connected to the pistons 124, 126 is vented for possible leakage, so that atmospheric pressure on the upper end face or side 160 of the piston head 154 acts. The relative placement of the piston head 154 within the cylindrical bore 156 during movement of the pistons 124, 126 is the same as that shown in the embodiment described in connection with FIGS. 2-4.

Wenn kein Hochdruckgas der Stellvorrichtung 120 zur Verfügung steht, kann das Ventil durch Schließen der mit dem Anschlußstutzen 140 verbundenen Entlüftung geschlossen werden, indem man Hydraulikfluid dem rohrförmigen Gehäuse 138 zuführt. Durch das zwischen die Kolben 124 und 126 gelangende Hydraulikfluid wird der Kolben 126 zum Schließen des Ventils axial verschoben. Das Hydraulikfluid bewirkt, daß der Kolben 124 in bezug auf den Kolbenkopf 154 nach unten bewegt wird, wodurch ein in der Bohrung 156 eingeschraubter Anschlagskragen 170 mit dem Kolbenkopf 154 und die Kolbenstange 152 eine zum Schließen des Ventils ausreichende Kraft ausübt.If high pressure gas from actuator 120 is not available, the valve can be closed by closing the vent connected to connector 140 by supplying hydraulic fluid to tubular housing 138 . The hydraulic fluid passing between pistons 124 and 126 axially displaces piston 126 to close the valve. The hydraulic fluid causes the piston 124 to move downward with respect to the piston head 154 , whereby a stop collar 170 screwed into the bore 156 with the piston head 154 and the piston rod 152 exerts sufficient force to close the valve.

Auch von den zwei beschriebenen Ausführungsformen abweichende Stellvorrichtungen können in analoger Weise mit einem Kraftbegrenzer ausgestattet werden. Adjusting devices also differ from the two described embodiments can be equipped with a force limiter in an analogous manner.

Beispielweise kann ein Kraftbegrenzer in ähnlicher Weise zur Begrenzung der auf den Ventilschaft während der Rückführung aufgebrachten Zugkraft bei einer Stellvorrichtung verwendet werden, das einfach einen Hydraulikzylinder aufweist, dem wahlweise Hydraulikfluid von entgegengesetzten Seiten eines in dem Zylinder angeordneten Kolbens zugeführt wird. Wenn Hydraulikfluid von beiden Seiten des Kolbens zugeführt wird, kann ein mittlerer Hohlraum vorgesehen sein, der zur Atmosphäre hin entlüftet ist, um den auf den Ventilschaft wirkenden Betrag der Zugkraft zu steuern, wenn der Kolben kraftschlüssig an einem Zylinderendanschlag in der Richtung zum Öffnen des Ventils zur Anlage kommt.For example can be a force limiter in a similar way Way to limit the on the valve stem while the traction applied at a Actuator can be used, which is simply a hydraulic cylinder has, the optional hydraulic fluid from opposite Sides of one located in the cylinder Piston is fed. If hydraulic fluid from both sides of the piston a middle cavity can be provided, which is vented to the atmosphere, around the amount of tractive force acting on the valve stem control when the piston is non-positively at a cylinder end stop in the direction of opening the valve to the system is coming.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der dem Kolbenkopf zugeführte Fluid Luft von atmosphärischem Druck; es kann jedoch irgendein anderes System mit einem vorbestimmten Gas- oder Fluiddruck zur Erzielung der gleichen Ergebnisse verwendet werden.In the described embodiment the fluid air supplied to the piston head of atmospheric pressure; however it can any other system with a predetermined one Gas or fluid pressure to achieve the same results be used.

Claims

1. Actuating device for a valve, the closure body of which can be moved via a valve stem between a closed and an open position by means of a piston / cylinder drive, characterized in that

a) the piston / cylinder drive is formed from a master cylinder ( 64; 128 ) with a displaceable piston ( 66; 124 ) and an auxiliary cylinder formed by a cavity ( 68 ) in the piston, in which a piston head ( 82; 154 ) on End of the valve stem ( 76; 152 ) facing away from the closure body can be slid to a limited extent between stops,
b) the end faces of the piston ( 66 , 124 ) and piston head ( 82; 154 ) lying on the side of the closure body can be acted upon by the same pressure medium and
c) the stroke of the piston ( 66, 124 ) on its side facing away from the closure body is limited by a stop ( 110, 136 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the fluid pressure supply under the piston head ( 82 ) via a passage ( 98 ) in the piston ( 66 ), which connects the inside of the master cylinder ( 64 ) with the inside of the auxiliary cylinder ( 68 ).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that play between the piston rod ( 76 ) and the passage opening in the piston ( 66 ) forms the passage.

4. The device according to claim 2, characterized in that hydraulic for fluid pressure on one side of the piston Fluid is used.

5. Apparatus according to claim 4, characterized by a pressure accumulator ( 38; 122 ) filled with compressed gas, the interior of which is connected to the other side of the piston.