DE4236846A1 - Geregelter elektrohydraulischer Stellantrieb für Hubventile, insbesondere Dampfventile von Dampfturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen geregelten elektrohydraulischen Stellantrieb für Hubventile, insbesondere Dampfventile von Dampfturbinen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebe­ nen Merkmalen.

Bei herkömmlichen Stellantrieben dieser Art ist der Elektromag­ net mit seinem Vorsteuerventil zu einer separaten Baueinheit zu­ sammengefaßt und dementsprechend mit einer eigenen Zuleitung und entsprechenden Ableitungen für die unter Druck stehende Hydrau­ likflüssigkeit ausgerüstet.

Distanziert von dieser Baueinheit ist eine weitere Baueinheit, die das 4/3-Wege-Schieberventil mit dem zugehörigen Hydraulik­ zylinder samt Kraftkolben und ebenfalls eine eigene Zuleitung für die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit sowie einen Zwischentank für die drucklose Hydraulikflüssigkeit aufweist. Um die genannte Distanz zu überbrücken, ist es erforderlich, eine Verbindungsleitung anzuordnen, durch welche die Druckflüs­ sigkeit des Vorsteuerventils zu dem Schieberventil gelangt. Da diese Verbindungsleitung u. U. eine beträchtliche Länge aufweist und zudem mehrfach abgewinkelt bzw. gekrümmt ist, besteht nicht nur die Gefahr, daß die Leitung undicht wird oder gar bricht, sondern auch, daß eine Veränderung der zu übertragenden gerin­ gen Druckschwankungen in der Leitung, z. B. durch Schwingungen erfolgt, wodurch der Regelvorgang gestört werden kann. Im Spe­ ziellen ist nachteilig, daß die langen Leitungen auch ein Dämp­ fungsglied darstellen, das die Regelung negativ, z. B. durch Totzeiteffekte, beeinflußt.

Außerdem erschwert eine darartige dezentralisierte Ausbildung des Stellantriebs Reparaturen und Überwachungsarbeiten und er­ fordert eine erhöhte Lagerhaltung an Austauschteilen. Ein wei­ terer Mangel ist darin zu sehen, daß die zwei getrennten Zulei­ tungen für die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit, die Zwischentanks, sowie die zwei getrennten Rückläufe und zusätz­ lichen zwei Leckölleitungen, den Bauaufwand für das gesamte Hydraulik-Leitungssystem vergrößern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrohydrau­ lischen Stellantrieb der eingangs genannten Art derart weiter­ zuentwickeln, daß seine vorgenannten Mängel und Unzuträglich­ keiten überwunden sind.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 da­ durch gelöst, daß der Elektromagnet samt seinem Lageregler, ferner das Vorsteuerventil samt seiner Zu- und seiner Rücklei­ tung für die Hydraulikflüssigkeit und das aus einem einzigen Zwischentank bestehende Sammelsystem mit dem Gehäuse des Schieberventil s zu einer kompakten Baueinheit zusammengefaßt sind, derart, daß sich das Vorsteuerventil im Inneren des Ge­ häuses des Schieberventils befindet und unterhalb von diesem der Elektromagnet sam seinem Lageregler angeordnet ist und die Zuleitung zum Vorsteuerventil von der Zuleitung zum Schieber­ ventil im Inneren des Gehäuses des Schieberventils abgezweigt ist und die Rückleitung des Schieberventils sowie die Rücklei­ tung des Vorsteuerventils in den unterhalb des Gehäuses des Schieberventils angeordneten Zwischentank einmünden. Durch diese Vereinigung der beiden bisher voneinander beabstan­ deten Baueinheiten zu einer einzigen kompakten Baueinheit wird die Verbindungsleitung zwischen Vorsteuerventil und Schieber­ ventil derart verkürzt und außerdem geschützt und in das Innere des Gehäuses des Schieberventils verlagert, so daß irgendwelche Beschädigungen an dieser ausgeschlossen sind. Das gleiche gilt für das Auftreten von Schwingungen und Totzeiteffekten in der Leitung.

Die Reduzierung auf eine einzige Zuleitung-und auf einen einzi­ gen Zwischentank und seine Anordnung unterhalb des Gehäuses des Schieberventils erbringt eine Reduzierung der Zu- und Rücklei­ tungen für die Hydraulikflüssigkeit und damit die erwünschte Verringerung des Bauaufwandes für das gesamte Sammelsystem. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla­ gen, einen Wegaufnehmer vorzusehen, der die Bewegungen der Rück­ führschiene in elektrische, dem Lageregler als Istwert-Signale zugeführte Signale umwandelt. Dadurch wird jetzt die Stellgröße des Turbinenreglers direkt verglichen mit der Ausgangsgröße Hub am Ventil (Kraftkolben). Damit werden alle Fehler, die im Sys­ tem vorliegen können, überwacht. Bei den bisher eingesetzten Systemen war der Sollwert für die Stelleinheit nur mit Hilfs- oder Zwischengrößen, z. B. Vorsteuerdruck oder Magnetkraft, ver­ glichen worden. Daher war die Wegrückführung nur auf den Steuer­ kolben beschränkt.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung anhand einer schematischen Skizze veranschaulicht.

Mit 3 ist insgesamt ein 4/3-Wege-Schieberventil bezeichnet, das mit einem Gehäuse 3.1, einem in üblicher Weise mit einer Kolben­ stange 1.1 und drei voneinander beabstandeten Steuerkolben 1.2, 1.3, 1.4 ausgerüsteten Steuerschieber 1, einer Zuleitung 12 für die von der Pumpe P angelieferte, unter Druck von etwa 8-10 bar stehende Hydraulikflüssigkeit zu dem mittleren Steuerkolben 1.3, ferner mit zwei Überleitungskanälen 16, 17 und mit einer Rücklei­ tung 11 von den äußeren Steuerkolben 1.2 und 1.4 ausgestattet ist.

Im unteren Teil des Gehäuses 3.1 ist ein hydraulisches Vor­ steuerventil 9.0 untergebracht, das ebenfalls in üblicher Weise mit einem Vorsteuerkolben 9.2 sowie einer Zuleitung 8 und einer Ableitung 13 für die Hydraulikflüssigkeit versehen ist. Die Zu­ leitung 8 ist als Zweigleitung der Zuleitung 12 ausgebildet und im Inneren des Gehäuses 3.1 geführt.

Die Ableitung 13 verläuft ebenfalls im Inneren des Gehäuses 3.1 und mündet in einen Zwischenbehälter 7 aus, der unten an dem Ge­ häuse 3.1 angebracht ist und der mit einer zu einem Sammelbehäl­ ter (nicht dargestellt) führenden Öffnung 14 versehen ist. Ebenfalls unten an dem Gehäuse 3.1 schließt ein Elektromagnet 9.1 an, der bei 15 mit einer Spannung von 24 V versorgt ist und mit einem elektronischen Lageregler 9.3 ausgestattet ist, der einerseits von den elektrischen Sollwert-Signalen W eines nicht dargestellten elektronischen Turbinenreglers und andererseits von den später näher erläuterten elektrischen Istwert-Signalen x angesteuert wird und der diese Signale so verarbeitet, daß er das Hubglied 9.6 des Elektromagneten 9.1 entsprechend verstellt. Da das Hubglied 9.6 mit dem Vorsteuerkolben 9.2 des Vorsteuer­ ventils 9.0 unmittelbar zusammenwirkt, werden die Ausschläge des Hubglieds 9.6 in Druckänderungen der Hydraulikflüssigkeit im Vorsteuerventil 9.0 umgewandelt, die ihrerseits auf den äußeren Steuerkolben 1.4 des Steuerschiebers 1 einwirken. Da der Steuerschieber 1 von der Gegenseite her mit einer Druckfeder 2 beaufschlagt ist, bewirken die Druckänderungen im Vorsteuerventil 9.0 ein proportionales axiales Hin- und Herbewegen des Steuerschiebers 1, wodurch das in der Zuleitung 12 anstehende Drucköl von dem mittleren Steuerkolben 1.3 entweder dem Kanal 16 oder dem Kanal 17 zugeleitet wird. Hierdurch wird ein in einem an das Gehäuse 3.1 angeschlossenen Hydraulikzylinder 10 verschieblich geführter Kraftkolben 6 von der einen oder der anderen Seite mit Druck beaufschlagt. Der Kraftkolben 6 ist mit einer Kolbenstange 18 ausgestattet, die einerseits über ein Gestänge das angedeutete Dampfventil V be­ tätigt, andererseits mit einer eine schiefe Ebene bildenden Rückführschiene 4 starr verbunden ist, auf die eine Rolle oder dergleichen eines ortsfesten elektrischen Wegaufnehmers 5 auf­ läuft, der die Wege der Rolle oder dergleichen in entsprechende elektrische Signale umwandelt. Diese Signale sind die Istwert- Signale x des Regelkreises und werden an die Stelle 9.5 an dem Lageregler 9.3 zurückgeführt, wo sie, wie bereits beschrieben, mit den bei 9.4 ankommenden Sollwert-Signalen W verglichen wer­ den.

Wirkungsweise des Regelvorgangs

Im Ruhezustand des Regelsystems, also bei Übereinstimmung von Sollwert W und Istwert x, befindet sich der Steuerschieber 1 im Beharrungszustand zwischen der Kraft der Feder 2 und dem Druck unter dem Steuerschieber 1.

Ändert sich der Sollwert W, wird der Elektromagnet 9.1 entspre­ chend erregt und sein Hubglied 9.6 ändert die Lage des Vor­ steuerkolbens 9.2 und damit den Druck unter dem Steuerschieber Der bisher in der hydraulischen Mitte zentrierte Steuerschieber 1 wird jetzt nach oben oder unten ausgelenkt. Dadurch wird ein Strom der unter Pumpendruck stehenden Hydraulikflüssigkeit über den Kanal 16 oder 17 zum Hydraulikzylinder 10 geleitet, wodurch der Kraftkolben 6 verfahren wird. Der Hub des Kraftkolbens 6 liefert über die schiefe Ebene 4 und den Wegaufnehmer 5 den Ist­ wert x an den Lageregler, der prüft, ob Soll- und Istwert wieder übereinstimmen. Ist dies der Fall, steuert er so, daß der Steuerschieber 1 wieder in die hydraulische Mitte fährt, und es stellt sich ein neuer Beharrungszustand ein.

Der über den Kanal 16 oder 17 vom Steuerschieber 1 abgeführte Strom der Hydraulikflüssigkeit gelangt über den Kanal 11 in den Zwischentank 7, ebenso wie der vom Vorsteuerventil 9.0 über den Kanal 13.

Claims (3)

1. Geregelter elektrohydraulischer Stellantrieb für Hubventile, insbesondere Dampfventile von Dampfturbinen, mit einem ein Hub­ glied aufweisenden Elektromagneten, dem ein elektronischer, von den elektrischen Sollwert-Signalen eines Turbinenreglers ange­ steuerter Lagerregler zugeordnet ist, ferner mit einem als Druckwaage ausgebildeten hydraulischen Vorsteuerventil, dessen Vorsteuerkolben mit dem Hubglied des Elektromagneten mechanisch gekoppelt ist, ferner mit einem 4/3-Wege-Schieberventil, dessen Steuerschieber einerends von einer Druckfeder und anderenends von dem Druck im Vorsteuerventil beaufschlagt ist, ferner mit einem an das Schieberventil über zwei Kanäle hydraulisch ange­ schlossenen Hydraulikzylinder, in dem ein beidseitig beauf­ schlagbarer Kraftkolben verschiebbar ist, ferner mit einer mit dem Kraftkolben mechanisch gekoppelten Rückführschiene (schiefe Ebene) und mit einem hydraulischen Versorgungssystem, ausgestat­ tet mit Druckförderorgan (Pumpe) und Sammelsystem für die Hy­ draulikflüssigkeit samt den Zu- und den Rückleitungen für die­ se, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (9.1) samt seinem Lagerregler (9. 3), ferner das Vorsteuerventil (9.0, 9.2) samt seiner Zu- und seiner Rückleitung (8,13) für die Hydrau­ likflüssigkeit und das aus einem einzigen Zwischentank (7) be­ stehende Sammelsystem mit dem Gehäuse (3.1) des Schieberventils (3) zu einer kompakten Baueinheit zusammengefaßt sind, derart, daß sich das Vorsteuerventil (9.0, 9.2) im Inneren des Gehäuses (3.1) des Schieberventils (3) befindet und unterhalb von diesem der Elektromagnet (9.1) samt seinem Lageregler (9.3) angeordnet ist und die Zuleitung (8) zum Vorsteuerventil (9.0) von der Zu­ leitung (12) zum Schieberventil (3) im Inneren des Gehäuses (3.1) des Schieberventils (3) abgezweigt ist und die Rückleitung (11) des Schieberventils (3) sowie die Rückleitung (13) des Vor­ steuerventils (9.0, 9.2) in den unterhalb des Gehäuses (3.1) des Schieberventils (3) angeordneten Zwischentank (7) einmünden.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Hydraulikflüssigkeit in den Zuleitungen (8, 12) einer Niederdruckhydraulik von vorzugsweise 8-10 bar entspricht.

3. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wegaufnehmer (5) vorgesehen ist, der die Bewegungen der Rückführschiene (4) und damit des Kraftkolbens (6) in elektri­ sche, dem Lageregler (9.3) als Istwert-Signale (x) zugeführte Signale umwandelt.