EP0725889B1 - Stellmotor, insbesondere für ein schnellschlussventil - Google Patents

Stellmotor, insbesondere für ein schnellschlussventil Download PDF

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EP0725889B1
EP0725889B1 EP94929481A EP94929481A EP0725889B1 EP 0725889 B1 EP0725889 B1 EP 0725889B1 EP 94929481 A EP94929481 A EP 94929481A EP 94929481 A EP94929481 A EP 94929481A EP 0725889 B1 EP0725889 B1 EP 0725889B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
hydraulic fluid
piston
region
pressure
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP94929481A
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English (en)
French (fr)
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EP0725889A1 (de
Inventor
Dieter MÜRBE
Matthias Hartmann
Hans-Frieder Schneider
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/024—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member by means of differential connection of the servomotor lines, e.g. regenerative circuits
    • 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
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/024—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member by means of differential connection of the servomotor lines, e.g. regenerative circuits
    • F15B2011/0243—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member by means of differential connection of the servomotor lines, e.g. regenerative circuits the regenerative circuit being activated or deactivated automatically
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S91/00—Motors: expansible chamber type
    • Y10S91/03—Large area valve

Definitions

  • the invention relates in particular to a servomotor for a quick-closing valve, as is used, for example, on a steam turbine, for which a possibility for rapid stopping is required.
  • a servomotor for a quick-closing valve as is used, for example, on a steam turbine, for which a possibility for rapid stopping is required.
  • This is the case on practically every steam turbine that drives a generator for generating electrical power, both in a power plant and in an industrial plant.
  • a steam turbine, which operates a compressor or the like in a chemical plant, must usually also be provided with such a quick-closing valve along with the associated servomotor.
  • a servomotor of the type mentioned above emerges for a quick-closing valve, in which the pressure range is given by an area of the cylinder which is delimited by the piston, which is non-positively connected to the rod and is slidingly mounted in the cylinder, and one leading to the switching element, which is a plate Pipe socket.
  • the plate is pressed onto the pipe socket by a compression spring and largely closes it off.
  • a panel is provided in the plate, through which the infeed area above the plate communicates with the print area below the plate.
  • An outer pipe socket which surrounds the already mentioned pipe socket, delimits the annular drainage area through which hydraulic fluid can flow when the plate is lifted out of the pressure area by hydraulic fluid, which occurs when the pressure of the hydraulic fluid in the inflow area decreases and a positive pressure drop occurs from the pressure area to the inflow area.
  • the servomotor according to DD 263 801 A1 is characterized in that it can be operated from a single feed system for the hydraulic fluid. If the quick-closing valve to which the servomotor is connected is to be opened, it is sufficient to supply hydraulic fluid to the inflow area and thus to build up a pressure in the inflow area. This pressure presses the plate onto the pipe socket and prevents the hydraulic fluid from draining into the drain area; through the orifice in the plate, the hydraulic fluid reaches the pressure area and ensures a gradual pressure build-up, whereby the piston, which is pressed into an initial position by a corresponding compression spring, is moved into an end position and the quick-closing valve opens.
  • the servomotor is also set up to operate a so-called push-up valve, ie a valve with an annular valve seat and a matching valve cone, which is fastened on a side facing the valve seat to a spindle which projects through the valve seat; at this spindle must be connected to the actuator so that the valve seat is between the valve plug and the actuator.
  • a so-called push-up valve ie a valve with an annular valve seat and a matching valve cone, which is fastened on a side facing the valve seat to a spindle which projects through the valve seat; at this spindle must be connected to the actuator so that the valve seat is between the valve plug and the actuator.
  • the servomotor is unsuitable for operating a so-called opening valve, which also has an annular valve seat with a matching valve cone on a spindle, although the spindle does not protrude through the valve seat, but is connected to the valve cone on a side facing away from the valve seat; an actuator is to be connected to the spindle in such a way that the valve cone is located between the valve seat and the actuator.
  • a winding valve makes it possible to keep the spindle away from fluid which flows through the opened valve; this is not possible with an abutting valve, since the spindle always protrudes through the valve seat through which the fluid flows.
  • An opening valve therefore usually offers an operational advantage over an opening valve.
  • the object of the invention is to provide an improved servomotor of the type mentioned, which is particularly suitable for connection to a so-called opening quick-closing valve.
  • This servomotor can be designed as a compact and largely cylindrical unit.
  • the arrangement of the trigger behind the actuator also benefits the effectiveness of the servomotor, in particular the speed that can be achieved with a quick close.
  • This servomotor in particular opens up the advantages offered by the servomotor, which emerges from the prior art and is intended for an opening valve.
  • the servomotor according to the invention is relatively easy to operate since it only requires a single delivery system for hydraulic fluid, and it enables use on an opening quick-closing valve, i.e. a quick-closing valve, in which a closing element is opened for opening via a valve spindle.
  • a quick-closing valve has the advantage that the valve spindle which serves to open the closing element during normal operation, i.e. while the quick-closing valve is filled with a fluid such as e.g.
  • the switching element in the servomotor is advantageously a plate which is arranged in the inflow region and which lies sealingly on two pipe sockets which adjoin the pressure region and the outlet region.
  • This plate also advantageously contains the aperture in the form of a small hole; In this configuration, a particularly compact shape of the trigger is achieved.
  • the plate is preferably on with another compression spring pressed the pipe socket and thus allows to arrange the trigger in any spatial position.
  • connection between the weight room and the pressure area is advantageously designed as a variable-length pipe connection.
  • a pipe connection is in particular formed with two sealingly inserted pipe sockets, one of the pipe sockets being connected to the stationary trigger and another pipe socket being connected to the movable piston.
  • the plate mentioned advantageously rests as a switching element.
  • the compression spring pressing the piston is preferably arranged in the discharge area; in this way it is wetted by the hydraulic fluid during operation and thus protected to a certain extent against corrosion, and this arrangement also benefits the compactness of the servomotor.
  • the piston has a projection which projects into the weight space and can protrude into a corresponding recess in the end wall while leaving a gap.
  • the embodiment just described makes it possible to brake the piston shortly before reaching the initial position when the servomotor is triggered; This is because when the projection of the piston dips into the recess in the end wall, two spaces communicating with each other only through the mentioned gap are formed in the weight room, the hydraulic fluid having to drain through the gap from one room, depending on the size of the latter Gap and the corresponding flow resistance, which the gap opposes the hydraulic fluid, is only possible in a significantly slower manner. In this way, the piston is braked shortly before it reaches its initial position, which makes a significant contribution to avoiding damage to the servomotor itself and to a valve or the like to which the servomotor is connected.
  • the effect described is achieved in particular when the piston has at least one bore through which the weight space communicates with the pressure area of the trigger and which crosses the projection.
  • the outflow of hydraulic fluid from the weight room takes place at least partially through the gap and provides the desired braking effect.
  • the servomotor of any configuration is particularly suitable for driving a valve, in particular a quick-closing valve.
  • the servomotor of any configuration is used in particular to bring about a quick close on a valve, in particular a quick close valve, in a steam power plant.
  • a servomotor with a trigger is in no way limited to servomotors which are used exclusively to drive quick-closing valves. It is by no means excluded that a servomotor according to the invention can be further strengthened to the extent that it is capable of a continuous and controlled displacement of the rod in addition to performing a quick close using the trigger.
  • Figure 1 shows an actuator for moving a rod 1 along an axis 2, the rod 1 protruding from an end wall 15 of a cylinder 3. Due to the force of a compression spring 17, which acts on a piston 14 movably mounted in the cylinder 3 and connected to the rod 1 and loaded with a compression spring 17, the axis 2 can be pushed out of the cylinder 3 and can be actuated by the cylinder 3 and the hydraulic actuator formed with the piston 14 with hydraulic fluid, in particular hydraulic oil, be drawn into the cylinder 3.
  • a variable force space 16 is provided between the piston 14 and the end wall 15 and defined by the piston 14 against other areas of the cylinder 3. The weight space 16 is acted upon by the hydraulic fluid via a trigger 4.
  • the trigger 4 as seen from the rod 1 along the axis 2, is arranged behind the actuator 3, 14.
  • the trigger 4 has an inflow region 5 which can be acted upon by the hydraulic fluid from a delivery system 6.
  • a hydraulic pump 24 is shown, which can set the hydraulic fluid in the delivery system 6 under a certain pressure, and a control valve 25, through which the hydraulic fluid can optionally flow out of the delivery system 6 and thus the pressure in the delivery system 6 decreased.
  • the regulating valve 25 is closed, so that a pressure can build up in the inflow region 5.
  • This pressure causes a switching element 10 of the trigger 4, namely a plate 10, to be pressed onto two pipe sockets 11 and 12 which are concentric with one another.
  • the inner pipe socket 12 forms the pressure area 7 in its interior, which communicates with the inflow area 5 through an orifice 8, namely a bore 8 in the plate 10.
  • a pressure also builds up in the pressure region 7.
  • Drain bores 26 serve this purpose, for which several possibilities are drawn in FIG. 1.
  • Another compression spring 13 presses the plate 10 onto the pipe socket 11 and 12, thus ensuring that seals, which are not shown in detail, are generally effective between the two pipe socket 11 and 12 and the plate 10.
  • the further compression spring 13 can be designed so that the servomotor can be operated in any spatial position.
  • the compression spring 17 can push the piston 14 back to the end wall 15 into the initial position and thereby convey the hydraulic fluid through the bores 18 and the pipe sockets 19 and 12 in the outlet area 9. This results in an abrupt movement of the piston 14 towards the end wall 15, and the rod 1 is also suddenly pushed out of the cylinder 3. In this way, a quick-closing valve or the like can be closed in the shortest possible time. This process is called "triggering" the trigger.
  • FIG. 1 A specific configuration of the piston 14 and the end wall 15 can also be seen from FIG. 1, which enables the sudden movement of the piston 14 to be braked when triggered by the trigger 4.
  • the piston 14 has a projection 20 projecting towards the end wall 15, which can plunge into a corresponding recess 21 in the end wall 15 while leaving a relatively narrow gap 22. If this occurs, the outflow of the hydraulic fluid is braked due to the increased flow resistance of the gap 22, as a result of which the sudden movement of the piston 14 is braked or intercepted just before the end wall 15.
  • FIG. 2 shows how an actuator can be connected to an opening valve 23, in particular a quick-closing valve 23. Means are not shown which support the cylinder 3 of the servomotor against the quick-closing valve 23. In this regard, reference is made to the relevant specialist knowledge. Certain details of the servomotor shown in sections corresponding to the details shown in FIG. 1, provided with the same reference numerals, so that a new explanation is unnecessary at this point.
  • the rod 1 of the servomotor is connected to a valve spindle 28 of the quick-closing valve 23 via a coupling 27. This valve spindle 28 protrudes into the quick-closing valve 23 and carries at its end a valve cone 29 which can close a corresponding valve opening 30.
  • valve cone 29 If the quick-closing valve 23 is fully open, which is usually the case, the valve cone 29 is seated on a support 31 and thus removes the valve spindle 28 from direct contact with the fluid, in particular steam, which flows through the quick-closing valve 23. Also, the valve cone 29 is not directly flowed around by the fluid and thus offers at most a low flow resistance, which is favorable for avoiding losses.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stellmotor zum Verschieben einer Stange (1) entlang einer Achse (2), mit einem hydraulischen Aktuator (3, 14) mit einem Zylinder (3), in dem ein mit der Stange (1) kraftschlüssig verbundener Kolben (14) gleitend und dichtend gelagert ist, sowie einer mit der Stange (1) kraftschlüssig verbundenen und dem Aktuator (3, 14) entgegenwirkenden Druckfeder (17). Der Stellmotor hat einen Auslöser (4) mit einem Zuflußbereich (5), der mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbar ist, einem Druckbereich (7), welcher über eine Blende (8) mit dem Zuflußbereich (5) kommuniziert und an den Aktuator (3, 14) angeschlossen ist, einem Ablaufbereich (9), aus dem Hydraulikfluid drucklos abführbar ist, sowie einem Schaltelement (10), welches den Druckbereich (7) mit dem Ablaufbereich (9) verbindet, wenn ein positives Druckgefälle von dem Druckbereich (7) zu dem Zuflußbereich (5) auftritt, und ansonsten den Ablaufbereich (9) absperrt. Die Stange (1) ist durch die Druckfeder (17) aus dem Zylinder (3) herausschiebbar und durch Beaufschlagung des Zuflußbereichs (5) mit dem Hydraulikfluid in dem Zylinder (3) hineinziehbar. Dieser Stellmotor ist besonders geeignet zum Antrieb eines aufziehenden Schnellschlußventils (23), wie es beispielsweise in einer Dampfkraftanlage vielfach Anwendung findet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stellmotor zum Verschieben einer Stange entlang einer Achse, mit einem hydraulischen Aktuator und einem mit diesem baulich vereinigten Auslöser, welcher mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbar und über das Hydraulikfluid an den Aktuator angeschlossen ist, wobei
    • a) der Aktuator einen Zylinder, in dem ein mit der Stange kraftschlüssig verbundener Kolben gleitend und dichtend gelagert ist, und eine mit der Stange kraftschlüssig verbundene und dem Aktuator entgegenwirkende Druckfeder aufweist, wobei die Stange durch die Druckfeder aus dem Zylinder herausschiebbar und durch Beaufschlagung des Aktuators mit dem Hydraulikfluid in den Zylinder hineinziehbar ist;
    • b) der Auslöser einen mit dem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Zuflußbereich, einen Druckbereich, an den der Aktuator angeschlossen ist, eine Blende, über die der Zuflußbereich mit dem Druckbereich verbunden ist, einen Ablaufbereich, aus dem das Hydraulikfluid drucklos abführbar ist, sowie ein Schaltelement, welches den Druckbereich mit dem Ablaufbereich verbindet, wenn ein positives Druckgefälle von dem Druckbereich zu dem Zuflußbereich auftritt und ansonsten den Ablaufbereich absperrt, aufweist.
  • Ein derartiger Stellmotor geht aus der EP 0 430 089 A1 hervor.
  • Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Stellmotor für ein Schnellschlußventil, wie es beispielsweise an einer Dampfturbine, für die eine Möglichkeit zum schnellen Stillsetzen erforderlich ist, eingesetzt wird. Dies ist der Fall an praktisch jeder Dampfturbine, die einen Generator zur Erzeugung elektrischen Stroms antreibt, sowohl in einem Kraftwerk als auch an einer Industrieanlage. Auch eine Dampfturbine, die einen Kompressor oder dergleichen in einer chemischen Anlage betreibt, muß üblicherweise mit einem derartigen Schnellsclzlußventil nebst zugehörigem Stellmotor versehen sein.
  • Aus der DD 263 801 A1 geht ein Stellmotor der eingangs genannten Art zur ein Schnellschlußventil hervor.Bei diesem ist der Druckbereich gegeben curch einen von dem Kolben, welcher mit der Stange kraftschlüssig verbunden und in dem Zylinder gleitend gelagert ist, abgegrenzten Bereich des Zylinders sowie einen zu dem Schaltelement, welches eine Platte ist, führenden Rohrstutzen. Die Platte wird durch eine Druckfeder auf dem Rohrstutzen gepreßt und schließt diesen weitestgehend ab. In der Platte ist eine Blende vorgesehen, durch die der oberhalb der Platte liegende Zustellbereich mit dem unterhalb der Platte liegenden Druckbereich kommuniziert. Ein äußerer Rohrstutzen, welcher den bereits genannten Rohrstutzen umringt, umgrenzt den kreisringförmigen Ablaufbereich, durch den Hydraulikfluid abfließen kann, wenn die Platte durch Hydraulikfluid aus dem Druckbereich angehoben wird, was eintritt, wenn der Druck des Hydraulikfluides in den Zuflußbereich sich verringert und ein positives Druckgefälle vom Druckbereich zum Zuflußbereich auftritt.
  • Der Stellmotor gemäß der DD 263 801 A1 zeichnet sich dadurch aus, daß er aus einem einzigen Zustellsystem für das Hydraulikfluid betrieben werden kann. Soll das Schnellschlußventil, an das der Stellmotor angeschlossen ist, geöffnet werden, so genügt es, dem Zuflußbereich Hydraulikfluid zuzustellen und so in dem Zuflußbereich einen Druck aufzubauen. Dieser Druck preßt die Platte auf die Rohrstutzen und verhindert ein Ablaufen des Hydraulikfluides in den Ablaufbereich; durch die Blende in der Platte gelangt das Hydraulikfluid in den Druckbereich und sorgt dort für einen allmählichen Druckaufbau, wodurch der Kolben, welcher von einer entsprechenden Druckfeder in eine Anfangslage gedrückt ist, in eine Endlage verschoben wird und das Schnellschlußventil öffnet. Zum Auslösen des Schnellschlusses genügt es, den Druck in dem Zustellsystem um ein hinreichendes Maß abfallen zu lassen; in diesem Fall hebt die Platte von dem Rohrstutzen ab und gibt den Ablaufbereich frei, so daß das Hydraulikfluid weitgehend drucklos abströmen kann und eine Rückbewegung des Kolbens durch die Kraft der Druckfeder in die Anfangslage ermöglicht. Der Stellmotor ist weiterhin eingerichtet zur Bedienung eines sogenannten aufstoßenden Ventils, d.h. eines Ventils mit einem ringförmigen Ventilsitz und einem dazu passenden Ventilkegel, der an einer dem Ventilsitz zugewandten Seite an einer Spindel befestigt ist, die durch den Ventilsitz hindurchragt; an diese Spindel muß der Stellmotor derart angeschlossen werden, daß sich der Ventilsitz zwischen dem Ventilkegel und dem Stellmotor befindet.
  • Der Stellmotor ist ungeeignet zur Bedienung eines sogenannten aufziehenden Ventils, welches ebenfalls einen ringförmigen Ventilsitz mit passendem Ventilkegel an einer Spindel aufweist, wobei allerdings die Spindel nicht durch den Ventilsitz hindurchragt, sondern an einer dem Ventilsitz abgewandten Seite des Ventilkegels mit diesem verbunden ist; ein Stellmotor ist derart an die Spindel anzuschließen, daß sich der Ventilkegel zwischen dem Ventilsitz und dem Stellmotor befindet.
  • Ein aufziehendes Ventil ermöglicht es, die Spindel von Fluid fernzuhalten, welches das geöffnete Ventil durchströmt; dies ist bei einem aufstoßenden Ventil nicht möglich, da die Spindel stets durch den von dem Fluid zu durchströmenden Ventilsitz ragt. Ein aufziehendes Ventil bietet daher gegenüber einem aufstoßenden Ventil in der Regel einen betrieblichen Vorteil.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Stellmotor der eingangs genannten Art anzugeben, der sich insbesondere zum Anschluß an ein sogenanntes aufziehendes Schnellschlußventil eignet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe angegeben wird ein Stellmotor zum Verschieben einer Stange entlang einer Achse, mit einem hydraulischen Aktuator und einem mit diesem baulich vereinigten Auslöser, welcher mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbar und über das Hydraulikfluid an den Aktuator angeschlossen ist, wobei
    • a) der Aktuator einen Zylinder, in dem ein mit der Stange kraftschlüssig verbundener Kolben gleitend und dichtend gelagert ist, und eine mit der Stange kraftschlüssig verbundene und dem Aktuator entgegenwirkende Druckfeder aufweist, wobei die Stange durch die Druckfeder aus dem Zylinder herausschiebbar und durch Beaufschlagung des Aktuators mit dem Hydraulikfluid in den Zylinder hineinziehbar ist;
    • b) der Auslöser einen mit dem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Zuflußbereich, einen Druckbereich, an den der Aktuator angeschlossen ist, eine Blende, über die der Zuflußbereich mit dem Druckbereich verbunden ist, einen Ablaufbereich, aus dem das Hydraulikfluid drucklos abführbar ist, sowie ein Schaltelement, welches den Druckbereich mit dem Ablaufbereich verbindet, wenn ein positives Druckgefälle von dem Druckbereich zu dem Zuflußbereich auftritt und ansonsten den Ablaufbereich absperrt, aufweist;
    • c)der Kolben zwischen sich und einer Stirnwand des Zylinders, durch welche die Stange geführt ist und zu der hin er von der Druckfeder gepreßt wird, einen mit dem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Kraftraum begrenzt;
    • d) der Auslöser, von der Stange entlang der Achse gesehen, hinter dem Aktuator angeordnet ist; und
    • e) der Kolben (14) zumindest eine Bohrung aufweist, durch die der Kraftraum an den Druckbereich angeschlossen ist.
  • Dieser Stellmotor kann als kompakte und weitgehend zylindrische Einheit ausgeführt werden. Die Anordnung des Auslösers hinter dem Aktuator kommt außerdem der Wirksamkeit des Stellmotors, insbesondere der bei einem Schnellschluß erzielbaren Geschwindigkeit, zugute.
  • Mit diesem Stellmotor werden insbesondere die Vorteile erschlossen, die der aus dem Stand der Technik hervorgehende, für ein aufstoßendes Ventil bestimmte Stellmotor bietet. Der erfindungsgemäße Stellmotor ist relativ einfach bedienbar, da er nur ein einziges Zustellsystem für Hydraulikfluid erfordert, und er ermöglicht den Einsatz an einem aufziehenden Schnellschlußventil, d.h. einem Schnellschlußventil, bei dem ein Schließorgan zum Öffnen über eine Ventil spindel angezogen wird. Ein solches Schnellschlußventil hat den Vorzug, daß die zum Aufziehen des Schließorgans dienende Ventilspindel während des regulären Betriebs, d.h. während das Schnellschlußventil von einem Fluid wie z.B. Dampf durchströmt wird, dem Fluid nicht unmittelbar ausgesetzt sein muß; dies bedeutet, daß in wesentlich geringerem Umfang als bei einem aufzustoßenden Schnellschlußventil die Gefahr von Schäden durch Korrosion, Erosion oder Ablagerungen besteht und außerdem ein Stömungshindernis, nämlich die in das Schnellschlußventil hineinragende Ventilspindel, vermieden wird.
  • Das Schaltelement in dem Stellmotor ist vorteilhafterweise eine im Zuflußbereich angeordnete Platte, welche dichtend auf zwei Rohrstutzen, die den Druckbereich und den Ablaufbereich angrenzen, aufliegt.
  • Diese Platte enthält mit weiterem Vorteil auch die Blende in Form einer kleinen Bohrung; im Rahmen dieser Ausgestaltung wird eine besonders kompakte Form des Auslösers erreicht. Die Platte wird vorzugsweise mit einer weiteren Druckfeder auf die Rohrstutzen gepreßt und ermöglicht somit, den Auslöser in beliebiger räumlicher Lage anzuordnen.
  • Die Verbindung zwischen dem Kraftraum und dem Druckbereich ist vorteilhafterweise ausgeführt als eine längenveränderliche Rohrverbindung. Eine derartige Rohrverbindung ist insbesondere gebildet mit zwei dichtend ineinandergesteckten Rohrstutzen, wobei einer der Rohrstutzen mit dem ortsfesten Auslöser und ein anderer Rohrstutzen mit dem beweglichen Kolben verbunden ist. Auf dem mit dem Auslöser verbundenen Rohrstutzen liegt vorteilhafterweise die erwähnte Platte als Schaltelement auf.
  • Die den Kolben pressende Druckfeder ist vorzugsweise in dem Ablaufbereich angeordnet; derart wird sie während des Betriebes von dem Hydraulikfluid benetzt und somit in gewissem Umfang gegen Korrosion geschützt, außerdem kommt diese Anordnung der Kompaktheit des Stellmotors zugute.
  • Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Kolben einen in den Kraftraum ragenden Vorsprung auf, der in eine entsprechende Ausnehmung der Stirnwand unter Belassung eines Spaltes eintauchen kann. Diese Ausgestaltung, die sich insbesondere auf den Kolben bezieht, kann mit weiterem Vorteil selbstverständlich kombiniert werden mit bereits erwähnten Ausgestaltungen des Stellmotors. Die soeben beschriebene Ausgestaltung ermöglicht es, beim Auslösen des Stellmotors den Kolben kurz vor dem Erreichen der Anfangslage abzubremsen; dies deshalb, weil dann, wenn der Vorsprung des Kolbens in die Ausnehmung der Stirnwand eintaucht, in dem Kraftraum zwei nur durch den erwähnten Spalt miteinander kommunizierende Räume gebildet werden, wobei aus einem Raum das Hydraulikfluid durch den Spalt ablaufen muß, was je nach Größe dieses Spaltes und des dementsprechenden Strömungswiderstandes, den der Spalt dem Hydraulikfluid entgegensetzt, nur in deutlich verlangsamter Weise möglich ist. Auf diese Weise kommt es zu einer Abbremsung des Kolbens kurz vor Erreichen seiner Anfangslage, was zur Vermeidung von Schäden an dem Stellmotor selbst und an einem Ventil oder dergleichen, mit dem der Stellmotor verbunden ist, einen wesentlichen Beitrag liefert. Die beschriebene Wirkung wird insbesondere dann erzielt, wenn der Kolben zumindest eine Bohrung aufweist, durch die der Kraftraum mit dem Druckbereich des Auslösers kommuniziert und die den Vorsprung durchquert. Somit erfolgt nach einer Auslösung der Abfluß von Hydraulikfluid aus dem Kraftraum zumindest teilweise durch den Spalt und liefert den gewünschten Bremseffekt.
  • Der Stellmotor jedweder Ausgestaltung eignet sich besonders zum Antrieb eines Ventils, insbesondere eines Schnellschlußventils.
  • Der Stellmotor jedweder Ausgestaltung findet insbesondere Verwendung zur Herbeiführung eines Schnellschlusses an einem Ventil, insbesondere einem Schnellschlußventil, in einer Dampfkraftanlage.
  • Es sei bemerkt, daß die erfindungsgemäße Austattung eines Stellmotors mit einem Auslöser keineswegs beschränkt ist auf Stellmotore, die ausschließlich zum Antrieb von Schnellschlußventilen dienen. Es ist keineswegs ausgeschlossen, einen erfindungsgemäßen Stellmotor weiter zu ertüchtigen dahingehend, daß er außer zur Durchführung eines Schnellschlusses unter Benutzung des Auslösers für eine kontinuierliche und gesteuerte Verschiebung der Stange ertüchtigt ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt jeweils nur diejenigen Komponenten des jeweiligen Ausführungsbeispiels, die für die Erläuterung wichtig sind; Komponenten, auf die es im vorliegenden Zusammenhang nicht unbedingt ankommt, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Insbesondere wurde davon abgesehen, allfällig notwendige Befestigungsmittel wie z.B. Schrauben darzustellen. Es versteht sich, daß bei der Realisierung der Erfindung auf derartige Komponenten im Rahmen des fachmännischen Ermessens und Abwägens Bedacht zu nehmen ist. Darüber hinaus erhebt die Zeichnung in keiner Weise den Anspruch, maßstabsgerecht für eine konkrete Ausführungsform zu sein.
  • Figur 1 zeigt einen Stellmotor zum Verschieben einer Stange 1 entlang einer Achse 2, wobei die Stange 1 aus einer Stirnwand 15 eines Zylinders 3 herausragt. Durch die Kraft einer Druckfeder 17, welche an einem in dem Zylinder 3 beweglich gelagerten und mit der Stange 1 verbundenen und mit einer Druckfeder 17 belasteten Kolben 14 angreift, ist die Achse 2 aus dem Zylinder 3 herausschiebbar und kann durch Beaufschlagung des mit dem Zylinder 3 und dem Kolben 14 gebildeten hydraulischen Aktuators mit Hydraulikfluid, insbesondere Hydrauliköl, in den Zylinder 3 hineingezogen werden. Hierfür ist zwischen dem Kolben 14 und der Stirnwand 15 ein in seiner Größe veränderlicher und durch den Kolben 14 gegen andere Bereiche des Zylinders 3 abgegrenzter Kraftraum 16 vorgesehen. Der Kraftraum 16 wird über einen Auslöser 4 mit dem Hydraulikfluid beaufschlagt.
  • Der Auslöser 4 ist, von der Stange 1 aus entlang der Achse 2 gesehen, hinter dem Aktuator 3, 14 angeordnet. Der Auslöser 4 hat einen Zuflußbereich 5, der aus einem Zustellsystem 6 mit dem Hydraulikfluid beaufschlagbar ist. Zur Verdeutlichung der Funktion dieses Zustellsystems 6 sind dargestellt eine Hydraulikpumpe 24, welche das Hydraulikfluid in dem Zustellsystem 6 unter einen bestimmten Druck setzen kann, sowie ein Stellventil 25, durch das das Hydraulikfluid gegebenenfalls aus dem Zustellsystem 6 ablaufen kann und somit den Druck in dem Zustellsystem 6 verringert. Zur Beaufschlagung des Stellmotors mit Hydraulikfluid ist das Stellventil 25 geschlossen, so daß sich in dem Zuflußbereich 5 ein Druck aufbauen kann. Durch diesen Druck wird ein Schaltelement 10 des Auslösers 4, nämlich eine Platte 10, auf zwei zueinander konzentrische Rohrstutzen 11 und 12 gepreßt. Der innere Rohrstutzen 12 bildet in seinem Inneren den Druckbereich 7, welcher durch eine Blende 8, nämlich eine Bohrung 8 in der Platte 10, mit dem Zuflußbereich 5 kommuniziert. Beim Aufbau des Drucks in dem Zuflußbereich 5 baut sich somit auch ein Druck in dem Druckbereich 7 auf. Zwischen dem inneren Rohrstutzen 12 und dem äußeren Rohrstutzen 11 liegt ein Ablaufbereich 9, aus dem Hydraulikfluid drucklos abführbar ist. Dazu dienen Ablaufbohrungen 26, für die in Fig. 1 mehrere Möglichkeiten eingezeichnet sind. Eine weitere Druckfeder 13 drückt die Platte 10 auf die Rohrstutzen 11 und 12, um somit sicherzustellen, daß im Regelfall zwischen beiden Rohrstutzen 11 und 12 sowie der Platte 10 Dichtungen, die im einzelnen nicht dargestellt sind, wirksam sind. Die weitere Druckfeder 13 kann so ausgelegt werden, daß ein Betrieb des Stellmotors in jeder räumlichen Lage möglich ist. Fließt nun dem Druckbereich 7 aus dem Zuflußbereich 5 Hydraulikfluid zu, so gelangt dieses durch den inneren Rohrstutzen 12 sowie einen an dem Kolben 14 befestigten und auf dem inneren Rohrstutzen 12 gleitenden Rohrstutzen 19 sowie in dem Kolben 14 befindliche Bohrungen 18 in den Kraftraum 16. Dadurch wird der Kolben 14 gegen die Kraft der Druckfeder 17, welche sich an dem Zylinder 3 abstützt, von der Stirnwand 15 weggeschoben und zieht somit die Stange 1 in den Zylinder 3 hinein. Für die Anwendung an einem Schnellschlußventil ist der in dem Kraftraum 16 aufzubauende Druck so zu bemessen, daß der Kolben 14 eine vorgegebene Endlage erreicht. Diese Endlage behält der Kolben 14 bei, solange der Druck in dem Zuflußbereich 5 hinreichend konstant bleibt.
  • Wenn der Druck in dem Zuflußbereich 5 absinkt, so bildet sich aufgrund des relativ großen Strömungswiderstandes der Blende 8 eine positive Druckdifferenz vom Druckbereich 7 zum Zuflußbereich 5 aus, welche bei hinreichend hohem Druckabfall in dem Zuflußbereich 5 die Platte 10 gegen die Kraft der weiteren Druckfeder 13 (oder, falls die weitere Druckfeder 13 nicht vorhanden ist, gegen die auf die Platte 10 einwirkende Schwerkraft) von dem Rohrstutzen 11 und 12 abhebt und somit eine Verbindung zwischen dem Druckbereich 7 und dem Ablaufbereich 9 freigibt. Daß sich im vorliegenden Fall auch eine Verbindung zwischen dem Zuflußbereich 5 und dem Ablaufbereich 9 ergibt, ist von untergeordneter Bedeutung. Beim Abheben der Platte 10 kann jedenfalls die Druckfeder 17 den Kolben 14 wieder zur Stirnwand 15 in die Anfangslage schieben und dabei das Hydraulikfluid durch die Bohrungen 18 sowie die Rohrstutzen 19 und 12 in dem Ablaufbereich 9 befördern. Derart ergibt sich eine schlagartige Bewegung des Kolbens 14 hin zur Stirnwand 15, und die Stange 1 wird ebenfalls schlagartig aus dem Zylinder 3 hinausgeschoben. Derart kann in kürzester Zeit ein Schnellschlußventil oder dergleichen geschlossen werden. Dieser Vorgang wird als "Auslösung" des Auslösers bezeichnet.
  • Aus der Figur 1 ist auch eine bestimmte Ausgestaltung des Kolbens 14 und der Stirnwand 15 erkennbar, welche eine Abbremsung der schlagartigen Bewegung des Kolbens 14 bei einer Auslösung durch den Auslöser 4 ermöglicht. Der Kolben 14 hat einen zu der Stirnwand 15 hin ragenden Vorsprung 20, welcher in eine entsprechende Ausnehmung 21 in der Stirnwand 15 unter Belassung eines relativ engen Spaltes 22 eintauchen kann. Tritt dies ein, so wird der Abfluß des Hydraulikfluides aufgrund des erhöhten Strömungswiderstandes des Spaltes 22 gebremst, wodurch die schlagartige Bewegung des Kolbens 14 kurz vor der Stirnwand 15 abgebremst oder abgefangen wird.
  • Figur 2 zeigt, wie ein Stellmotor mit einem aufziehenden Ventil 23, insbesondere einem Schnellschlußventil 23, verbunden werden kann. Nicht dargestellt sind dabei Mittel, die den Zylinder 3 des Stellmotors gegen das Schnellschlußventil 23 abstützen. Diesbezüglich wird auf die einschlägigen Fachkenntnisse verwiesen. Gewisse Einzelheiten des ausschnittsweise dargestellten Stellmotors entsprechend den aus Fig. 1 ersichtlichen, mit gleichen Bezugszeichen versehenen Einzelheiten, so daß an dieser Stelle eine erneute Erläuterung entbehrlich ist. Die Stange 1 des Stellmotors ist über eine Kupplung 27 mit einer Ventilspindel 28 des Schnellschlußventils 23 verbunden. Diese Ventilspindel 28 ragt in das Schnellschlußventil 23 hinein und trägt an ihrem Ende einen Ventilkegel 29, der eine entsprechende Ventilöffnung 30 verschließen kann. Ist das Schnellschlußventil 23 voll geöffnet, was in der Regel der Fall ist, so sitzt der Ventilkegel 29 auf einer Auflage 31 auf und entzieht somit die Ventilspindel 28 der unmittelbaren Berührung mit dem Fluid, insbesondere Dampf, welches das Schnellschlußventil 23 durchströmt. Auch ist der Ventilkegel 29 nicht unmittelbar von dem Fluid umströmt und bietet somit allenfalls einen geringen Strömungswiderstand, was zur Vermeidung von Verlusten günstig ist.

Claims (11)

  1. Stellmotor zum Verschieben einer Stange (1) entlang einer Achse (2), mit einem hydraulischen Aktuator (3,14) und einem mit diesem baulich vereinigten Auslöser (4), welcher mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbar und über das Hydraulikfluid an den Aktuator (3,14) angeschlossen ist, wobei
    a) der Aktuator (3,14) einen Zylinder (3), in dem ein mit der Stange (1) kraftschlüssig verbundener Kolben (14) gleitend und dichtend gelagert ist, und eine mit der Stange (1) kraftschlüssig verbundene und dem Aktuator (3,14) entgegenwirkende Druckfeder (17) aufweist, wobei die Stange (1) durch die Druckfeder (17) aus dem Zylinder (3) herausschiebbar und durch Beaufschlagung des Aktuators (3,14) mit dem Hydraulikfluid in den Zylinder (3) hineinziehbar ist;
    b) der Auslöser (4) einen mit dem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Zuflußbereich (5), einen Druckbereich (7), an den der Aktuator (3,14) angeschlossen ist, eine Blende (8), über die der Zuflußbereich (5) mit dem Druckbereich (7) verbunden ist, einen Ablaufbereich (9), aus dem das Hydraulikfluid drucklos abführbar ist, sowie ein Scnaltelement (10), welches den Druckbereich (7) mit dem Ablaufbereich (9) verbindet, wenn ein positives Druckgefälle von dem Druckbereich (7) zu dem Zuflußbereich (5) auftritt und ansonsten den Ablaufbereich (9) absperrt, aufweist;
    c) der Kolben (14) zwischen sich und einer Stirnwand (15) des Zylinders (3), durch welche die Stange (1) geführt ist und zu der hin er von der Druckfeder (17) gepreßt wird, einen mit dem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Kraftraum (16) begrenzt;
    dadurch gekennzeichnet, daß
    d) der Auslöser (4), von der Stange (1) entlang der Achse (2) gesehen, hinter dem Aktuator (3,14) angeordnet ist; und
    e) der Kolben (14) zumindest eine Bohrung (18) aufweist, durch die der Kraftraum (16) an den Druckbereich (7) angeschlossen ist.
  2. Stellmotor nach Anspruch 1, bei dem das Schaltelement (10) eine im Zuflußbereich (5) angeordnete Platte(10) ist, welche dichtend auf zwei Rohrstutzenl(11, 12), die den Druckbereich(7) und den Ablaufbereich(9) abgrenzen, aufliegt.
  3. Stellmotor nach Anspruch 2, bei dem die Platte(10) die Blende(8) enthält.
  4. Stellmotor nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Platte(10) mit einer weiteren Druckfeder(13) auf die Rohrstutzen(11,12) gepreßt wird.
  5. Stellmotor nach Anspruch 1, bei dem der Kolben(14) über eine längenveränderliche Rohrverbindung(12, 19) mit dem Druckbereich(7) verbunden ist.
  6. Stellmotor nach Anspruch 5, bei dem die Rohrverbindung(12,19) gebildet ist mit zwei dichtend ineinandergesteckten Rohrstutzen(12,19).
  7. Stellmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Druckfeder(17) in dem Ablaufbereich(9) angeordnet ist.
  8. Stellmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kolben(14) einen in den Kraftraum(16) ragenden Vorsprung(20) aufweist, der in eine entsprechende Ausnehmung(21) der Stirnwand(15) unter Belassung eines Spaltes(22) eintauchen kann.
  9. Stellmotor nach Anspruch 8, bei dem der Kolben(14) zumindest eine Bohrung(18) aufweist, durch die aer Kraftraum(16) mit dem Druckbereich(7) kommuniziert und die den Vorsprung (20) durchquert.
  10. Stellmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mit einem Ventil(23) , insbesondere einem Schnellschlußventil (23), verbunden ist.
  11. Verwendung eines Stellmotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herbeiführung eines Schnellschlusses an einem Ventil(23), insbesondere einem Schnellschlußventil(23), in einer Dampfkraftanlage.
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