DE8121690U1

DE8121690U1 - Elektrohydralischer stellantrieb fuer ventile

Info

Publication number: DE8121690U1
Application number: DE19818121690U
Authority: DE
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1981-07-23
Filing date: 1981-07-23
Publication date: 1981-11-26
Also published as: US4452422A

Description

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KRAi¹TWEEK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Mülheim a. d. Ruhr " VPA 81 G 9358 DE

Elektrohydraulischer Stellantrieb für Ventile

Die Erfindung "bezieht sich auf einen elektrohydraulisehen Stellantrieb für Ventile gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

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Ein derartiger elektrohydraulischer Stellantrieb für Ventile ist aus der DE-AS 11 83 760 bekannt. Bei einer der r >, dort beschriebenen Bauformen sind der elektro-hydraulische Umformer, der hydraulische Steilzylinder, der Elektromotor und die Hydropumpe auf einer Platte montiert, die als Deckel des Vorratsbehälters für die Hydraulikflüssigkeit ausgebildet ist. Die Abstützung des hydraulischen Stellzylinders am Ventilgehäuse erfolgt dabei über die entsprechend kräftig ausgebildeten Wandungen des Vorratsbehälters und eine zwischen Ventilgehäuse und Vorratsbehälter angeordnete Ventillaterne, wobei die Betätigungsstange des hydraulischen StellZylinders den Vorratsbehälter durchsetzt.

Ein Einsatz des bekannten elektrohydraulischen Stellanv triebes für die Betätigung von Turbinenventilen, wie Regel-Schnellschluß- und Umleitventilen von Dampfturbinen, ist praktisch nicht möglich. Bei derartigen Turbinenventilen müssen einerseits äußerst hohe Stellkräfte bei geringen Steilζexten aufgebracht werden, während andererseits schon allein die Unterbringung der Turbinenventile selbst unter beengten Platzverhältnissen Schwierigkeiten bereitet und von den entsprechenden Stellantrieben daher geringe Baugrößen und geringe Baugewichte gefordert werden. Bei einer auf die Stellkräfte und Stellzeiten von Turbinenventilen abgestimmten Bemessung der einzelnen Bauteile würde der kompakte Antriebsblock des bekannten

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elektrohydraulisehen Stellantriebes so groß und so schwer werden, daß eine Anordnung am Ventilgehäuse nicht mehr möglich ist.

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrohydraulischen Stellantrieb für Turbinenventile zu schaffen, welcher bei relativ geringer Baugröße und geringem Baugewicht den hohen Anforderungen hinsichtlich Stellkraft und Stellgeschwindigkeit genügt. 10

Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerung durch die im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Durch die zusätzliche Verwendung von mindestens einem hydraulischen Druckspeicher und einer Kraftspeicherfeder ergeben sich die Stellbewegungen des Ventils durch das Zusammenwirken von zwei Speichern, wobei die Kraftspeicherfeder als der erste Speicher direkt in Schließrichtung wirkt und wobei der Druckspeicher als der zweite Speicher über den hydraulischen Stellzylinder in Öffnungsrichtung wirkt. Der Elektromotor und die Hydropumpe können dann so klein bemessen werden, daß der Förderstrom der Hydropumpe nur noch zur Deckung von Leckverlusten und zum langv ' 25 samen Auffüllen des Druckspeichers ausgelegt sein muß.

Trotz der zusätzlichen Verwendung dieser beiden Speicher kann der gesamte Antriebsblock dadurch äußerst kompakt ausgebildet werden, daß die Abstützung des hydraulischen Stellzylinders über mindestens zwei im Innern des Vorratsbehälters angeordnete Träger erfolgt, welche die Kraftspeicherfeder und Beätigungsstange zwischen sich aufnehmen und mit einer Bodenplatte und einer Deckplatte des Vorratsbehälters starr verbunden sind und daß der nichttragende Mantel des Vorratsbehälters als ein abnehmbarer, die Bodenplatte und die Deckplatte konzentrisch dichtend umschließender Zylinder ausgebildet ist. Der Platzbedarf \ der Träger, der Kraftspeicherfeder und der Betätigungs-

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stange wird dabei durch die Unterbringung im Innern des Vorratsbehälters auf das Volumen der verdrängten Hydraulikflüssigkeit reduziert. Außerdem entlastet die durch die Träger, die Bodenplatte und die Deckplatte gebildete Stützkonstruktion den Mantel des Vorratsbehälters, so daß dieser als leichter und abnehmbarer Zylinder ausgebildet werden kann und die im Innern des Vorratsbehälters angeordneten Bauteile bei abgenommenem Mantel von außen leicht zugänglich sind. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Anordnung ist darin zu sehen, daß bei Verwendung einer aus Tellerfedern bestehenden Federsäule als Kraftspeicherfeder durch die Hydraulikflüssigkeit eine Schmierung und somit eine Verringerung der Reibung bewirkt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Neuerung ist der hydraulische Druckspeicher zumindest teilweise im Innern des Vorratsbehälters angeordnet. Auch die Hydropumpe kann vorteilhaft im Innern des Vorratsbehälters angeordnet werden, wobei die Zugänglichkeit von außen bei abgenommenem Mantel des Vorratsbehälters gewährleistet ist. Verkleidungen, die bei eventuellen Leckagen von Hydropumpe oder hydraulischem Druckspeicher einen unkontrollierten Austritt von Hydraulikflüssigkeit verhindern sollen, können durch die Unterbringung dieser Bauteile im Vorratsbehälter entfallen. Außerdem kann auch durch die Unterbringung von Hydropumpe und Druckspeicher im Vorratsbehälter der Aufwand für die hydraulische Verbindung der einzelnen Bauteile erheblich verringert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung sind in den Unteransprüchen 4 bis 11 angegeben.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Neuerung näher erläutert. Dabei ist in der Zeichnung ein Längs-

- 4 - VPA 81 G 9558 DE schnitt durch einen auf einem Turbinenventil angeordneten elektrohydraulisehen Stellantrieb dargestellt.

Der als kompakter Antriebsblock ausgebildete elektrohydraulische Stellantrieb ist,mit der Bodenpaltte 1 eines insgesamt mit 2 bezeichneten Vorratsbehälters für die Hydraulikflüssigkeit auf den Kopf einer Ventillaterne 3 aufgesetzt, welche ihrerseits am Ventildeckel 4 eines Turbinenventils 5 befestigt ist. Als zentrale Stützkonstruktion des gesamten Antriebsblockes dienen zwei quaderförmige und parallel zueinander ausgerichtete Tragplatten 6, Γ die mit ihren einen Stirnflächen starr mit der Bodenplatte 1 und mit ihren anderen Stirnflächen mit einem hydraulischen Stellzylinder 7 verbunden sind, wobei zwischen diesen anderen Stirnflächen der beiden Tragplatten 6 und dem hydraulischen Stellzylinder 7 die Deckplatte 8 des Vorratsbehälters 2 starr eingespannt ist. Zwischen den beiden Tragplatten 6 ist eine Betätigungsstange 9 angeordnet, welche den Stellkolben 10 des hydraulischen Stell-Zylinders 7 mit einer Ventilspindel 11 verbindet, die an ihrem Ende den Ventilkegel 12 des Turbinenventils 5 trägt. Von den beiden Tragplatten 6 ist in der Zeichnung nur diejenige zu erkennen, die hinter der Bildebene bzw. hin- _r ter der Betätigungsstange 9 angeordnet ist. Die andere ν 25 nicht dargestellte Tragplatte 6 ist mit gleichem Abstand vor der Bildebene bzw. vor der Betätigungsstange 9 angeordnet. Der Raum zwischen den beiden Tragplatten 6 ist auch für die Unterbringung einer Kraftspeicherfeder I3 vorgesehen. Diese KraftSpeicherfeder I3 ist auf der Betätigungsstange 9 zwischen einem an der Betätigungsstange 9 befestigten Teller 14 und dem hydraulischen Stellzylinder 7 derart angeordnet, daß sie bei einer Öffnung des Turbinenventils 5 durch einen entsprechenden Hub des Stellkolbens 10 gespannt wird.und nach einer Entlastung des Stellkolbens 10 das Turbinenventil 5 rasch zu schließen vermag.

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Der Vorratabehälter 2 ist durch die Bodenplatte 1, die Deckplatte 8 und einen kreis zylindrischen Mantel 15 "begrenzt, wobei die Betätigungsstange 9 d-en gesamten Vorratsbehälter 2 durchsetzt und durch die Bodenplatte 1 flüssigkeitsdicht hindurchgeführt ist. Der Mantel 15 des Vorratsbehälters 2 umschließt dabei die Betätigungsstange 9, die Kraftspeicherfeder 13 und die beiden Tragplatten 6, so daß der Raum zwischen diesen Bauteilen voll für die Unterbringung der Hydraulikflüssigkeit genutzt werden kann. Die durch die Bodenplatte 1, die beiden Tragplatten 6 und die Deckplatte 8 gebildete starre Stützkonstruktion ermöglicht eine dünnwandige Ausführung des Mantels 15, welcher lediglich die Bodenplatte 1 und die Deckplatte 8 konzentrisch dichtend umschließt und nach einer Entleerung des Vorratsbehälters 2 abgenommen werden kann.

Aus dem vorstehend beschriebenen Vorratsbehälter 2 fördert eine von einem Elektromotor 16 angetriebene Hydropumpe die Hydraulikflüssigkeit in den Stellkreis. Die Hydropumpe fördert die Hydraulikflüssigkeit dabei aber nicht unmittelbar in den Stellkreis, sondern mittelbar über einen hydraulischen Druckspeicher 17, wobei der Förderstrom der Hydropumpe nur zur Deckung von Leckverlusten und zum langsamen Auffüllen des hydraulischen Druckspeichers 17 ausgelegt ist. Der Elektromotor 16 ist dabei neben dem hydraulischen Stellzylinder 7 auf der Deckplatte 8 angeordnet, während die in der Zeichnung nicht näher dargestellte Hydropumpe innerhalb' des Vorratsbehälters an der Deckplatte 8 befestigt ist, wobei die Antriebswelle die Deckplatte 8 flüssigkeitsdicht durchsetzt. Auch der größte Teil des als Gasspeicher ausgebildeten hydraulischen Druckspeichers I7 ist im Innern des Vorratsbehälters 2 angeordnet, wobei lediglich der Gasanschluß und die Membran von außen zugänglich sind. Die Durchtrittsstelle des hydraulischen Druckspeichers I7 durch die Deckplatte8 ist dabei flüssigkeitsdicht ausgeführt. Bei eventuellen

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Leckagen im Bereich des druckseitigen Anschlusses des an einer Tragplatte 6 befestigten hydraulischen Druckspeichers 17 oder im Bereich des druckseitigen Anschlusses der Hydropumpe entstehen keine Probleme, da die austretende Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter 2 aufgefangen wird.

Die beiden Tragplatten 6 haben außer der Aufgabe als zentrale Stützkonstruktion des gesamten Antriebsblockes zusätzlich auch noch die Aufgabe, einzelne Bauteile des

elektrohydraulischen Stellantriebes hydraulisch mitein-, χ ander zu verbinden, so daß die Verbindungsleitungen ganz oder zumindest weitgehend entfallen können. Diese hydraulische Verbindung erfolgt durch in die Tragplatten 6 eingebrachte Kanäle, wobei in der Zeichnung Kanäle 18 und 19 der hinter der Bildebene angeordneten Tragplatte 6 zu erkennen sind. Weitere hydraulische Verbindungskanäle sind in die Deckplatte 8 und in das Zylindergehäuse des hydraulischen Stellzylinders 7 eingebracht, wobei in der Zeichnung in die Deckplatte 8 eingebrachte Verbindungskanäle 20 und 21 und in den hydraulischen Stellzylinder 7 eingebrachte Verbindungskanäle 22 und 23 zu erkennen sind. Dabei ist ein an dem hydraulischen Stellzylinder 7 befe-. stigter erster Modul 24 eines elektro-hydraulisehen Umformers über die Verbindungskanäle 22 und 20 und den daran anschließenden Kanal 18 mit dem hydraulischen Druckspeicher I7 und über den Verbindungskanal 23 mit dem unterhalb des Stellkolbens 10 liegenden Raum des hydraulischen Stellzylinders 7 verbunden. Ein an dem hydraulischen Stellzylinder 7 angebrachter zweiter Modul 25 des in der Zeichnung im übrigen nicht dargestellten elektro-hydraulisehen Umformers ist über eine kurze Abflußleitung 26 mit dem Innern des Vorratsbehälters 2 verbunden, so daß bei einem Schließen des Turbinenventils 5 die Hydraulikflüssigkeit aus dem Raum unterhalb des Stellkolbens 10 in nicht näher dargestellter Weise rasch abgeführt werden kann.

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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der hydraulische Stellzylinder 7, die an ihm befestigten Module 24 und 25 und der Elektromotor 16 so angeordnet,
daß sie nicht über den Rand der kreisförmigen Deckplatte 8 überstehen und der Mantel 15 des Yorratsbehälters 2 ungehindert in dieser Richtung abgenommen werden kann. Auf diese Weise können sämtliche im Innern des Vorratsbehälters 2 angeordnete Bauteile von außen leicht zugänglich
gemacht werden. Abweichend von dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel können im Innern des Yorratsbehälters auch zwei oder mehrere hydraulische Druckspeicher und gegebenenfalls auch zwei Hydropumpen untergebracht werden.

12 Schutzansprüche
1 Figur

Claims

( ) - 8 - VPA 81 G 9558 DE Schutzansprüche

1. Elektrohydraulischer Stellantrieb für Ventile, "bestehend aus einem elektro-hydraulisehen Umformer, einem hydraulischen Stellzylinder und einem Elektromotor zum Antrieb einer Hydropumpe, welche die Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter in den Stellkreis fördert, wobei der hydraulische Stellzylinder über den Vorratsbehälter am Ventilgehäuse abgestützt ist und die Betätigungsstange des hydraulischen Stellzylinders den Vorratsbe- ( ■* halter durchsetzt und wobei sämtliche Bauteile zu einem am Ventilgehäuse angeordneten kompakten Antriebsblock integriert sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

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a) der Antriebsblock umfaßt zusätzlich mindestens einen druckseitig an die Hydropumpe angeschlossenen hydraulischen Druckspeicher (17) und eine in Schließrichtung des Ventils (5) wirkende Kraftspeicherfeder (13);

b) die Abstützung des hydraulischen SteilZylinders (7) erfolgt über mindestens zwei im Innern des Vorratsbehälters (2) angeordnete Träger, welche die Kraftspeicherfeder (13) und die Betätigungsstange (9) zwischen sich aufneihmen und mit einer Bodenplatte (1) und einer Deckplatte (8) des Vorratsbehälters (2) starr verbunden sind;

c) der nichttragende Mantel (15) des Vorratsbehälters (2) ist als ein abnehmbarer, die Bodenplatte (1) und die Deckplatte (8) konzentrisch dichtend umschließender Zylinder ausgebildet.

2. Elektrohydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der

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hydraulische Druckspeicher (17) zumindest teilweise im Innern des Vorratsbehälters (2) angeordnet ist.

3. Elektrohydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß· die Hydropumpe im Innern des Vorratsbehälters (2) angeordnet ist.

4. Elektrohydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (16) und die Hydropumpe auf gegenüberliegenden Seiten der Deckplatte (8) befestigt sind.

5. Elektrohydraulischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (8) starr zwischen den Trägern und dem hydraulischen Stellzylinder (7) eingespannt ist.

6. Elektrohydraulischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (9) exzentrisch zu dem Mantel (15) des Vorratsbehälters (2) angeordnet ist.

7. Elektrohydraulischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Träger als quaderförmige und parallel zueinander ausgerichtete Tragplatten (6) ausgebildet sind.

8. Elektrohydraulischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Druckspeicher (17) an einem Träger befestigt ist.

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9. Elektrohydraulischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verbindung einzelner Bauteile zumindest teilweise durch in die Träger eingebrachte Kanäle (18, 19) erfolgt.

10. Elektrohydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß in die Deckplatte (8) und den hydraulischen Stellzylinder (7) weitere hydraulische Verbindungskanäle (10, 21 bzw. 22, 23) eingebracht sind.

11. Elektrohydraulischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (9) und die Kraftspeicherfeder (I3) mittig zwischen den Trägern angeordnet sind.

12. Elektrohydraulischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsblock über eine Ventillaterne (3) an dem Ventil (5) befestigt ist.