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Diese Erfindung betrifft Trenneinrichtungen und insbesondere hydraulische
Betätigungseinrichtungen für Trenneinrichtungen, besonders für Ableitventile oder Klappen-
Trenneinrichtungen (die hier beide als Trenneinrichtungen bezeichnet sind), die zum
Abtrennen von Gasen unter harten Betriebsbedingungen mit hoher Temperatur und/oder hohem
Druck verwendet werden.
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Für manche Verwendungen eines Ableitventils oder einer Klappen-Trenneinrichtung
ist es notwendig oder wünschenswert, hydraulische Betätigungssysteme zu benutzen.
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Herkömmliche hydraulische Betätigungssysteme bestehen üblicherweise aus einem
hydraulischen Stößel, der einen Hebel betätigt, der mit einer zu schwenkenden Welle
verbunden ist, an der eine Ventil-Verschlußplatte angebracht ist. Das Basisende des
Stößels ist ein Stift, der an einen Ankerbügel angefügt ist, der normalerweise starr an
irgendeinem Punkt des Dämpfer- oder Trenneinrichtungsrahmens befestigt ist. Der Nachteil
dieser Anordnung ist es, daß Unterschiede in der Temperatur zwischen dem
Trenneinrichtungsrahmen (heiß) und dem hydraulischen Stößel (kalt) die effektive Länge des
Stößel-Verbindungssystems und somit die Lage der Platte veranlaßt, sich zu ändern.
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Die PCT-Patentanmeldung Nr. PCT/GB89/00593 (Veröffentlichungs-Nr. WO 89/11612)
beschreibt und beansprucht eine verbesserte hydraulische Betätigungseinrichtung zum
Überwinden solcher Nachteile. Insbesondere sorgt die WO 89/11612 für eine hydraulische
Betätigungseinrichtung für eine Trenneinrichtung, mit einem hydraulischen Stößel, dessen
eines Ende mit einem Hebel verbunden ist, der seinerseits mit einer Welle für eine
Ventilplatte oder ein anderes Verschlußteil verbunden ist, wobei die
Betätigungseinrichtung ein Gehäuse mit Flanschmontagen an der Trenneinrichtung aufweist und das
andere Ende des genannten Stößels an dem Ende des Gehäuses angebracht ist, das vom
genannten Flansch abgelegen ist.
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Die zunehmende Größe von Gasturbinen sorgt für das Erfordernis größerer
Ablenkventile, um den Strom von Verbrennungsprodukten für eine Anlage mit kombiniertem Zyklus
zum Kessel oder zur Umgehungsleitung zu lenken. Größere Ablenkventile erfordern ein
größeres Drehmoment. Ein Verfahren, für dieses Drehmoment zu sorgen, erfolgt mittels der
hydraulischen Betätigungseinrichtung, die Gegenstand der oben erwähnten 4J0 89/11612 ist.
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Der Betriebschub für diese besondere Betätigungseinrichtung wird von einem einzigen
hydraulischen Stößel geliefert. Durch die besondere Natur dieser Anordnung überträgt der
Stößel nicht nur das gewünschte Drehmoment, sondern bringt auf die überhängende Welle ein
Biegemoment und auch eine entsprechende Radiallast auf das Lager auf.
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Die vorliegende Erfindung sorgt für eine Trenneinrichtung, mit einem
Trenneinrichtungsrahmen, einer Trenneinrichtungswelle, einer Ventilplatte oder einem anderen
Trenneinrichtung-Verschlußteil, das von der Trenneinrichtungswelle getragen ist, sowie
einer hydraulischen Betätigungseinrichtung, die an der Trenneinrichtungswelle angebracht
ist, wobei die hydraulische Betätigungseinrichtung einen Betätigungseinriclhtungsrahmen und
einen hydraulischen Stößel aufweist, dessen eines Ende mit einem Hebel verbunden ist, der
seinerseits mit der genannten Trenneinrichtungswelle verbunden ist, worin das Ende des
Betätigungseinrichtungsrahmens, das von der Welle abgelegen ist, mit dem
Trenneinrichtungsrahmen mittels eines Drehmomentarm-Reaktionsankers verbunden ist, um die
Betätigungseinrichtung daran zu hindern, sich zusammen mit der Welle zu drehen.
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Die Betätigungseinrichtung der Trenneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
überwindet in bezeichnender Weise die Nachteile der oben erwähnten Betätigungseinrichtung
entsprechend der WO 89/11612 eines großen Biegemoments auf der überhängenden Welle und
einer entsprechenden Radiallast auf dem Lager.
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In der vorliegenden Erfindung ist die Betätigungseinrichtung an der Welle
angebracht und die Drehmomentreaktion wird vom Drehmomentarmanker aufgenommen. Im
Vergleich mit der Betätigungseinrichtung der WO 89/11612 ist für ein gegebenes Drehmoment
das Biegemoment, das auf die Welle übertragen ist und die Radiallast, die auf die Lager
übertragen wird, verringert um etwa 80%. Dies erfolgt infolge der Tatsache, daß auf die
Drehmoment-Reaktionskräfte mit einer viel größeren wirksamen Hebelarmlänge reagiert wird
als bei der Betätigungseinrichtung der WO 89/11612, wie detaillierter unten unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.
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Der allgemeine Aufbau der Betätigungseinrichtung der Trenneinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung ist gleichartig mit dem der Betätigungseinrichtung der WO 89/11612,
besitzt aber keinen Montageflansch. Stattdessen hat das Ende des Gehäuses, das der Welle
gegenüberliegt, einen Drehmomentarmreaktionsanker.
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In einer Ausführungsform der Trenneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird
die Drehmomentarmreaktion aufgenommen von Gleitteilen, denen es freigestellt ist, über
eine Zunge eines Bügels zu gleiten, und diese Zunge ist an dem Trenneinrichtungsrahmen
über den Drehmomentarmanker angebracht.
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In einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform der Trenneinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung wird die Drehmomentarmreaktion von einem hemmenden Koppelglied
aufgenommen, mit kugeligen Lagern an jedem Ende, um für die Änderung in der Relativlage
des Endes der Betätigungseinrichtung und des Anbringungspunktes des
Trenneinrichtungsrahmens zu sorgen. Das Koppelglied kann in der Länge einstellbar ausgebildet sein, um die
Leichtigkeit der Einstellung zu verbessern.
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Zusätzlich zu dem kennzeichnenden Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß das Ende
des Betätigungseinrichtungsrahmens, das von der Welle abgelegen ist, mit dem
Trenneinrichtungsrahmen durch einen Drehmomentarmreaktionsanker verbunden ist, ist es
bevorzugt, daß der Hebelarm mit einer Nut-Feder-Verbindung mit der Trenneinrichtungswelle
verbunden ist, und daß an jedem Ende des Außendurchmessers des Hebelarmauges Büchsen
passend angebracht sind, an denen eine Lagerfläche aus schmierungsfreiem Lagermaterial mit
niedriger Reibung aufgebracht ist. Das Gehäuse hat bevorzugt zwei Büchsen, in denen sich
die Lagerungen, die am Hebelarm angebracht sind, drehen.
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Es wird die Aufmerksamkeit auch auf die hydraulische Betätigungseinrichtung für
eine Trenneinrichtung gerichtet, wie sie in der PCT-Patentanmeldung Nr. PCT/GB91/01876 (WO
92/08056) beschrieben und beansprucht ist, die für zwei identische Stößel sorgt, die in
entgegengesetzten Richtungen wirksam sind, worin die Radiallast, die von einem Stößel
ausgeübt wird, in der Größe der anderen gleich ist, aber in der Richtung entgegengesetzt.
Die Ausrichtung von Stößel und Betätigungsarm ist so, daß die Schubkräfte für eine
vorgegebene Drehungsrichtung gleich und entgegengesetzt sind, so daß das Biegemoment an
der überhängenden Welle der Trenneinrichtung aufgehoben ist. Die Aufbauten entsprechend
der vorliegenden Erfindung könnten auch bei Doppelstößel-Betätigungseinrichtungen der Art
angewendet werden, die in der WO 92/08056 beschrieben sind, obwohl es weniger zwingende
Gründe hierfür gibt, so zu verfahren, da die Radiallasten minimiert sind.
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Die Erfindung wird ferner nur beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in weichen:
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Fig. 1 eine Perspektivansicht ist, die eine Ausführungsform einer an einer Welle
angebrachten, hydraulischen Betätigungseinrichtung für ein Ablenkventil gemäß der
Erfindung zeigt;
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Fig. 2 eine Seitenansicht ist, die eine andere Ausführungsform einer an einer Welle
angebrachten hydraulischen Betätigungseinrichtung für ein Ablenkventil gemäß der Erfindung
zeigt;
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Fig. 2a eine Ansicht ist, die in der Richtung des Pfeils A in Fig. 2 erfolgt, wobei
der Betätigungseinrichtungskörper aus Gründen der Deutlichkeit weggelassen ist;
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Fig. 3 eine Endansicht einer modifizierten hydraulischen Betätigungseinrichtung
ist, wobei der Betätigungseinrichtungszylinder aus Gründen der Deutlichkeit weggelassen
ist;
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Fig. 3a im Detail den Bereich B zeigt, der in Fig. 3 markiert ist;
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Fig. 4a und 4b je eine schematische Ansicht ist, die die Belastung und die
effektive Armlänge einer hydraulischen Betätigungseinrichtung des Standes der Technik
darstellt, und zwar jener Art, die in WO 89/11612 beschrieben ist; und
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Fig. 5a, 5b und 5c schematische Ansichten sind, die die Belastung und die wirksame
Armlänge einer hydraulischen Betätigungseinrichtung einer Trenneinrichatung gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigen.
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Die hydraulische Betätigungseinrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, weist einen
hydraulischen Stößel 1 auf, der einen Zylinder 1a und eine Stange 1b aufweist, wobei das
Ende des Stößels 1 mit einer Hebelarmanordnung 2 verbunden ist, die ihrerseits mit einer
durchgehenden Welle 3 für eine Ventilplatte oder für eine andere Verschluß- oder Ablenk-
Ventil-Trenneinrichtung verbunden ist. Das Ende des Stößels 1, das von der Welle 3
abgelegen ist (das Basisende des Stößels), ist mit dem Ablenkventilrahmen (in Fig. 1 nicht
gezeigt) über den Betätigungseinrichtungsrahmen mittels eines Drehmomentarmreaktionsankers
4 verbunden. Der Stößel 1 ist schwenkbar mit dem Anker 4 durch eine Stiftverbindung 5a
verbunden und das starre Ende des Stößels ist mit der Hebelarmanordnung 2 durch eine
andere Stiftverbindung 5b verbunden. Die Betätigungseinrichtungsteile 1, 2 und 5 sind in
einem Gehäuse 6 eingeschlossen.
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Eine Lagerung oder Lagerungen 7 am Betätigungseinrichtungsgehäuse 6 nimmt bzw.
nehmen Zylinderlasten innerhalb des Betätigungseinrichtungsrahmens auf.
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In der vorliegenden Erfindung ist die Betätigungseinrichtung auf einer Welle
montiert und die Drehmomentreaktion wird vom Drehmomentarmanker 4 aufgenommen. In der
Ausführungsform der Fig. 1 wird die Drehmomentarmreaktion von gleitenden Teilen 8
aufgenommen, die frei über eine Zunge 9 eines Bügels gleiten können, wobei diese Zunge 9
an dem Ablenkventil rahmen über einem Drehmomentanker 4 angebracht ist, so daß die Bewegung
in der Richtung parallel zum Bügel ermöglicht ist.
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Der allgemeine Aufbau der Betätigungseinrichtung der Trenneinrichtung der
vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 1 gezeigt, ist gleichartig zu dem der
Betätigungs
einrichtung der WO 89/11612, besitzt aber keinen Montageflansch, mittels dessen ein
Betätigungseinrichtungsgehäuse an der Trenneinrichtung angebracht ist. Stattdessen weist
in der vorliegenden Erfindung das Ende des Rahmens 6, der Welle 3 entgegengesetzt, einen
Drehmomentarmreaktionsanker 4 auf, der selbst mit dem Trenneinrichtungsrahmen verbunden
ist.
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In den Ausführungsformen, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind, wurden gleiche
Teile wie in der Ausführungsform der Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und
werden deshalb als solche nicht weiter beschrieben.
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In der Ausführungsform, die in Fig. 2 und 2a beschrieben ist, wird die
Drehmomentarmreaktion von einem hemmenden Koppelglied mit kugeligen Lagerungen an jedem Ende
aufgenommen, um Änderungen in der Relativlage des Endes der Betätigungseinrichtung und des
Anbringungspunktes am Ablenkventilrahmen aufzunehmen (bezeichnet in Fig. 3 durch das
Bezugszeichen 10). Das Koppelglied kann in der Länge einstellbar gemacht werden, um die
Leichtigkeit der Einstellung zu verbessern. Das Koppelglied ist detailliert in Fig. 2a
gezeigt.
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In der in den Fig. 3 und 3a gezeigten Ausführungsform ist der Hebelarm 2 in Nut-
Feder-Verbindung an der Ablenkventilwelle 3 befestigt, und an jedem Ende des
Außendurchmessers des Hebelarmauges 11 sind passend Büchsen 12 angebracht, auf die eine
Lagerfläche 13 aus schmierungsfreiem Lagermaterial mit geringer Reibung aufgebracht ist.
Das Gehäuse hat bevorzugt zwei Büchsen, in denen die am Hebelarm angebrachten Lager sich
drehen. Die Lageranordnung ist im einzelnen in Fig. 3a gezeigt.
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Die Betätigungseinrichtung der Trenneinrichtung gemäß der Erfindung wurde oben
unter Bezugnahme auf die Ausführungen der Fig. 1 bis 3 beschrieben und überwindet die
Nachteile der Betätigungseinrichtung entsprechend der WO 89/11612 eines großen
Biegemoments an der überhängenden Welle und einer entsprechenden Radiallast am Lager. Die
Betätigungseinrichtung der Trenneinrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist
wellenmontiert und die Drehmomentreaktion wird von einem Drehmomentarmanker aufgenommen.
Verglichen mit der Betätigungseinrichtung der WO 89/11612 sind für ein gegebenes
Drehmoment das Biegemoment, das auf die Welle übertragen wird, und die Radiallast, die auf
die Lager übertragen wird, um etwa 80% vermindert. Dies erfolgt infolge der Tatsache, daß
auf Drehmomentreaktionskräfte bei einer viel größeren effektiveren Hebelarmlänge reagiert
wird als bei der Betätigungseinrichtung der WO 89/11612, wie detailliert unter Bezugnahme
auf die Fig. 4 und 5 erläutert werden wird.
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Die Fig. 4a und 4b zeigen eine Betätigungseinrichtung der Art entsprechend der WO
89/11612, worin die wirksame Hebelarmlänge (am Ende des Hubes) 8 beträgt, der Stößelschub
beträgt F, die Reaktion an der Welle ist F und das Drehmoment ist FE.
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Es ist ersichtlich, daß, wenn man die für das Gleichgewicht erforderlichen
Bedingungen auf die hydraulische Betätigungseinrichtung entsprechend der WO 89/11612
anwendet, die dahingehend flanschmontiert ist, daß die Betätigungseinrichtung ein Gehäuse
aufweist, das an der Trenneinrichtung flanschmontiert ist, und daß das von der Welle
abgelegene Ende des Stößels am vom Flansch abgelegenen Ende des Gehäuses angebracht ist,
die Betätigungseinrichtung somit mit dem Flansch starr am Ablenkventilkörper befestigt
ist. Wie aus den Fig. 4a und 4b ersichtlich wird, ist die Wellenreaktion in der Größe
gleich dem Stößelschub und in der Richtung entgegengesetzt, während die Drehmomentreaktion
am Betätigungseinrichtungsflansch aufgenommen wird.
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Die Fig. 5a, 5b und 5 zeigen eine Betätigungseinrichtung einer Trenneinrichtung
entsprechend der vorliegenden Erfindung, worin die wirksame Hebelarmlänge am Ende des
Hubes l ist, der Stößelschub F ist und das Drehmoment FE ist. Da jedoch der Abstand von
der Welle zum Ankerpunkt L ist, wie gezeigt, gleicht die Reaktion am Ankerpunkt der
Reaktion P an der Welle, d. h.
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P = Fl/L was viel kleiner ist als F.
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Somit ist bei der wellenmontierten Betätigungseinrichtung der Trenneinrichtung
entsprechend der vorliegenden Erfindung der Betätigungseinrichtungskörper vor der Drehung
lediglich durch die Verbindung am Ankerpunkt gehemmt. Dieser Punkt widersteht deshalb der
Drehmomentreaktion und die Last an der Welle ist in der Größe gleich und in Richtung
entgegengesetzt der Last an diesem Punkt. Da der Abstand zwischen der Wellenmitte und dem
Anbringungspunkt des Ankers viel größer ist als die wirksame Länge des
Betätigungseinrichtungshebelarms, wird die Last an der Welle um einen Faktor (l/L) verringert.