DE4236846C2 - Geregelter elektrohydraulischer Stellantrieb für Hubventile, insbesondere Dampfventile von Dampfturbinen - Google Patents

Abstract

Bei einem geregelten elektrohydraulischen Stellantrieb, insbesondere für Dampfventile von Dampfturbinen, bei dem bisher eine räumliche Trennung der Anlage in eine einen Elektromagneten und ein Vorsteuerventil enthaltende Einheit und in eine ein Schieberventil und einen Hydraulikzylinder mit Kraftkolben und Wegrückführung für die Betätigung des Dampfventils enthaltende Einheit vorgenommen wurde und die für die Regelung maßgebenden Druckänderungen der Hydraulikflüssigkeit über eine längere Leitung von der einen Einheit auf die andere Einheit übertragen wurde, wird vorgeschlagen, diese Leitung dadurch einzusparen, dass beide Einheiten zu einer einzigen kompakten Baueinheit zusammengefasst werden, um dadurch die Betriebssicherheit der Anlage zu erhöhen und zugleich den baulichen Aufwand zu verringern. Des weiteren wird der Weg des Kraftkolbens mittels Rückführschiene und Wegaufnehmer in einem Lageregler direkt mit der Stellgröße des Turbinenreglers verglichen (Figur 1).

Description

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

Bei herkömmlichen Stellantrieben dieser Art ist der Elektromagnet mit seinem Vorsteuerventil zu einer separaten Baueinheit zusammengefasst und dementsprechend mit einer eigenen Zuleitung und entsprechenden Ableitungen für die unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit ausgerüstet (DEPS 30 19 602).

Distanziert von dieser Baueinheit ist eine weitere Baueinheit (DEAS 28 42 846), die das 4/3-Wege-Schieberventil mit dem zugehörigen Hydraulikzylinder 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 Druckflüssigkeit 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 geringen Druckschwankungen in der Leitung, z. B. durch Schwingungen erfolgt, wodurch der Regelvorgang gestört werden kann. Im Speziellen ist nachteilig, dass die langen Leitungen auch ein Dämpfungsglied darstellen, das in der Regel negativ, z. B. durch Totzeiteffekte, beeinflusst.

Ausserdem erschwert eine derartige dezentralisierte Ausbildung des Stellantriebes Reparaturen und Überwachungsarbeiten und erfordert eine erhöhte Lagerhaltung an Austauschteilen. Ein weiterer Mangel ist darin zu sehen, dass die zwei getrennten Zuleitungen für die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit, die Zwischentanks, sowie die zwei getrennten Rückläufe und zusätzlichen zwei Leckölleitungen, den Bauaufwand für das gesamte Hydraulik-Leitungssystem vergrössern.

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 einzigen Zwischentank und seine Anordnung unterhalb des Gehäuses des Schieberventils erbringt eine Reduzierung der Zu- und Rückleitungen für die Hydraulikflüssigkeit und damit die erwünschte Verringerung des Bauaufwandes für das gesamt Sammelsystem.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, einen Wegaufnehmer vorzusehen, der die Bewegungen der Rückführschiene in elektrische, dem Lageregler als Istwert-Signale zugeführte Signale umwandelt. Dadurch wird jetzt die Stellgrösse des Turbinenreglers direkt verglichen mit der Ausgangsgrösse am Ventil (Kraftkolben). Damit werden alle Fehler, die im System vorliegen können, überwacht. Bei den bisher eingesetzten Systemen war der Sollwert für die Stelleinheit nur mit Hilfs- oder Zwischengrössen, z. B. Vorsteuerdruck oder Magnetkraft, verglichen worden. Daher war die Wegrückführung nur auf den Steuerkolben 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 Kolbenstange 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 Rückleitung 11 von den äusseren Steuerkolben 1.2 und 1.4 ausgestattet ist.

Im unteren Teil des Gehäuses 3.1 ist ein hydraulisches Vorsteuerventil 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 Zuleitung 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 Gehäuse 3.1 angebracht ist und der mit einer zu einem Sammelbehälter (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 Istwert-Signale 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 Vorsteuerventils 9.0 unmittelbar zusammenwirkt, werden die Ausschläge des Hubgliedes 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 betätigt, andererseits mit einer eine schiefe Ebene bildenden Rückführschiene 4 starr verbunden ist, auf die eine Rolle oder dergleichen eines ortsfesten elektrischen Wegaufnehmers 5 aufläuft, 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 werden.

Weiterhin ist noch ein geregelter elektrohydraulischer Stellantrieb bekannt (DE 37 38 241 A1) mit Lageregler, davon angesteuertem Elektromagneten, hydraulischem Vorsteuerventil, einerends durch Druckfeder und anderenends hydraulisch vom Vorsteuerventil beaufschlagtem 4/3-Wege-Schieberventil, Rückführglied sowie hydraulischem Versorgungssystem.

Noch zu erwähnen ist die DE 29 14 196 C3 die ein ebenfalls vorgesteuertes Schieberventil mit als Druckwaage ausgebildetem Vorsteuerventil zeigt, mit dessen Vorsteuerkolben das Hubglied eines betätigenden Elektromagneten mechanisch gekoppelt ist. Das Schieberventil betätigt hydraulisch einen Kraftkolben in einem Hubzylinder und kann mit Vorsteuerventil und Elektromagnet koaxial zu einer Baueinheit zusammengefasst und im selben Gehäuse angeordnet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrohydraulischen Stellantrieb der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass seine vorgenannten Mängel und Unzuträglichkeiten überwunden sind.

Diese Aufgabe wird gemäss dem Kennzeichen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Elektromagnet samt seinem Lageregler, ferner das Vorsteuerventil samt seiner Zu- und seiner Rückleitung für die Hydraulikflüssigkeit und das aus einem einzigen Zwischentank bestehende Sammelsystem mit dem Gehäuse des Schieberventils zu einer kompakten Baueinheit zusammengefasst sind, derart, dass sich das Vorsteuerventil im Inneren des Gehäuses des Schieberventils befindet und unterhalb von diesem der Elektromagnet samt seinem Lageregler angeordnet ist und die Zuleitung zum Vorsteuerventil von der Zuleitung zum Schieberventil im Inneren des Gehäuses des Schieberventils abgezweigt ist und die Rückleitung des Schieberventils sowie die Rückleitung des Vorsteuerventils in den unterhalb des Gehäuses des Schieberventils angeordneten Zwischentank einmünden.

Durch diese Vereinigung der beiden bisher voneinander beabstandeten Baueinheiten zu einer einzigen kompakten Baueinheit wird die Vebindungsleitung zwischen Vorsteuerventil und Schieberventil derart verkürzt und ausserdem geschützt und in das Innere des Gehäuses des Schieberventils verlagert, so dass irgendwelche Wirkungsweise des Regelvorganges:

Im Ruhestand 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 entsprechend erregt und sein Hubglied 9.6 ändert die Lage des Vorsteuerkolbens 9.2 und damit den Druck unter dem Steuerschieber 1.

Der bisher in der hydraulischen Mitte zentrierte Steuerschieber 1 wird jetzt nach oben oder unter ausgelenkt. Dadurch wird ein Strom der unter Pumpendruck stehenden Hydraulikflüssigkeit über den Kanal 16 oder 17 zum Hydraulikzylinder 10 abgeleitet, wodurch der Kraftkolben 6 verfahren wird. Der Hub des Kraftkolbens 6 liefert über die schiefe Ebene 4 und den Wegaufnehmer 5 den Istwert 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 Hubglied aufweisenden Elektromagneten, dem ein elektronischer, von den elektrischen Sollwert-Signalen eines Turbinenreglers angesteuerter Lageregler 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 angeschlossenen Hydraulikzylinder, in dem ein beidseitig beaufschlagbarer Kraftkolben verschiebbar ist, ferner mit einer mit dem Kraftkolben mechanisch gekoppelten Rückführschiene (schiefe Ebene) und mit einem hydraulischen Versorgungssystem, ausgestattet mit Druckförderorgan (Pumpe) und Sammelsystem für die Hydraulikflüssigkeit samt den Zu- und den Rückleitungen für diese, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (9.1) samt seinem Lageregler (9.3), ferner das Vorsteuerventil (9.0, 9.2) samt seiner Zu- und Rückleitung (8.13) für die Hydraulikflüssigkeit und das aus einem einzigen Zwischentank (7) bestehende 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 Zuleitung (122) 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 Vorsteuerventils (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 elektrische, dem Lageregler (9.3) als Istwert-Signal (x) zugeführte Signale umwandelt.