DE4236846A1 - Geregelter elektrohydraulischer Stellantrieb für Hubventile, insbesondere Dampfventile von Dampfturbinen - Google Patents
Geregelter elektrohydraulischer Stellantrieb für Hubventile, insbesondere Dampfventile von DampfturbinenInfo
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- F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
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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.
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.
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