DE29801229U1 - Device for regulating and / or closing and for quickly closing an actuating device - Google Patents
Device for regulating and / or closing and for quickly closing an actuating deviceInfo
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Description
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BeschreibungDescription
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln und/oder Schließen sowie zum Schnellschließen einer Stellvorrichtung .The invention relates to a device for regulating and/or closing as well as for quickly closing an actuating device.
Gemäß dem Stand der Technik sind beispielsweise bei Gasturbinen Ventilsteller vorgesehen. Die Zufuhr des Gases oder der Frischluft zu der Gasturbine wird über ein Ventil geregelt. Die Regelung des Ventils erfolgt nach dem Stand der Technik über eine Hydraulik.According to the state of the art, valve actuators are provided for gas turbines, for example. The supply of gas or fresh air to the gas turbine is regulated by a valve. According to the state of the art, the valve is controlled by hydraulics.
Die Hydraulik hat den Nachteil, daß hierbei häufig Dichtungsprobleme, zumindest auf lange Zeit gesehen, auftreten. Darüber hinaus sind Hydraulikanlagen kostspielig. Weiterhin tritt häufig eine Verschmutzung durch das Hydrauliköl auf, welche besonders in Turbinenräumen, die im allgemeinen sehr sauber sind, nicht erwünscht ist.The disadvantage of hydraulics is that sealing problems often occur, at least in the long term. In addition, hydraulic systems are expensive. Furthermore, contamination from the hydraulic oil often occurs, which is particularly undesirable in turbine rooms, which are generally very clean.
Darüber hinaus ist bei Gasturbinen ein Schnellverschluß vorgesehen. Für den Fall, daß ein Fehler auftritt, wird der Generator abgeschaltet und vom System abgekoppelt. In diesem Fall entfällt die Bremse für die Gasturbine, da der Generator im Normalbetrieb als Bremse wirkt.In addition, gas turbines are provided with a quick release. If a fault occurs, the generator is switched off and disconnected from the system. In this case, there is no brake for the gas turbine, since the generator acts as a brake during normal operation.
Damit die Gasturbine in diesem Fall nicht mit überhöhten Drehzahlen weiterläuft, muß eine Schnellabschaltung, das heißt ein Schnellschlußventil für die Zuleitung für die Luft oder das Gas vorgesehen sein.To ensure that the gas turbine does not continue to run at excessive speeds in this case, a quick shutdown, i.e. a quick-closing valve for the air or gas supply line, must be provided.
Auch dieses Schnellschlußventil wird gemäß dem Stand der Technik über die Hydraulik geregelt. Die Nachteile der Hydraulikregelung wurden schon oben genannt.This quick-closing valve is also controlled hydraulically in accordance with the state of the art. The disadvantages of hydraulic control have already been mentioned above.
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Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Vorrichtung zum Regeln und/oder Schließen sowie zum Schnellschließen einer Stellvorrichtung anzugeben, bei der keine Verschmutzungsprobleme auftreten.The technical problem underlying the invention is to provide a device for regulating and/or closing as well as for quickly closing an actuating device, in which no contamination problems occur.
Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This technical problem is solved by the features of claim 1.
Dadurch, daß der Schnellverschluß über Federkraft bewirkt wird, treten die bei Hydraulikregelungen auftretenden Verschmutzungsprobleme nicht auf.Because the quick release is activated by spring force, the contamination problems that occur with hydraulic controls do not occur.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist als Stellvorrichtung ausgebildet, die einen Ventilsteller, eine Steuerung für den Ventilsteller sowie einen Antrieb für den Ventilsteller aufweist, wobei der Antrieb des Ventilstellers einen Stößel bewegt, der im Normalbetrieb ein Ventil öffnet oder schließt. Das erfindungsgemäße Schnellschlußventil weist wenigstens eine Feder zum schnellen Vorfahren des Stößels auf. Damit der Stößel im Normalbetrieb gegen die Federkraft gehalten wird, ist eine Kupplung vorgesehen, die elektromagnetisch betätigt wird.The device according to the invention is designed as an actuating device which has a valve actuator, a control for the valve actuator and a drive for the valve actuator, where the drive of the valve actuator moves a tappet which opens or closes a valve in normal operation. The quick-closing valve according to the invention has at least one spring for rapidly advancing the tappet. In order to hold the tappet against the spring force in normal operation, a clutch is provided which is operated electromagnetically.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat weiterhin den Vorteil, daß der Antrieb des Stößels im Normalbetrieb über einen Motor, vorzugsweise Drehstrommotor, sowie ein Getriebe, beispielsweise ein Plantengetriebe erfolgt. Auch hierdurch treten die genannten Verschmutzungsprobleme bei Hydraulikantrieben nicht auf.The device according to the invention also has the advantage that the drive of the ram in normal operation is carried out via a motor, preferably a three-phase motor, and a gear, for example a planetary gear. This also means that the contamination problems mentioned above do not occur with hydraulic drives.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nicht nur bei Gasturbinen, sondern bei allen Turbinenantrieben eingesetzt werden. Sie kann darüber hinaus auch in der chemischen Verfahrenstechnik, in der Verfahrenstechnik allgemein, beiThe device according to the invention can be used not only in gas turbines, but in all turbine drives. It can also be used in chemical process engineering, in process engineering in general, in
Gasumwandlungen, Dampf anwendungen und dergleichen, wie auch bei Maschinenbremsen, die als Scheibenbremsen konstruiert sind, eingesetzt werden.Gas conversions, steam applications and the like, as well as machine brakes designed as disc brakes.
Bei dem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Scheibenbremsen, bei denen gemäß dem Stand der Technik ein Hubmagnet vorgesehen ist, ist es vorteilhaft, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung einen langen Hub aufweist und damit eine einfachere Konstruktion gegeben ist.When using the device according to the invention in disc brakes, in which a lifting magnet is provided according to the prior art, it is advantageous that the device according to the invention has a long stroke and thus a simpler construction is provided.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further details of the invention can be found in the subclaims.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:The drawing shows an embodiment of the invention, in which:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Normalbetrieb im Schnitt;Fig. 1 shows a device according to the invention in normal operation in section;
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1;Fig. 2 is a section along the line II-II of Fig. 1;
Fig. 3 eine Einzelheit der Fig. 1;Fig. 3 shows a detail of Fig. 1;
Fig. 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung nach einem SchnellSchluß im Schnitt;Fig. 4 shows the device according to the invention after a quick closure in section;
Fig. 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt während des Überganges in die Normalbetriebs teilung;Fig. 5 shows the device according to the invention in section during the transition to the normal operating division;
Fig. 6 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt am Ende des Überganges in Normalbetriebstellung. Fig. 6 the device according to the invention in section at the end of the transition to the normal operating position.
Fig. 1 zeigt eine Stellvorrichtung (1), bei der eine Arbeitseinheit aus einem Drehstrommotor (2) und einem Getriebe (3) besteht. Das Getriebe (3) ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet.Fig. 1 shows an actuating device (1) in which a working unit consists of a three-phase motor (2) and a gear (3). The gear (3) is preferably designed as a planetary gear.
Mit Hilfe des Drehstrommotors (2) und dem Getriebe (3) wird eine Gewindespindel (4) und ein Stößel (5) bewegt. Der Stößel (5) öffnet und schließt ein Ventil (nicht dargestellt) . Beim Öffnen des Ventils muß der· Stößel (5), der auf einer Platte (6) angeordnet ist, gegen die Kraft von vier Federn (7a, 7b, 7c, 7d) bewegt werden. Für die Führung der Platte (6) sind Führungsstangen (8, 9, 30, 31) vorgesehen (Fig. 2).A threaded spindle (4) and a tappet (5) are moved with the help of the three-phase motor (2) and the gear (3). The tappet (5) opens and closes a valve (not shown). When the valve is opened, the tappet (5), which is arranged on a plate (6), must be moved against the force of four springs (7a, 7b, 7c, 7d). Guide rods (8, 9, 30, 31) are provided to guide the plate (6) (Fig. 2).
Im Normalbetrieb erfolgt die Bewegung des Stößels (5) dadurch, daß der Drehstrommotor (2) über das Getriebe (3) an die Gewindespindel (4) angreift. Die Gewindespindel (4) greift in eine Gewindemutter (10), die mit einem Zylinder (11) verbunden ist. Der Zylinder (11) ist mit der Platte (6) fest verbunden, die wiederum den Stößel (5) trägt.In normal operation, the movement of the plunger (5) occurs when the three-phase motor (2) engages the threaded spindle (4) via the gear (3). The threaded spindle (4) engages a threaded nut (10) which is connected to a cylinder (11). The cylinder (11) is firmly connected to the plate (6), which in turn carries the plunger (5).
Eine entsprechende Ansteuerung des Motors (2) mit elektronischen Geräten (nicht dargestellt) erlaubt es, eine beliebige Steuerkurve zu fahren. Die normalen Öffnungs- oder Schließzeiten ergeben sich aus der vom Antrieb bestimmten Geschwindigkeit der Linearbewegung des Stößels (5) .A corresponding control of the motor (2) with electronic devices (not shown) allows any control curve to be followed. The normal opening or closing times result from the speed of the linear movement of the plunger (5) determined by the drive.
Gemäß Fig. 3 ist eine Kupplung (14) dargestellt, welche aus Kugeln (12, 13) einer im Querschnitt L-förmig ausgebildeten Hülse (15) und Elektromagneten (17, 18) besteht. Die Elektromagnete (17, 18) können auch als Ringmagnet ausgebildet sein.According to Fig. 3, a coupling (14) is shown which consists of balls (12, 13), a sleeve (15) with an L-shaped cross section, and electromagnets (17, 18). The electromagnets (17, 18) can also be designed as ring magnets.
Die Kugeln (12, 13) greifen in Ausnehmungen (19, 20) des Zylinders (11) und werden durch einen Kragen (23) der Hülse (15) gehalten.The balls (12, 13) engage in recesses (19, 20) of the cylinder (11) and are held by a collar (23) of the sleeve (15).
Im Falle eines gewünschten Schnellschließens wird die Kupplung (14) des Stößels (5) mit der Gewindemutter (10) durch Abschalten der Haltemagnete (17, 18) plötzlich gelöst. Jetzt kann die Federkraft der Federn (7a, 7b, 7c, 7d) den Stößel (5) schlagartig in Richtung des Pfeiles (A) bewegen, wodurch das Ventil (nicht dargestellt) geschlossen wird. Der gleiche Vorgang läuft auch dann ab, wenn der Strom ausfällt. In diesem Fall üben die Elektromagnete (17, 18) nicht mehr die Haltefunktion aus. Für den Schnellschluß ist es gleichgültig, in welcher Stellung sich der Stößel (5) befindet.If a quick closing is required, the coupling (14) of the tappet (5) with the threaded nut (10) is suddenly released by switching off the holding magnets (17, 18). Now the spring force of the springs (7a, 7b, 7c, 7d) can suddenly move the tappet (5) in the direction of the arrow (A), which closes the valve (not shown). The same process also takes place if the power fails. In this case, the electromagnets (17, 18) no longer perform the holding function. For the quick closing, it is irrelevant which position the tappet (5) is in.
Werden die Haltemagnete (17, 18) nicht mehr mit Strom beaufschlagt, wird die Hülse (15) in Richtung des Pfeiles (A) bewegt. Hierzu ist eine Feder (21) vorgesehen. Die Hülse (15) wird von den Haltemagneten (17, 18) gegen die Federkraft der Feder (21) gehalten. Werden die Elektromagnete (17, 18) nicht mehr mit Strom beaufschlagt, so wirkt nur noch die Federkraft der Feder (21) in Richtung des Pfeiles (A). Wird die Hülse (15) in Richtung des Pfeiles (A) bewegt, hält der Kragen (23) der Hülse (15) die Kugeln (12, 13) nicht mehr in den Ausnehmungen (19, 20). Dadurch, daß der Kragen (23) sich konisch verjüngend ausgebildet ist, wird die Bewegung der Hülse (15) in Richtung des Pfeiles (A) dadurch unterstützt, daß die Kugeln (12, 13) die Bestrebung haben, sich radial nach außen zu bewegen. Durch die konische Verjüngung des Kragens (23) der Hülse (15) wirkt eine zusätzliche Kraftkomponente auf die Hülse (15) in Richtung des Pfeiles (A).If the holding magnets (17, 18) are no longer supplied with current, the sleeve (15) is moved in the direction of the arrow (A). A spring (21) is provided for this purpose. The sleeve (15) is held by the holding magnets (17, 18) against the spring force of the spring (21). If the electromagnets (17, 18) are no longer supplied with current, only the spring force of the spring (21) acts in the direction of the arrow (A). If the sleeve (15) is moved in the direction of the arrow (A), the collar (23) of the sleeve (15) no longer holds the balls (12, 13) in the recesses (19, 20). Because the collar (23) is tapered conically, the movement of the sleeve (15) in the direction of the arrow (A) is supported by the balls (12, 13) tending to move radially outwards. Due to the conical taper of the collar (23) of the sleeve (15), an additional force component acts on the sleeve (15) in the direction of the arrow (A).
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Erfindungsgemäß sind die Ausnehmungen (19, 20) in dem Zylinder (11) derart ausgebildet, daß die Kugeln (12, 13) mit weniger als der Hälfte der Kugeloberfläche in den Ausnehmungen (19, 20) angeordnet sind. Das bedeutet, daß die Kugelmittellinie der Kugeln (12, 13) außerhalb des Zylinders (11) angeordnet sind. Dieses unterstützt die resultierende radial nach außen gerichtete Kraft der Kugeln (12, 13) .According to the invention, the recesses (19, 20) in the cylinder (11) are designed such that the balls (12, 13) are arranged with less than half of the ball surface in the recesses (19, 20). This means that the ball center line of the balls (12, 13) is arranged outside the cylinder (11). This supports the resulting radially outward force of the balls (12, 13).
Sind die Kugeln (12, 13) nicht mehr in den Ausnehmungen (19, 20) des Zylinders (12) angeordnet, wirkt die Kraft der Federn (7a, 7b, 7c, 7d) auf die Platte (6), und der Stößel (5) wird mit der Platte (6) und dem Zylinder (11) schlagartig in Richtung des Pfeiles (A) bewegt.If the balls (12, 13) are no longer arranged in the recesses (19, 20) of the cylinder (12), the force of the springs (7a, 7b, 7c, 7d) acts on the plate (6), and the plunger (5) is suddenly moved with the plate (6) and the cylinder (11) in the direction of the arrow (A).
Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) am Ende des Schnellschlußvorganges. Der Stößel (5) ist maximal ausgefahren. Die Federn (7a, 7b, 7c, 7d) haben sich so weit wie möglich entspannt. Sie weisen dennoch eine Verspannkraft auf, die der zum Schluß geforderten Schließkraft des Ventils entspricht.Fig. 4 shows the device (1) according to the invention at the end of the quick-closing process. The tappet (5) is extended to the maximum. The springs (7a, 7b, 7c, 7d) have relaxed as much as possible. They still have a clamping force that corresponds to the closing force of the valve required at the end.
Die Kugeln (12, 13) sind nun außerhalb des Zylinders (11) angeordnet. Die Hülse (15) liegt nicht mehr an den Elektromagneten (17, 18) an.The balls (12, 13) are now arranged outside the cylinder (11). The sleeve (15) no longer rests against the electromagnets (17, 18).
Gemäß Fig. 5 wird die Vorrichtung (1) wieder in die Normalstellung gebracht. Hierzu wird über die Gewindespindel (4) und die Gewindemutter (10) die Kupplung (14) in Richtung des Pfeiles (A) in die Endstellung vorwärts bewegt. Hierbei wirken Stifte (25, 26) auf die Hülse (15), so daß diese gegen die Kraft der Feder (21) in Richtung der Haltemagnete (17, 18) bewegt wird. Die Stifte (25, 26)According to Fig. 5, the device (1) is returned to the normal position. To do this, the coupling (14) is moved forward in the direction of the arrow (A) into the end position via the threaded spindle (4) and the threaded nut (10). In this process, pins (25, 26) act on the sleeve (15) so that it is moved against the force of the spring (21) in the direction of the holding magnets (17, 18). The pins (25, 26)
weisen eine federnde Lagerung (27, 28) auf, da die Hülse (15) sich erst vollständig an die Haltemagnete (17, 18) anlegen kann, wenn die Kugeln (12, 13) in den Ausnehmungen (19, 20) liegen. Hierzu muß die Kupplung (14) so weit in Richtung des Pfeiles (A) bewegt werden, daß die Ausnehmungen (19, 20) mit den Kugeln (12, 13) zur Deckung kommen. Liegen die Kugeln (12, 13) in den Ausnehmungen (19, 20), kann die Hülse'(15) mittels der Stifte (25, 26) vollständig an die Haltemagnete (17, 18) angelegt werden. Die Haltemagnete (17, 18) werden mit Strom beaufschlagt und halten die Hülse (15) gegen die Kraft der Feder (21) in der Grundstellung. Dieses ist in Fig. 6 dargestellt.have a spring-loaded bearing (27, 28), since the sleeve (15) can only fully engage the holding magnets (17, 18) when the balls (12, 13) are in the recesses (19, 20). To do this, the coupling (14) must be moved in the direction of the arrow (A) until the recesses (19, 20) are aligned with the balls (12, 13). If the balls (12, 13) are in the recesses (19, 20), the sleeve (15) can be fully engaged with the holding magnets (17, 18) using the pins (25, 26). The holding magnets (17, 18) are supplied with current and hold the sleeve (15) in the basic position against the force of the spring (21). This is shown in Fig. 6.
Die geschilderten Bewegungen werden mit Hilfe von Positionssensoren erfaßt und mit Hilfe geeigneter Elektronik gesteuert und/oder geregelt. Dabei können auch unterschiedliche Abläufe realisiert werden. Sollen mit dem Gerät feste Positionen angefahren und längere Zeit gehalten werden, sorgt eine Haltebremse (29) (Fig. 1) am Motor (2) dafür. Die Haltebremse (29) garantiert auch dafür, daß dieser Zustand auch bei Stromausfall beibehalten wird.The movements described are recorded using position sensors and controlled and/or regulated using suitable electronics. Different sequences can also be implemented. If the device is to move to fixed positions and hold them for a longer period of time, a holding brake (29) (Fig. 1) on the motor (2) ensures this. The holding brake (29) also guarantees that this state is maintained even in the event of a power failure.
Anstelle der Haltebremse (29) kann auch eine Brems Kupplung eingesetzt werden.Instead of the holding brake (29) a brake clutch can also be used.
Beim Regelbetrieb bringt der frequenzgeregelte Motor (2) die benötigten Haltekräfte auf. Zur Abführung der Verlustwärme werden Dauerlüfter installiert, dessen zwangsgeführte Luft die Wärme abtransportiert (nicht dargestellt) .During normal operation, the frequency-controlled motor (2) generates the required holding forces. To dissipate the waste heat, permanent fans are installed whose forced air transports the heat away (not shown).
Die Federn (7a, 7b, 7c, 7d) weisen eine Federkraft auf, die der zum Schluß geforderten Schließkraft des Ventils entspricht. Erfindungsgemäß sind hierfür wenigstens vier lange Federn gewählt, um eine flache Kennlinie undThe springs (7a, 7b, 7c, 7d) have a spring force that corresponds to the closing force required at the end of the valve. According to the invention, at least four long springs are selected for this purpose in order to achieve a flat characteristic curve and
damit einen geringen Kraftaufwand beim Hin- und Herbewegen zu erhalten, da diese Federn bei jedem Hub mitbewegt werden.This ensures that little effort is required when moving back and forth, as these springs are moved with each stroke.
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