EP0604805A1 - Actuating device for hydraulic actuator with pressure proportional control signal - Google Patents

Actuating device for hydraulic actuator with pressure proportional control signal Download PDF

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EP0604805A1
EP0604805A1 EP93119920A EP93119920A EP0604805A1 EP 0604805 A1 EP0604805 A1 EP 0604805A1 EP 93119920 A EP93119920 A EP 93119920A EP 93119920 A EP93119920 A EP 93119920A EP 0604805 A1 EP0604805 A1 EP 0604805A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
actuating device
actuator
pressure
oil
Prior art date
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Granted
Application number
EP93119920A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0604805B1 (en
Inventor
Heinz Frey
Kamil Prochazka
Franz Suter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Publication of EP0604805A1 publication Critical patent/EP0604805A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0604805B1 publication Critical patent/EP0604805B1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B3/00—Intensifiers or fluid-pressure converters, e.g. pressure exchangers; Conveying pressure from one fluid system to another, without contact between the fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/20—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted
    • F01D17/22—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical
    • F01D17/26—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical fluid, e.g. hydraulic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/16—Trip gear
    • F01D21/18—Trip gear involving hydraulic means

Definitions

  • the invention relates to an actuating device for a hydraulic actuator according to the preamble of claim 1.
  • Actuators for hydraulic actuators of conventional design are known, which are equipped with elaborate moving coils. Furthermore, the mechanical components that belong to this actuating device are comparatively difficult and expensive to manufacture.
  • An actuator for the actuation of a control valve for example, with which the steam supply to a turbine of a power plant is regulated, has a main piston, which on the one hand with spring force and on the other hand with Oil is pressurized. When the oil pressure drops, the spring force securely closes the control valve, thereby interrupting the steam supply. This ensures that the Turbine does not get out of control if the pressure of the oil should fail.
  • the oil pressure in a drive volume which acts on the main piston and actuates the control valve via it, is controlled by a simple electrohydraulic converter.
  • an actuating device for a hydraulic actuator which actuates a control valve.
  • a control loop adjusts the actuator according to a setpoint specified by a higher-level system control system.
  • a plate valve is provided as a drain amplifier, which separates the oil from the Drive volume can flow out very quickly.
  • the plate of the plate valve has at least one opening, which enables the oil to work together under pressure in the spring chamber thereof and the oil in the drive volume of the actuator.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention as characterized in the independent claims, solves the problem of creating an actuating device for a hydraulic actuator with a pressure-proportional control signal, which can be produced easily and inexpensively.
  • an actuating device for a hydraulic actuator with an amplifier for electrical signals, with at least one electrohydraulic converter connected upstream of the hydraulic actuator, with one provided between the electrohydraulic converter and the actuator hydraulic drain amplifier, to be improved in that a piston-cylinder arrangement acting as a converter is interposed between the actuator and the hydraulic drain amplifier.
  • the piston-cylinder arrangement is combined to form a common assembly with a first plate valve serving as a drain amplifier.
  • a further, particularly space-saving design of the actuating device results when a second plate valve, which is designed as part of the safety oil circuit, is combined with the piston-cylinder arrangement and the first plate valve to form a common assembly.
  • the plate valve which has a plate and a spring acting on it and arranged in a spring chamber, is arranged within the piston provided with openings in the piston-cylinder arrangement.
  • the spring chamber of the first plate valve is permanently connected to a drain for the oil via an adapted orifice.
  • FIG. 1 shows a schematically represented actuating device 1 for a hydraulic actuator 2 with a pressure-proportional control signal. Only one actuator 2 is shown here, but as a rule several actuators 2 are always actuated simultaneously by the actuating device 1.
  • the actuator 2 is hydraulically connected via a line 3 to a piston-cylinder arrangement 4.
  • This piston-cylinder arrangement 4 has a piston 5, which is oil-pressure-actuated between two stops 6, 7 against the force of a spring 8.
  • the piston 5 slides in a cylinder 11, in which two guides 9, 10, which are provided with seals, not shown here, are incorporated.
  • the cylinder 11 also has a buffer volume 12, which is connected by means of openings 13 to a spring chamber 14 on the other side of the piston 5.
  • the buffer volume 12 and the spring chamber 14 are connected via a line 15 provided with a comparatively large cross section to a drain for the oil, not shown here.
  • the buffer volume 12 and the spring chamber 14 are not filled with oil in normal operation.
  • a position indicator 16 connected to the piston 5 is arranged in the buffer volume 12.
  • the line 3 opens into this high-pressure duct 17.
  • Oil under pressure is in the high pressure channel 17 through an aperture 18, which acts as a breakthrough through a plate 19th a plate valve 20 is formed, fed.
  • the plate valve 20 of conventional design separates the high-pressure channel 17 from the buffer volume 12 in the closed state.
  • a spring 21 presses the plate 19 against the seal seats.
  • the plate 19 is guided in the plate valve 20 so that tilting or jamming of the same is excluded.
  • the spring 21 is arranged in a spring chamber 22 filled with oil under pressure.
  • the oil under pressure is fed through a line 23a, which leads to an electrohydraulic converter 24 and a line 23b, which leads the oil under pressure away from the electrohydraulic converter 24 into the spring chamber 22.
  • the pump arrangement for feeding into line 23a, which pressurizes the oil, and any pressure accumulators and pressure switches in this area are not shown here.
  • the spring chamber 22 is connected to the line 25 via a line 27 provided with an orifice 26.
  • An arrow 38 indicates the direction of flow of the oil flowing into the line 23a under pressure.
  • An arrow 39 indicates the direction of flow of the oil flowing through the line 3 into the actuator 2 under pressure.
  • An arrow 40 indicates the direction of flow of the oil flowing through the line 15 into the drain.
  • the spring chamber 22 is also connected via a further plate valve 28 to a line 29 which belongs to the safety oil circuit of the system.
  • this plate valve 28 opens and the pressure prevailing in the spring chamber 22 is reduced into the spring chamber 14, whereupon the plate valve 20 also opens, with the result that the actuator 2 moves very quickly into its switch-off position.
  • the oil emerging in the spring chamber 14 and in the buffer volume 12 is always very quickly through the line 15 in the Drainage removed so that the movement of the piston 5 can not be influenced by this oil.
  • a proportional valve 30 with position control can be used as the electro-hydraulic converter 24, as shown in FIG.
  • This embodiment of the proportional valve 30 has, for example, two actuation coils for the electrical and two springs for the mechanical actuation of the valve piston.
  • the proportional valve 30 can assume three operating positions, namely the first one shown in FIG. 1 with energized actuation coils for normal operation, a second one, which is shown in FIG. 2, for the deactivation, and a third one, which is shown in FIG. 3, when it is not necessary to correct the position of the actuator 2, or when the actuation voltage has failed, so that the springs push the valve piston into the central position.
  • the proportional valve 30 is provided with a position indicator 31, the path measurement signals, as indicated by an action line 32, are passed into an amplifier 33 for further processing.
  • Lines of action 34 and 35 starting from the amplifier 33 indicate the electrical supply lines for the actuation coils of the proportional valve 30.
  • the amplifier 33 is also connected to the position indicator 16 of the piston-cylinder arrangement 4, as shown by the line of action 36, so that they too generated path measurement signals for further processing in the amplifier 33.
  • Another line of action 37 indicates the connection between the amplifier 33 and a higher-level system control system.
  • the amplifier 33 can be designed as a pure amplifier.
  • the feeding line 23a is interrupted by the proportional valve 30 and the line 23b is connected to the line 25, so that the oil can flow out of the spring chamber 22 into the outlet.
  • the plate valve 20 opens, so that the oil from the high-pressure channel 17 can flow out very quickly, as indicated by the arrows 41, into the buffer volume 12 and further through the line 15 having a large cross section into the drain.
  • This also has the consequence that the piston 5 is pressed by the spring 8 to the left against the stop 6.
  • the oil from the drive volume of the actuator 2 flows simultaneously, as the arrow 42 shows, through the line 3 into the high-pressure channel 17 and from there into the drain.
  • the proportional valve 30 is shown in the operating state with failed operating voltage, in which the springs determine the position of the valve shown. Both the feeding line 23a and the line 23b are blocked by the proportional valve 30. 3 shows the moment immediately after the failure of the actuation voltage. In addition, it is assumed that the safety oil circuit has not yet responded at this moment. The spring chamber 22 is pressurized with oil and this pressure cannot be reduced by the blocked line 23b, so that the actuator 2 is blocked in the position which it had assumed before the actuation voltage failed. Out Such a blockage of the actuator 2 is not permissible for safety reasons, since the turbine, the feed valve of which is regulated by means of this actuator 2, can no longer be switched off.
  • the line 27 with the permanently active diaphragm 26 was provided in order to avoid such extremely critical operating states.
  • this orifice 26 a small amount of oil flows continuously, this amount being continuously replaced by the oil under pressure through line 23b under pressure in normal operation, but in the present operating case, the amount of oil flowing off is sufficient to the pressure in the spring chamber in a useful period 22 to dismantle.
  • the aperture 18, which penetrates the plate 19 the pressure in the high-pressure channel 17 and thus also in the actuator 2 is simultaneously reduced.
  • the actuator 2 is guided directly into the defined switch-off position by this pressure reduction.
  • the undefined operating state can thus be overcome quickly and safely.
  • the safety oil circuit will usually also respond and reduce the pressure in the spring chamber 22. There is therefore a particularly advantageous redundancy of the safety devices.
  • FIG. 4 shows, similar to FIG. 1, a schematically represented actuating device 1 for a hydraulic actuator 2 with a pressure-proportional control signal.
  • the actuator 2 is hydraulically connected via a line 3 to a piston-cylinder arrangement 4.
  • This piston-cylinder arrangement 4 has a piston 5, which is oil-pressure-actuated between two stops 6, 7 against the force of a spring 8.
  • the piston 5 slides in a cylinder 11 in which three guides 9, 10 and 43, which are provided with seals (not shown here), are incorporated.
  • the cylinder 11 also has a buffer volume 12.
  • the buffer volume is 12 Connected via a line 15 having a comparatively large cross section to a drain for the oil, not shown here.
  • the buffer volume 12 is normally not filled with oil.
  • a position indicator 16 connected to the piston 5 is arranged in the buffer volume 12.
  • the line 3 opens into the high-pressure channel 17, the line 23b opens into the high-pressure channel 45.
  • Oil under pressure is fed through bores 46 designed as diaphragms, which run through a plate 47 of a plate valve 44, into a channel 5o provided with a comparatively large cross section.
  • the channel 5o is connected to the high-pressure channel 17.
  • the plate valve 44 arranged here within the piston 5 separates the high-pressure channel 17 and with it the channel 5o from the buffer volume 12.
  • a spring 21 presses the plate 47 against the seal seats.
  • the plate 47 is guided in the plate valve 44 so that tilting or jamming of the same is excluded.
  • the spring 21 is arranged in a spring chamber 22 filled with oil under pressure within the piston 5.
  • the oil under pressure is fed through a line 23a, which leads to an electrohydraulic converter 24 and a line 23b, which leads the oil under pressure away from the electrohydraulic converter 24 into the high-pressure channel 45. From the high-pressure channel 45, the oil reaches the spring chamber 22 through openings 48 in the wall of the piston 5.
  • the pump arrangement for feeding into the line 23a which pressurizes the oil, and any pressure accumulators and pressure monitors in this area are not shown here.
  • a line 25 in this position of the electro-hydraulic Converter 24 is interrupted, leads from this into the buffer volume 12.
  • the spring chamber 22 is permanently connected to the buffer volume 12 via a diaphragm 49, which is embedded as a fine bore in the bottom of the piston 5, and via this to the line 25.
  • the orifice 49 acts exactly the same as the orifice 26 described there.
  • an arrow 38 indicates the direction of flow of the oil flowing into the line 23a under pressure.
  • An arrow 39 indicates the direction of flow of the oil flowing through the line 3 into the actuator 2 under pressure.
  • An arrow 40 indicates the direction of flow of the oil flowing through the line 15 into the drain.
  • the spring chamber 22 is also connected through the openings 48 and via a further plate valve 28 to a line 29 which belongs to the safety oil circuit of the system.
  • this plate valve 28 opens and the pressure prevailing in the spring chamber 22 decreases through the openings 48 into the buffer volume 12, so that the plate valve 44 also opens, with the result that the actuator 2 moves very quickly into it Off position moves.
  • a proportional valve 30 with position control has also been used here as the electrohydraulic converter 24, as has already been shown in FIG.
  • the proportional valve 30 has, for example, two actuation coils for the electrical and two springs for the mechanical actuation of the valve piston, and, as already described, it can assume three operating positions.
  • a sealing edge of the proportional valve 30 which is in use regulates the amount of the through the lines 23a and 23b in the operating position shown in FIG flowing oil under pressure.
  • the proportional valve 30 is provided with a position indicator 31, the path measurement signals, as indicated by an action line 32, are passed into an amplifier 33 for further processing. Lines of action 34 and 35 starting from the amplifier 33 indicate the electrical supply lines for the actuation coils of the proportional valve 30.
  • the amplifier 33 is also connected to the position indicator 16 of the piston-cylinder arrangement 4, as shown by the line of action 36, so that they too generated path measurement signals for further processing in the amplifier 33.
  • Another line of action 37 indicates the connection between the amplifier 33 and a higher-level system control system.
  • the amplifier 33 can be designed as a pure amplifier. However, it often proves to be very useful to provide certain elements acting as regulators in the amplifier 33 itself, in order to achieve particularly fast signal processing and thus high dynamics of the actuating device 1.
  • the feeding line 23a is interrupted by the proportional valve 30 and the line 23b is connected to the line 25, so that the oil can flow out of the spring chamber 22 into the outlet.
  • the plate valve 44 opens, so that the oil from the high-pressure channel 17, as indicated by the arrows 41, can flow through the channel 50 into the buffer volume 12 and further through the line 15 into the drain.
  • the piston 5 is pressed by the spring 8 to the right against the stop 7.
  • the oil from the drive volume of the actuator 2 flows simultaneously, as the arrow 42 shows, through the line 3 into the high-pressure channel 17 and from there into the outlet, so that the actuator 2 moves quickly into its switch-off position.
  • FIG. 1 a volume flow consisting of oil under pressure is regulated by the electro-hydraulic converter 24.
  • This volume flow is converted into a pressure signal by the piston-cylinder arrangement 4, which serves as a converter.
  • This pressure signal acts in the high pressure channel 17 and holds the piston 5 against the force of the spring 8 in the position shown.
  • the position indicator 16 connected to the piston 5 reports this position of the piston 5 to a controller, which compares it with a setpoint specified by the higher-level system control system and which initiates any necessary corrections via the amplifier 33 and the electro-hydraulic converter 24.
  • Each correction has the effect of a change in the volume flow through the electro-hydraulic converter 24 and is converted into a corresponding pressure in the piston-cylinder arrangement 4.
  • This pressure which is effective in the high-pressure duct 17, acts on the actuator 2 or several actuators 2 and determines their stroke. This pressure can be increased if the actuator 2 is to open the feed valve for the turbine which it actuates. For this purpose, the excitation of the actuation coils of the proportional valve 30 is changed so that the control edge in engagement releases a larger cross section for the oil flowing through.
  • the measurement signals of the position indicator 16 are monitored and compared with predetermined target values, so that any incorrect deviation from known values is immediately recognized.
  • a certain cross-sectional change in the proportional valve 30 therefore corresponds to a certain pressure change speed and also a certain running speed of the piston 5 and the actuator 2.
  • the piston-cylinder arrangement 4 acts as a converter. The direct measurement of the position of the piston 5 and Integrating these measurement signals into the control process, which is controlled by the higher-level plant control system, prevents instabilities in this area with great certainty.
  • the somewhat more economical embodiment of the actuating device according to FIG. 4 also has the essential advantages of the embodiment described here.

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Abstract

The said actuating device for a hydraulic actuator (2) with pressure-proportional control signal is provided with an amplifier (33) for electrical signals, with at least one electrohydraulic transducer (24), connected to the hydraulic actuator (2) on the input side, and with a hydraulic outlet booster connected between the electrohydraulic transducer (24) and the actuator (2). The intention is to create an actuating device for a hydraulic actuator with pressure-proportional control signal which can be easily and cost-effectively manufactured. This is achieved in that a piston-cylinder arrangement (4) acting as transducer is inserted between actuator (2) and hydraulic outlet booster. <IMAGE>

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Erfindung geht aus von einer Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Stellantrieb gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an actuating device for a hydraulic actuator according to the preamble of claim 1.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Es sind Betätigungsvorrichtungen für hydraulische Stellantriebe konventioneller Bauart bekannt, die mit aufwendig herzustellenden Tauchspulen bestückt sind. Ferner sind die mechanischen Bauteile, die zu dieser Betätigungsvorrichtung gehören, vergleichsweise schwierig und teuer herzustellen.Ein Stellantrieb für die Betätigung eines Regelventils mit welchem beispielsweise die Dampfzufuhr zu einer Turbine einer Kraftwerksanlage geregelt wird, weist einen Hauptkolben auf, der einerseits mit Federkraft und andererseits mit Öl unter Druck beaufschlagt ist. Bei nachlassendem Druck des Öls schliesst die Federkraft sicher das Regelventil, wodurch die Dampfzufuhr unterbrochen wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Turbine nicht ausser Kontrolle gerät, wenn der Druck des Öls einmal ausfallen sollte. Der Öldruck in einem Antriebsvolumen, der auf den Hauptkolben einwirkt und über diesen das Regelventil betätigt, wird durch einen einfachen elektrohydraulischen Wandler gesteuert. Bei einer Bewegung des Regelventils in Öffnungsrichtung wird Öl unter Druck in das Antriebsvolumen eingespeist, da diese Bewegung jedoch vergleichsweise langsam erfolgt, genügen vergleichsweise kleine Querschnitte für die Zuführung des Öls. Eine Schliessbewegung des Regelventils hat jedoch mit einer um mindestens das Zehnfache höheren Geschwindigkeit zu erfolgen. Dies bedingt eine vergleichsweise schnelle Entleerung des Antriebsvolumens, welche jedoch durch die kleinen Querschnitte der Ölzuführung nicht erreicht werden kann. Hier ist es sinnvoll einen Abflussverstärker einzusetzen, der nach dem Absteuern entsprechend grosse Querschnitte für das Abströmen des Öls freigibt.Actuators for hydraulic actuators of conventional design are known, which are equipped with elaborate moving coils. Furthermore, the mechanical components that belong to this actuating device are comparatively difficult and expensive to manufacture. An actuator for the actuation of a control valve, for example, with which the steam supply to a turbine of a power plant is regulated, has a main piston, which on the one hand with spring force and on the other hand with Oil is pressurized. When the oil pressure drops, the spring force securely closes the control valve, thereby interrupting the steam supply. This ensures that the Turbine does not get out of control if the pressure of the oil should fail. The oil pressure in a drive volume, which acts on the main piston and actuates the control valve via it, is controlled by a simple electrohydraulic converter. When the control valve moves in the opening direction, oil is fed into the drive volume under pressure, but since this movement takes place comparatively slowly, comparatively small cross sections are sufficient for the supply of the oil. However, the control valve must be closed at a speed which is at least ten times higher. This requires a comparatively quick emptying of the drive volume, which however cannot be achieved due to the small cross-sections of the oil supply. Here it makes sense to use a drain booster, which releases large cross sections for the outflow of the oil after the shutdown.

Zudem zeigt es sich, dass infolge der Vergrösserung der Turbinenleistungen auch die Regelventile und damit auch die sie betätigenden Stellantriebe grösser bzw. stärker ausgelegt werden müssen. Eine entsprechende proportionale Vergrösserung der Stellantriebe führt zu Anordnungen mit vergleichsweise grossen Mengen Öl unter Druck für deren Betätigung. Mit handelsüblichen Ventilen lassen sich derartige Mengen von Öl nur noch sehr schwierig beherrschen, zudem leidet so auch mit zunehmender Grösse die Dynamik des Stellantriebes.In addition, it is shown that, as a result of the increase in the turbine outputs, the control valves and thus also the actuators actuating them must be designed larger or stronger. A corresponding proportional enlargement of the actuators leads to arrangements with comparatively large amounts of oil under pressure for their actuation. With commercially available valves, it is very difficult to control such quantities of oil, and the dynamics of the actuator also suffer as the size increases.

Aus der Schrift EP-A1- 0 430 089 ist eine Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Stellantrieb bekannt, die ein Regelventil betätigt. Ein Regelkreis stellt den Stellantrieb entsprechend einem von einer übergeordneten Anlagenleittechnik vorgegebenen Sollwert ein. Als Abflussverstärker ist in diesem Fall ein Plattenventil vorgesehen, welches das Öl aus dem Antriebsvolumen sehr rasch abströmen lässt. Die Platte des Plattenventils weist mindestens einen Durchbruch auf, welcher ein Zusammenwirken des Öls unter Druck im Federraum desselben und des Öls im Antriebsvolumen des Stellantriebs ermöglicht.From the document EP-A1-0 430 089 an actuating device for a hydraulic actuator is known which actuates a control valve. A control loop adjusts the actuator according to a setpoint specified by a higher-level system control system. In this case, a plate valve is provided as a drain amplifier, which separates the oil from the Drive volume can flow out very quickly. The plate of the plate valve has at least one opening, which enables the oil to work together under pressure in the spring chamber thereof and the oil in the drive volume of the actuator.

Derartige Regelungen müssen in allen Betriebssituationen stabil arbeiten, um den hohen Anforderungen an die Betriebssicherheit und an die Dynamik genügen zu können. Eine Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Stellantrieb, die diesen Anforderungen genügt, lässt sich auf konventionelle Art nur mit vergleichsweise hohem Aufwand realisieren.Such regulations must work stably in all operating situations in order to meet the high demands on operational safety and dynamics. An actuating device for a hydraulic actuator that meets these requirements can only be realized in a conventional manner with comparatively great effort.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Stellantrieb mit druckproportionalem Stellsignal zu schaffen, die einfach und preisgünstig hergestellt werden kann.The invention seeks to remedy this. The invention, as characterized in the independent claims, solves the problem of creating an actuating device for a hydraulic actuator with a pressure-proportional control signal, which can be produced easily and inexpensively.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass trotz der verbesserten Wirtschaftlichkeit der Betätigungsvorrichtung für den hydraulischen Stellantrieb keine Einbusse bezüglich der Betriebssicherheit und der Dynamik derselben in Kauf genommen werden muss.The advantages achieved by the invention are essentially to be seen in the fact that despite the improved economy of the actuating device for the hydraulic actuator, no losses in terms of operational reliability and the dynamics of the same have to be accepted.

Als beesonders vorteilhaft wirkt es sich aus, eine Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Stellantrieb mit einem Verstärker für elektrische Signale, mit mindestens einem, dem hydraulischen stellantrieb vorgeschalteten, elektrohydraulischen Wandler, mit einem zwischen dem elektrohydraulischen Wandler und dem Stellantrieb vorgesehenen hydraulischen Abflussverstärker, dadurch zu verbessern, dass zwischen dem Stellantrieb und dem hydraulischen Abflussverstärker eine als Wandler wirkende Kolben-Zylinder-Anordnung zwischengeschaltet wird.It is particularly advantageous to have an actuating device for a hydraulic actuator with an amplifier for electrical signals, with at least one electrohydraulic converter connected upstream of the hydraulic actuator, with one provided between the electrohydraulic converter and the actuator hydraulic drain amplifier, to be improved in that a piston-cylinder arrangement acting as a converter is interposed between the actuator and the hydraulic drain amplifier.

Ferner wirkt es sich vorteilhaft aus, das bei der Betätigungsvorrichtung die Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem als Abflussverstärker dienenden ersten Plattenventil zu einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasst ist.Furthermore, it has an advantageous effect that, in the actuating device, the piston-cylinder arrangement is combined to form a common assembly with a first plate valve serving as a drain amplifier.

Eine weitere, besonders platzsparende Ausführung der Betätigungsvorrichtung ergibt sich, wenn ein zweites Plattenventil, welches als Teil des Sicherheitsölkreises ausgelegt ist, mit der Kolben-Zylinder-Anordnung und dem ersten Plattenventil zu einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasst ist.A further, particularly space-saving design of the actuating device results when a second plate valve, which is designed as part of the safety oil circuit, is combined with the piston-cylinder arrangement and the first plate valve to form a common assembly.

Ferner erweist es sich als vorteilhaft im Hinblick auf eine vereinfachte Herstellung der Betätigungsvorrichtung, dass das Plattenventil, welches eine Platte und eine sie beaufschlagende, in einem Federraum angeordnete Feder aufweist, innerhalb des mit Öffnungen versehenen Kolbens der Kolben-Zylinder-Anordnung angeordnet ist.Furthermore, it proves to be advantageous with regard to a simplified production of the actuating device that the plate valve, which has a plate and a spring acting on it and arranged in a spring chamber, is arranged within the piston provided with openings in the piston-cylinder arrangement.

Als besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine gute sicherheitstechnische Auslegung der Betätigungsvorrichtung erweist es sich, dass der Federraum des ersten Plattenventils dauernd über eine angepasste Blende mit einem Ablauf für das Öl verbunden ist.It has proven particularly advantageous with regard to a good safety-related design of the actuating device that the spring chamber of the first plate valve is permanently connected to a drain for the oil via an adapted orifice.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.The invention, its further development and the advantages which can be achieved thereby are explained in more detail below with reference to the drawing, which only represents one possible embodiment.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Es zeigen:

  • Fig.1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Stellantrieb im Normalbetrieb,
  • Fig.2 die erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Stellantrieb im abgesteuerten Zustand,
  • Fig.3 die erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Stellantrieb in einer Zwischenstellung,
  • Fig.4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Stellantrieb im Normalbetrieb, und
  • Fig.5 die zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Betätigungsvorrichtung für einen hydraulischen Stellantrieb im abgesteuerten Zustand.
Show it:
  • 1 shows a first embodiment of an actuating device according to the invention for a hydraulic actuator in normal operation,
  • 2 shows the first embodiment of the actuating device according to the invention for a hydraulic actuator in the deactivated state,
  • 3 shows the first embodiment of the actuating device according to the invention for a hydraulic actuator in an intermediate position,
  • 4 shows a second embodiment of an actuating device according to the invention for a hydraulic actuator in normal operation, and
  • 5 shows the second embodiment of the actuating device according to the invention for a hydraulic actuator in the deactivated state.

Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt. Ferner sind manche Sichtkanten der besseren Übersichtlichkeit halber weggelassen.Elements with the same effect are provided with the same reference symbols in all the figures. All elements not necessary for the immediate understanding of the invention are not shown. Furthermore, some visible edges have been left out for the sake of clarity.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION

Die Fig.1 zeigt eine schematisch dargestellte Betätigungsvorrichtung 1 für einen hydraulischen Stellantrieb 2 mit druckproportionalem Stellsignal. Hier ist lediglich ein Stellantrieb 2 dargestellt, in der Regel werden jedoch von der Betätigungsvorrichtung 1 stets mehrere Stellantriebe 2 gleichzeitig betätigt. Der Stellantrieb 2 ist über eine Leitung 3 hydraulisch verbunden mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung 4. Diese Kolben-Zylinder-Anordnung 4 weist einen Kolben 5 auf, der öldruckbetätigt zwischen zwei Anschlägen 6,7 gegen die Kraft einer Feder 8 beweglich ist. Der Kolben 5 gleitet in einem Zylinder 11, in den zwei Führungen 9,10, die mit hier nicht dargestellten Dichtungen versehen sind, eingearbeitet sind. Der Zylinder 11 weist zudem ein Puffervolumen 12 auf, welches mittels Durchbrüchen 13 mit einem Federraum 14 auf der anderen Seite des Kolbens 5 verbunden ist. Das Puffervolumen 12 und der Federraum 14 sind über eine mit einem vergleichsweise grossen Querschnitt versehene Leitung 15 mit einem hier nicht dargestellten Ablauf für das Öl verbunden. Das Puffervolumen 12 und der Federraum 14 sind im Normalbetrieb nicht mit Öl gefüllt. Im Puffervolumen 12 ist ein mit dem Kolben 5 verbundener Stellungsmelder 16 angeordnet.1 shows a schematically represented actuating device 1 for a hydraulic actuator 2 with a pressure-proportional control signal. Only one actuator 2 is shown here, but as a rule several actuators 2 are always actuated simultaneously by the actuating device 1. The actuator 2 is hydraulically connected via a line 3 to a piston-cylinder arrangement 4. This piston-cylinder arrangement 4 has a piston 5, which is oil-pressure-actuated between two stops 6, 7 against the force of a spring 8. The piston 5 slides in a cylinder 11, in which two guides 9, 10, which are provided with seals, not shown here, are incorporated. The cylinder 11 also has a buffer volume 12, which is connected by means of openings 13 to a spring chamber 14 on the other side of the piston 5. The buffer volume 12 and the spring chamber 14 are connected via a line 15 provided with a comparatively large cross section to a drain for the oil, not shown here. The buffer volume 12 and the spring chamber 14 are not filled with oil in normal operation. A position indicator 16 connected to the piston 5 is arranged in the buffer volume 12.

Die beiden Führungen 9,10, bzw. die dort vorgesehenen Dichtungen, schliessen einen Hochdruckkanal 17 gegen das Puffervolumen 12 ab. Die Leitung 3 mündet in diesen Hochdruckkanal 17 ein. Öl unter Druck wird in den Hochdruckkanal 17 durch eine Blende 18, die als Durchbruch durch eine Platte 19 eines Plattenventils 20 ausgebildet ist, eingespeist. Das Plattenventil 20 üblicher Bauart trennt in geschlossenem Zustand den Hochdruckkanal 17 vom Puffervolumen 12 ab. Eine Feder 21 drückt die Platte 19 gegen die Dichtungssitze. Die Platte 19 wird im Plattenventil 20 so geführt, dass ein Verkanten oder ein Verklemmen derselben ausgeschlossen ist. Die Feder 21 ist in einem mit Öl unter Druck gefüllten Federraum 22 angeordnet. Das Öl unter Druck wird durch eine Leitung 23a, die zu einem elektrohydraulischen Wandler 24 hinführt und eine Leitung 23b, die das Öl unter Druck vom elektrohydraulischen Wandler 24 weg in den Federraum 22 führt, eingespeist. Die Pumpenanordnung für die Einspeisung in die Leitung 23a, die das Öl mit Druck beaufschlagt, und etwaige Druckspeicher und Druckwächter in diesem Bereich sind hier nicht dargestellt. Eine Leitung 25, die in dieser Stellung des elektrohydraulischen Wandlers 24 unterbrochen ist, führt von diesem in das Puffervolumen 12. Der Federraum 22 ist über eine mit einer Blende 26 versehene Leitung 27 mit der Leitung 25 verbunden. Ein Pfeil 38 gibt die Strömungsrichtung des in die Leitung 23a einströmenden Öls unter Druck an. Ein Pfeil 39 gibt die Strömungsrichtung des durch die Leitung 3 in den stellantrieb 2 einströmenden Öls unter Druck an. Ein Pfeil 40 gibt die Strömungsrichtung des durch die Leitung 15 in den Ablauf abströmenden Öls an.The two guides 9, 10, or the seals provided there, close off a high-pressure channel 17 against the buffer volume 12. The line 3 opens into this high-pressure duct 17. Oil under pressure is in the high pressure channel 17 through an aperture 18, which acts as a breakthrough through a plate 19th a plate valve 20 is formed, fed. The plate valve 20 of conventional design separates the high-pressure channel 17 from the buffer volume 12 in the closed state. A spring 21 presses the plate 19 against the seal seats. The plate 19 is guided in the plate valve 20 so that tilting or jamming of the same is excluded. The spring 21 is arranged in a spring chamber 22 filled with oil under pressure. The oil under pressure is fed through a line 23a, which leads to an electrohydraulic converter 24 and a line 23b, which leads the oil under pressure away from the electrohydraulic converter 24 into the spring chamber 22. The pump arrangement for feeding into line 23a, which pressurizes the oil, and any pressure accumulators and pressure switches in this area are not shown here. A line 25, which is interrupted in this position of the electrohydraulic converter 24, leads from the latter into the buffer volume 12. The spring chamber 22 is connected to the line 25 via a line 27 provided with an orifice 26. An arrow 38 indicates the direction of flow of the oil flowing into the line 23a under pressure. An arrow 39 indicates the direction of flow of the oil flowing through the line 3 into the actuator 2 under pressure. An arrow 40 indicates the direction of flow of the oil flowing through the line 15 into the drain.

Der Federraum 22 ist zudem über ein weiteres Plattenventil 28 mit einer Leitung 29 verbunden, die zum Sicherheitsölkreis der Anlage gehört. Bei einem Druckabfall im Sicherheitsölkreis öffnet dieses Plattenventil 28 und der im Federraum 22 herrschende Druck baut sich in den Federraum 14 hinein ab, worauf sich auch das Plattenventil 20 öffnet, was zur Folge hat, dass der Stellantrieb 2 sehr rasch in seine Ausschaltstellung fährt. Das in den Federraum 14 und in das Puffervolumen 12 austretende Öl wird stets sehr rasch durch die Leitung 15 in den Ablauf abgeführt, sodass die Bewegung des Kolbens 5 durch dieses Öl nicht beeinflusst werden kann.The spring chamber 22 is also connected via a further plate valve 28 to a line 29 which belongs to the safety oil circuit of the system. In the event of a pressure drop in the safety oil circuit, this plate valve 28 opens and the pressure prevailing in the spring chamber 22 is reduced into the spring chamber 14, whereupon the plate valve 20 also opens, with the result that the actuator 2 moves very quickly into its switch-off position. The oil emerging in the spring chamber 14 and in the buffer volume 12 is always very quickly through the line 15 in the Drainage removed so that the movement of the piston 5 can not be influenced by this oil.

Als elektrohydraulischer Wandler 24 kann beispielsweise ein Proportionalventil 30 mit Lageregelung eingesetzt werden, wie in Fig.1 dargestellt. Diese Ausführung des Proportionalventils 30 weist beispielsweise zwei Betätigungsspulen für die elektrische und zwei Federn für die mechanische Betätigung des Ventilkolbens auf. Drei Betriebsstellungen kann das Proportionalventil 30 annehmen, nämlich die in Fig.1 gezeigte erste mit erregten Betätigungsspulen für normalen Betrieb, eine zweite, die in Fig.2 gezeigt ist, für das Absteuern, und eine dritte, die in Fig.3 gezeigt ist, wenn gerade keine Korrektur der Position des Stellantriebs 2 nötig ist, bzw. wenn die Betätigungsspannung ausgefallen ist, sodass die Federn den Ventilkolben in die Mittelstellung drücken. Eine im Einsatz stehende Dichtkante des Proportionalventils 30 regelt bei der in Fig.1 dargestellten Betriebsstellung die Menge des durch die Leitungen 23a und 23b fliessenden Öls unter Druck. Das Proportionalventil 30 ist mit einem Stellungsmelder 31 versehen, dessen Wegmessignale, wie eine Wirkungslinie 32 andeutet, in einen Verstärker 33 zur weiteren Verarbeitung geleitet werden. Vom Verstärker 33 ausgehende Wirkungslinien 34 und 35, deuten die elektrischen Zuleitungen für die Betätigungsspulen des Proportionalventils 30 an.Der Verstärker 33 ist zudem, wie eine Wirkungslinie 36 zeigt, mit dem Stellungsmelder 16 der Kolben-Zylinder-Anordnung 4 verbunden, sodass auch die dort generierten Wegmessignale zur weiteren Verarbeitung in den Verstärker 33 gelangen. Eine weitere Wirkungslinie 37 deutet die Verbindung zwischen dem Verstärker 33 und einer übergeordneten Anlagenleittechnik an. Der Verstärker 33 kann als reiner Verstärker ausgelegt sein. Es erweist sich aber häufig als sehr sinnvoll, im Verstärker 33 selber schon bestimmte, als Regler wirkende Elemente vorzusehen, um so zu einer besonders schnellen Signalverarbeitung und damit zu einer hohen Dynamik der Betätigungsvorrichtung 1 zu gelangen. Lediglich die vom Stellungsmelder 16 generierten Messignale werden in der übergeordneten Anlagenleittechnik mit vorgegebenen Sollwerten verknüpft.A proportional valve 30 with position control, for example, can be used as the electro-hydraulic converter 24, as shown in FIG. This embodiment of the proportional valve 30 has, for example, two actuation coils for the electrical and two springs for the mechanical actuation of the valve piston. The proportional valve 30 can assume three operating positions, namely the first one shown in FIG. 1 with energized actuation coils for normal operation, a second one, which is shown in FIG. 2, for the deactivation, and a third one, which is shown in FIG. 3, when it is not necessary to correct the position of the actuator 2, or when the actuation voltage has failed, so that the springs push the valve piston into the central position. A sealing edge of the proportional valve 30 in use regulates the amount of oil flowing through the lines 23a and 23b under pressure in the operating position shown in FIG. The proportional valve 30 is provided with a position indicator 31, the path measurement signals, as indicated by an action line 32, are passed into an amplifier 33 for further processing. Lines of action 34 and 35 starting from the amplifier 33 indicate the electrical supply lines for the actuation coils of the proportional valve 30. The amplifier 33 is also connected to the position indicator 16 of the piston-cylinder arrangement 4, as shown by the line of action 36, so that they too generated path measurement signals for further processing in the amplifier 33. Another line of action 37 indicates the connection between the amplifier 33 and a higher-level system control system. The amplifier 33 can be designed as a pure amplifier. However, it often proves to be very useful to provide certain elements acting as regulators in the amplifier 33 itself, in order to achieve particularly fast signal processing and thus high dynamics of the actuating device 1. Only the measurement signals generated by the position indicator 16 are linked to predetermined setpoints in the higher-level system control system.

In Fig.2 ist das Proportionalventil 30 im abgesteuerten Betriebszustand dargestellt. Dabei ist die einspeisende Leitung 23a durch das Proportionalventil 30 unterbrochen und die Leitung 23b ist mit der Leitung 25 verbunden, sodass das Öl aus dem Federraum 22 in den Ablauf abströmen kann. Infolge des damit verbundenen Druckabfalls im Federraum 22 öffnet das Plattenventil 20, sodass das Öl aus dem Hochdruckkanal 17 sehr rasch, wie die Pfeile 41 andeuten, in das Puffervolumen 12 und weiter durch die einen grossen Querschnitt aufweisende Leitung 15 in den Ablauf abströmen kann. Dies hat weiter zur Folge, dass der Kolben 5 durch die Feder 8 nach links gegen den Anschlag 6 gedrückt wird. Das Öl aus dem Antriebsvolumen des Stellantriebs 2 strömt gleichzeitig, wie der Pfeil 42 zeigt, durch die Leitung 3 in den Hochdruckkanal 17 und von dort weiter in den Ablauf.2 shows the proportional valve 30 in the deactivated operating state. The feeding line 23a is interrupted by the proportional valve 30 and the line 23b is connected to the line 25, so that the oil can flow out of the spring chamber 22 into the outlet. As a result of the associated drop in pressure in the spring chamber 22, the plate valve 20 opens, so that the oil from the high-pressure channel 17 can flow out very quickly, as indicated by the arrows 41, into the buffer volume 12 and further through the line 15 having a large cross section into the drain. This also has the consequence that the piston 5 is pressed by the spring 8 to the left against the stop 6. The oil from the drive volume of the actuator 2 flows simultaneously, as the arrow 42 shows, through the line 3 into the high-pressure channel 17 and from there into the drain.

In Fig.3 ist das Proportionalventil 30 im Betriebszustand mit ausgefallener Betätigungsspannung dargestellt, in welchem die Federn die gezeigte Position des Ventils bestimmen. Dabei ist sowohl die einspeisende Leitung 23a als auch die Leitung 23b durch das Proportionalventil 30 blockiert. Die Fig.3 stellt den Moment unmittelbar nach dem Ausfall der Betätigungsspannung dar. Zudem wird davon ausgegangen, dass in diesem Moment der Sicherheitsölkreis noch nicht angesprochen hat. Der Federraum 22 ist mit Öl unter Druck beaufschlagt und dieser Druck kann durch die blockierte Leitung 23b nicht abgebaut werden, sodass der Stellantrieb 2 in der Stellung, die er vor dem Ausfall der Betätigungsspannung eingenommen hatte, blockiert ist. Aus Sicherheitsgründen ist eine derartige Blockade des Stellantriebs 2 nicht zulässig, da die Turbine, deren Speiseventil mittels dieses Stellantriebs 2 geregelt wird, nun nicht mehr abgestellt werden kann. Die Leitung 27 mit der dauernd wirksamen Blende 26 wurde vorgesehen, um mit ihrer Hilfe derartige äusserst kritische Betriebszustände zu vermeiden. Durch diese Blende 26 fliesst dauernd eine kleine Menge Öl ab, wobei im Normalbetrieb diese Menge fortlaufend durch das durch die Leitung 23b nachgespeiste Öl unter Druck ersetzt wird, in dem vorliegenden Betriebsfall jedoch genügt die abfliessende Menge Öl, um in nützlicher Frist den Druck im Federraum 22 abzubauen. Durch die Blende 18, welche die Platte 19 durchdringt, wird gleichzeitig der Druck in dem Hochdruckkanal 17 und damit auch im Stellantrieb 2 abgebaut. Der Stellantrieb 2 wird durch diesen Druckabbau unmittelbar in die definierte Ausschaltstellung geführt. Der undefinierte Betriebszustand kann damit hinreichend rasch und sicher überwunden werden. In der Regel wird in so einem Fall auch der Sicherheitsölkreis ansprechen und für den Druckabbau in dem Federraum 22 sorgen. Hier liegt demnach eine besonders vorteilhafte Redundanz der Sicherheitseinrichtungen vor.In Figure 3, the proportional valve 30 is shown in the operating state with failed operating voltage, in which the springs determine the position of the valve shown. Both the feeding line 23a and the line 23b are blocked by the proportional valve 30. 3 shows the moment immediately after the failure of the actuation voltage. In addition, it is assumed that the safety oil circuit has not yet responded at this moment. The spring chamber 22 is pressurized with oil and this pressure cannot be reduced by the blocked line 23b, so that the actuator 2 is blocked in the position which it had assumed before the actuation voltage failed. Out Such a blockage of the actuator 2 is not permissible for safety reasons, since the turbine, the feed valve of which is regulated by means of this actuator 2, can no longer be switched off. The line 27 with the permanently active diaphragm 26 was provided in order to avoid such extremely critical operating states. Through this orifice 26, a small amount of oil flows continuously, this amount being continuously replaced by the oil under pressure through line 23b under pressure in normal operation, but in the present operating case, the amount of oil flowing off is sufficient to the pressure in the spring chamber in a useful period 22 to dismantle. Through the aperture 18, which penetrates the plate 19, the pressure in the high-pressure channel 17 and thus also in the actuator 2 is simultaneously reduced. The actuator 2 is guided directly into the defined switch-off position by this pressure reduction. The undefined operating state can thus be overcome quickly and safely. In such a case, the safety oil circuit will usually also respond and reduce the pressure in the spring chamber 22. There is therefore a particularly advantageous redundancy of the safety devices.

Die Fig.4 zeigt, ähnlich der Fig.1, eine schematisch dargestellte Betätigungsvorrichtung 1 für einen hydraulischen Stellantrieb 2 mit druckproportionalem Stellsignal. Der Stellantrieb 2 ist über eine Leitung 3 hydraulisch verbunden mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung 4. Diese Kolben-Zylinder-Anordnung 4 weist einen Kolben 5 auf, der öldruckbetätigt zwischen zwei Anschlägen 6,7 gegen die Kraft einer Feder 8 beweglich ist. Der Kolben 5 gleitet in einem Zylinder 11, in den drei Führungen 9,10 und 43, die mit hier nicht dargestellten Dichtungen versehen sind, eingearbeitet sind. Der Zylinder 11 weist zudem ein Puffervolumen 12 auf. Das Puffervolumen 12 ist über eine einen vergleichsweise grossen Querschnitt aufweisende Leitung 15 mit einem hier nicht dargestellten Ablauf für das Öl verbunden. Das Puffervolumen 12 ist normalerweise nicht mit Öl gefüllt. Im Puffervolumen 12 ist ein mit dem Kolben 5 verbundener Stellungsmelder 16 angeordnet.4 shows, similar to FIG. 1, a schematically represented actuating device 1 for a hydraulic actuator 2 with a pressure-proportional control signal. The actuator 2 is hydraulically connected via a line 3 to a piston-cylinder arrangement 4. This piston-cylinder arrangement 4 has a piston 5, which is oil-pressure-actuated between two stops 6, 7 against the force of a spring 8. The piston 5 slides in a cylinder 11 in which three guides 9, 10 and 43, which are provided with seals (not shown here), are incorporated. The cylinder 11 also has a buffer volume 12. The buffer volume is 12 Connected via a line 15 having a comparatively large cross section to a drain for the oil, not shown here. The buffer volume 12 is normally not filled with oil. A position indicator 16 connected to the piston 5 is arranged in the buffer volume 12.

Die drei Führungen 9,10 und 43, bzw. die dort vorgesehenen Dichtungen, schliessen einen Hochdruckkanal 17 und einen Hochdruckkanal 45 gegeneinander und gegen das Puffervolumen 12 ab. Die Leitung 3 mündet in den Hochdruckkanal 17 ein, die Leitung 23b mündet in den Hochdruckkanal 45 ein. Öl unter Druck wird durch als Blenden ausgebildete Bohrungen 46, die durch eine Platte 47 eines Plattenventils 44 hindurch verlaufen, in einen mit einem vergleichsweise grossen Querschnitt versehenen Kanal 5o eingespeist. Der Kanal 5o steht in Verbindung mit dem Hochdruckkanal 17. Das hier innerhalb des Kolbens 5 angeordnete Plattenventil 44 trennt in geschlossenem Zustand den Hochdruckkanal 17 und mit ihm den Kanal 5o vom Puffervolumen 12 ab. Eine Feder 21 drückt die Platte 47 gegen die Dichtungssitze. Die Platte 47 wird im Plattenventil 44 so geführt, dass ein Verkanten oder ein Verklemmen derselben ausgeschlossen ist. Die Feder 21 ist in einem mit Öl unter Druck gefüllten Federraum 22 innerhalb des Kolbens 5 angeordnet. Das Öl unter Druck wird durch eine Leitung 23a, die zu einem elektrohydraulischen Wandler 24 hinführt und eine Leitung 23b, die das Öl unter Druck vom elektrohydraulischen Wandler 24 weg in den Hochdruckkanal 45 führt, eingespeist. Vom Hochdruckkanal 45 gelangt das Öl durch Öffnungen 48 in der Wand des Kolbens 5 in den Federraum 22. Die Pumpenanordnung für die Einspeisung in die Leitung 23a, die das Öl mit Druck beaufschlagt, und etwaige Druckspeicher und Druckwächter in diesem Bereich sind hier nicht dargestellt. Eine Leitung 25, die in dieser Stellung des elektrohydraulischen Wandlers 24 unterbrochen ist, führt von diesem in das Puffervolumen 12.The three guides 9, 10 and 43, or the seals provided there, close off a high-pressure duct 17 and a high-pressure duct 45 against one another and against the buffer volume 12. The line 3 opens into the high-pressure channel 17, the line 23b opens into the high-pressure channel 45. Oil under pressure is fed through bores 46 designed as diaphragms, which run through a plate 47 of a plate valve 44, into a channel 5o provided with a comparatively large cross section. The channel 5o is connected to the high-pressure channel 17. The plate valve 44 arranged here within the piston 5 separates the high-pressure channel 17 and with it the channel 5o from the buffer volume 12. A spring 21 presses the plate 47 against the seal seats. The plate 47 is guided in the plate valve 44 so that tilting or jamming of the same is excluded. The spring 21 is arranged in a spring chamber 22 filled with oil under pressure within the piston 5. The oil under pressure is fed through a line 23a, which leads to an electrohydraulic converter 24 and a line 23b, which leads the oil under pressure away from the electrohydraulic converter 24 into the high-pressure channel 45. From the high-pressure channel 45, the oil reaches the spring chamber 22 through openings 48 in the wall of the piston 5. The pump arrangement for feeding into the line 23a, which pressurizes the oil, and any pressure accumulators and pressure monitors in this area are not shown here. A line 25 in this position of the electro-hydraulic Converter 24 is interrupted, leads from this into the buffer volume 12.

Der Federraum 22 ist dauernd über eine Blende 49, die als feine Bohrung in den Boden des Kolbens 5 eingelassen ist, mit dem Puffervolumen 12 und über dieses mit der Leitung 25 verbunden. Die Blende 49 wirkt bei einem Betriebsfall, wie im Zusammenhang mit Fig.3 beschrieben, genau gleich wie die dort beschriebene Blende 26. In der Fig. 5 gibt ein Pfeil 38 die Strömungsrichtung des in die Leitung 23a einströmenden Öls unter Druck an. Ein Pfeil 39 gibt die Strömungsrichtung des durch die Leitung 3 in den Stellantrieb 2 einströmenden Öls unter Druck an. Ein Pfeil 40 gibt die Strömungsrichtung des durch die Leitung 15 in den Ablauf abströmenden Öls an.The spring chamber 22 is permanently connected to the buffer volume 12 via a diaphragm 49, which is embedded as a fine bore in the bottom of the piston 5, and via this to the line 25. In an operating case, as described in connection with FIG. 3, the orifice 49 acts exactly the same as the orifice 26 described there. In FIG. 5, an arrow 38 indicates the direction of flow of the oil flowing into the line 23a under pressure. An arrow 39 indicates the direction of flow of the oil flowing through the line 3 into the actuator 2 under pressure. An arrow 40 indicates the direction of flow of the oil flowing through the line 15 into the drain.

Der Federraum 22 ist zudem durch die Öffnungen 48 und über ein weiteres Plattenventil 28 mit einer Leitung 29 verbunden, die zum Sicherheitsölkreis der Anlage gehört. Bei einem Druckabfall im Sicherheitsölkreis öffnet dieses Plattenventil 28 und der im Federraum 22 herrschende Druck baut sich durch die Öffnungen 48 in das Puffervolumen 12 hinein ab, sodass sich auch das Plattenventil 44 öffnet, was zur Folge hat, dass der Stellantrieb 2 sehr rasch in seine Ausschaltstellung fährt.The spring chamber 22 is also connected through the openings 48 and via a further plate valve 28 to a line 29 which belongs to the safety oil circuit of the system. In the event of a pressure drop in the safety oil circuit, this plate valve 28 opens and the pressure prevailing in the spring chamber 22 decreases through the openings 48 into the buffer volume 12, so that the plate valve 44 also opens, with the result that the actuator 2 moves very quickly into it Off position moves.

Als elektrohydraulischer Wandler 24 ist hier ebenfalls ein Proportionalventil 30 mit Lageregelung eingesetzt worden, wie dies bereits in Fig.1 dargestellt wurde. Das Proportionalventil 30 weist beispielsweise zwei Betätigungsspulen für die elektrische und zwei Federn für die mechanische Betätigung des Ventilkolbens auf, und es kann, wie bereits beschrieben, drei Betriebsstellungen annehmen. Eine im Einsatz stehende Dichtkante des Proportionalventils 30 regelt bei der in Fig.4 dargestellten Betriebsstellung die Menge des durch die Leitungen 23a und 23b fliessenden Öls unter Druck. Das Proportionalventil 30 ist mit einem Stellungsmelder 31 versehen, dessen Wegmessignale, wie eine Wirkungslinie 32 andeutet, in einen Verstärker 33 zur weiteren Verarbeitung geleitet werden. Vom Verstärker 33 ausgehende Wirkungslinien 34 und 35, deuten die elektrischen Zuleitungen für die Betätigungsspulen des Proportionalventils 30 an.Der Verstärker 33 ist zudem, wie eine Wirkungslinie 36 zeigt, mit dem Stellungsmelder 16 der Kolben-Zylinder-Anordnung 4 verbunden, sodass auch die dort generierten Wegmessignale zur weiteren Verarbeitung in den Verstärker 33 gelangen. Eine weitere Wirkungslinie 37 deutet die Verbindung zwischen dem Verstärker 33 und einer übergeordneten Anlagenleittechnik an. Der Verstärker 33 kann als reiner Verstärker ausgelegt sein. Es erweist sich aber häufig als sehr sinnvoll, im Verstärker 33 selber schon bestimmte, als Regler wirkende Elemente vorzusehen, um so zu einer besonders schnellen Signalverarbeitung und damit zu einer hohen Dynamik der Betätigungsvorrichtung 1 zu gelangen.A proportional valve 30 with position control has also been used here as the electrohydraulic converter 24, as has already been shown in FIG. The proportional valve 30 has, for example, two actuation coils for the electrical and two springs for the mechanical actuation of the valve piston, and, as already described, it can assume three operating positions. A sealing edge of the proportional valve 30 which is in use regulates the amount of the through the lines 23a and 23b in the operating position shown in FIG flowing oil under pressure. The proportional valve 30 is provided with a position indicator 31, the path measurement signals, as indicated by an action line 32, are passed into an amplifier 33 for further processing. Lines of action 34 and 35 starting from the amplifier 33 indicate the electrical supply lines for the actuation coils of the proportional valve 30. The amplifier 33 is also connected to the position indicator 16 of the piston-cylinder arrangement 4, as shown by the line of action 36, so that they too generated path measurement signals for further processing in the amplifier 33. Another line of action 37 indicates the connection between the amplifier 33 and a higher-level system control system. The amplifier 33 can be designed as a pure amplifier. However, it often proves to be very useful to provide certain elements acting as regulators in the amplifier 33 itself, in order to achieve particularly fast signal processing and thus high dynamics of the actuating device 1.

In Fig.5 ist das Proportionalventil 30 im abgesteuerten Betriebszustand dargestellt. Dabei ist die einspeisende Leitung 23a durch das Proportionalventil 30 unterbrochen und die Leitung 23b ist mit der Leitung 25 verbunden, sodass das Öl aus dem Federraum 22 in den Ablauf abströmen kann. Infolge des damit verbundenen Druckabfalls im Federraum 22 öffnet das Plattenventil 44, sodass das Öl aus dem Hochdruckkanal 17, wie die Pfeile 41 andeuten, durch den Kanal 5o in das Puffervolumen 12 und weiter durch die Leitung 15 in den Ablauf abströmen kann. Dies hat weiter zur Folge, dass der Kolben 5 durch die Feder 8 nach rechts gegen den Anschlag 7 gedrückt wird. Das Öl aus dem Antriebsvolumen des Stellantriebs 2 strömt gleichzeitig, wie der Pfeil 42 zeigt, durch die Leitung 3 in den Hochdruckkanal 17 und von dort weiter in den Ablauf, sodass der Stellantrieb 2 rasch in seine Ausschaltstellung fährt.5 shows the proportional valve 30 in the deactivated operating state. The feeding line 23a is interrupted by the proportional valve 30 and the line 23b is connected to the line 25, so that the oil can flow out of the spring chamber 22 into the outlet. As a result of the associated drop in pressure in the spring chamber 22, the plate valve 44 opens, so that the oil from the high-pressure channel 17, as indicated by the arrows 41, can flow through the channel 50 into the buffer volume 12 and further through the line 15 into the drain. This also has the consequence that the piston 5 is pressed by the spring 8 to the right against the stop 7. The oil from the drive volume of the actuator 2 flows simultaneously, as the arrow 42 shows, through the line 3 into the high-pressure channel 17 and from there into the outlet, so that the actuator 2 moves quickly into its switch-off position.

Zur weiteren Erläuterung der Wirkungsweise wird die Zeichnung nun etwas näher betrachtet. In der Fig.1 wird ein aus Öl unter Druck bestehender Volumenstrom durch den elektrohydraulischen Wandler 24 geregelt. Dieser Volumenstrom wird durch die Kolben-Zylinder-Anordnung 4, die als Wandler dient, in ein Drucksignal umgesetzt. Dieses Drucksignal wirkt in dem Hochdruckkanal 17 und hält den Kolben 5 gegen die Kraft der Feder 8 in der gezeigten Position. Der mit dem Kolben 5 verbundene Stellungsmelder 16 meldet diese Position des Kolbens 5 an einen Regler, der sie mit einem von der übergeordneten Anlagenleittechnik vorgegebenen Sollwert vergleicht und der etwa nötige Korrekturen über den Verstärker 33 und den elektrohydraulischen Wandler 24 veranlasst. Jede Korrektur wirkt sich als Anderung des Volumenstroms durch den elektrohydraulischen Wandler 24 aus und wird in der Kolben-Zylinder-Anordnung 4 in einen entsprechenden Druck umgesetzt. Dieser, in dem Hochdruckkanal 17 wirksame Druck, wirkt auf den Stellantrieb 2 bzw. mehrere Stellantriebe 2 ein und bestimmt deren Hub. Dieser Druck kann erhöht werden, wenn der Stellantrieb 2 das durch ihn betätigte Speiseventil für die Turbine weiter öffnen soll. Zu diesem Zweck wird die Erregung der Betätigungsspulen des Proportionalventils 30 geändert, sodass die im Eingriff stehende Steuerkante einen grösseren Querschnitt für das durchströmende Öl freigibt. In der übergeordneten Anlagenleittechnik werden die Messignale des Stellungsmelders 16 überwacht und mit vorgegebenen Sollwerten verglichen, sodass eine etwaige fehlerhafte Abweichung von bekannten Werten sofort erkannt wird. Einer bestimmten Querschnittänderung im Proportionalventil 30 entspricht demnach eine bestimmte Druckänderungsgeschwindigkeit und ferner eine bestimmte Laufgeschwindigkeit des Kolbens 5 und des Stellantriebs 2. Die Kolben-Zylinder-Anordnung 4 wirkt als Wandler. Die direkte Messung der Lage des Kolbens 5 und die Einbindung dieser Messignale in den Regelvorgang, der durch die übergeordneten Anlagenleittechnik gesteuert wird, verhindert mit grosser Sicherheit Instabilitäten in diesem Bereich. Auch die etwas wirtschaftlichere Ausführung der Betätigungsvorrichtung gemäss Fig.4 weist die wesenliche Vorteile der hier beschriebenen Ausführung auf.To further explain the mode of operation, the drawing is now considered in more detail. In FIG. 1, a volume flow consisting of oil under pressure is regulated by the electro-hydraulic converter 24. This volume flow is converted into a pressure signal by the piston-cylinder arrangement 4, which serves as a converter. This pressure signal acts in the high pressure channel 17 and holds the piston 5 against the force of the spring 8 in the position shown. The position indicator 16 connected to the piston 5 reports this position of the piston 5 to a controller, which compares it with a setpoint specified by the higher-level system control system and which initiates any necessary corrections via the amplifier 33 and the electro-hydraulic converter 24. Each correction has the effect of a change in the volume flow through the electro-hydraulic converter 24 and is converted into a corresponding pressure in the piston-cylinder arrangement 4. This pressure, which is effective in the high-pressure duct 17, acts on the actuator 2 or several actuators 2 and determines their stroke. This pressure can be increased if the actuator 2 is to open the feed valve for the turbine which it actuates. For this purpose, the excitation of the actuation coils of the proportional valve 30 is changed so that the control edge in engagement releases a larger cross section for the oil flowing through. In the higher-level plant control system, the measurement signals of the position indicator 16 are monitored and compared with predetermined target values, so that any incorrect deviation from known values is immediately recognized. A certain cross-sectional change in the proportional valve 30 therefore corresponds to a certain pressure change speed and also a certain running speed of the piston 5 and the actuator 2. The piston-cylinder arrangement 4 acts as a converter. The direct measurement of the position of the piston 5 and Integrating these measurement signals into the control process, which is controlled by the higher-level plant control system, prevents instabilities in this area with great certainty. The somewhat more economical embodiment of the actuating device according to FIG. 4 also has the essential advantages of the embodiment described here.

BEZEICHNUNGSLISTELIST OF DESIGNATIONS

11
BetätigungsvorrichtungActuator
22nd
StellantriebActuator
33rd
Leitungmanagement
44th
Kolben-Zylinder-AnordnungPiston-cylinder arrangement
55
Kolbenpiston
6,76.7
Anschlagattack
88th
Federfeather
9,109.10
Führungguide
1111
Zylindercylinder
1212th
PuffervolumenBuffer volume
1313
DurchbrücheBreakthroughs
1414
FederraumSpring chamber
1515
Leitungmanagement
1616
StellungsmelderPosition indicator
1717th
HochdruckkanalHigh pressure duct
1818th
Blendecover
1919th
Platteplate
2020th
PlattenventilPlate valve
2121
Federfeather
2222
FederraumSpring chamber
23a,b23a, b
Leitungmanagement
2424th
elektrohydraulischer Wandlerelectrohydraulic converter
2525th
Leitungmanagement
2626
Blendecover
2727
Leitungmanagement
2828
PlattenventilPlate valve
2929
Leitungmanagement
3030th
ProportionalventilProportional valve
3131
StellungsmelderPosition indicator
3232
WirkungslinieLine of action
3333
Verstärkeramplifier
34,3534.35
WirkungslinieLine of action
36,3736.37
WirkungslinieLine of action
38,39,4038.39.40
Pfeilarrow
41,42,4341.42.43
Pfeilarrow
4444
PlattenventilPlate valve
4545
HochdruckkanalHigh pressure duct
4646
BohrungenHoles
4747
Platteplate
4848
Öffnungenopenings
4949
Blendecover
5050
Kanalchannel

Claims (7)

Betätigungsvorrichtung für mindestens einen hydraulischen Stellantrieb (2) mit druckproportionalem Stellsignal mit einem Verstärker (33) für elektrische Signale, mit mindestens einem, dem hydraulischen Stellantrieb (2) vorgeschalteten, elektrohydraulischen Wandler (24), mit einem zwischen dem elektrohydraulischen Wandler (24) und dem stellantrieb (2) vorgesehenen hydraulischen Abflussverstärker, dadurch gekennzeichnet, - dass zwischen Stellantrieb (2) und hydraulischem Abflussverstärker eine als Wandler wirkende Kolben-Zylinder-Anordnung (4) zwischengeschaltet ist. Actuating device for at least one hydraulic actuator (2) with a pressure-proportional control signal with an amplifier (33) for electrical signals, with at least one electro-hydraulic converter (24) connected upstream of the hydraulic actuator (2), with one between the electro-hydraulic converter (24) and the hydraulic drain amplifier provided for the actuator (2), characterized in that - That between the actuator (2) and hydraulic drain amplifier, a piston-cylinder arrangement (4) acting as a converter is interposed. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Kolben-Zylinder-Anordnung (4) mindestens eine auf den Kolben (5) einwirkende Feder (8) aufweist, und - dass der Kolben (5) mit einem Stellungsmelder (16) versehen ist. Actuating device according to claim 1, characterized in - That the piston-cylinder arrangement (4) has at least one spring (8) acting on the piston (5), and - That the piston (5) is provided with a position indicator (16). Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die Kolben-Zylinder-Anordnung (4) mit einem als Abflussverstärker dienenden ersten Plattenventil (20,44) zu einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasst ist. Actuating device according to claim 1 or 2, characterized in that - That the piston-cylinder arrangement (4) with a serving as a drain amplifier first plate valve (20,44) is combined into a common assembly. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, - dass ein zweites Plattenventil (28), welches als Teil des Sicherheitsölkreises ausgelegt ist, mit der Kolben-Zylinder-Anordnung (4) und dem ersten Plattenventil (20,44) zu einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasst ist. Actuating device according to claim 3, characterized in - That a second plate valve (28), which is designed as part of the safety oil circuit, with the piston-cylinder arrangement (4) and the first plate valve (20, 44) are combined to form a common assembly. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, - dass das Plattenventil (20) eine Platte (19) und eine sie beaufschlagende, in einem Federraum (22) angeordnete Feder (21) aufweist. Actuating device according to claim 3, characterized in - That the plate valve (20) has a plate (19) and an acting, in a spring chamber (22) arranged spring (21). Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, - dass das Plattenventil (44), welches eine Platte (47) und eine sie beaufschlagende, in einem Federraum (22) angeordnete Feder (21) aufweist, innerhalb des mit Öffnungen (48) versehenen Kolbens (5) der Kolben-Zylinder-Anordnung (4) angeordnet ist. Actuating device according to claim 3, characterized in - That the plate valve (44), which has a plate (47) and an acting, in a spring chamber (22) arranged spring (21) within the piston (5) provided with openings (48) of the piston-cylinder arrangement (4) is arranged. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, - dass der Federraum (22) dauernd über eine Blende (26,49) mit einem Ablauf für das Öl verbunden ist. Actuating device according to one of claims 5 or 6, characterized in that - That the spring chamber (22) is permanently connected to a drain for the oil via an orifice (26, 49).
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