JP2762400B2 - 特に急速閉鎖弁用のサーボモータ - Google Patents

特に急速閉鎖弁用のサーボモータ

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JP2762400B2
JP2762400B2 JP7512345A JP51234594A JP2762400B2 JP 2762400 B2 JP2762400 B2 JP 2762400B2 JP 7512345 A JP7512345 A JP 7512345A JP 51234594 A JP51234594 A JP 51234594A JP 2762400 B2 JP2762400 B2 JP 2762400B2
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    • 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
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、シリンダ及びこのシリンダ内に滑動可能
に密封して支承されかつロッドと摩擦結合されたピスト
ンからなる液体アクチュエータと、ロッドに摩擦結合さ
れかつアクチュエータに対抗作用する圧縮ばねと、圧力
流体が付勢される流入室、この流入室に絞り部を通して
連通されかつアクチュエータが接続されている圧力室、
圧力流体が無圧力で排出されるドレン室並びに圧力室と
流入室との間に正の圧力差が生じたときに圧力室とドレ
ン室とを接続しそうでないときにはドレン室を閉鎖して
いる開閉要素を有する作動装置とを備え、ロッドを軸線
に沿って移動させるサーボモータに関する。
この発明は、例えば急速停止をすることが必要になる
蒸気タービンにおいて使用されるような急速閉鎖弁のた
めのサーボモータに関する。このような急速停止は、火
力発電所においてもまた産業プラントにおいても電力を
発生する発電機を駆動する蒸気タービンの殆どにおいて
生ずる。化学プラントにおいてコンプレッサ等を駆動す
る蒸気タービンもまた通常このような急速閉鎖弁をその
操作用のサーボモータと共に備える必要がある。
東ドイツ特許出願公開第263801号明細書にはこのよう
なサーボモータが記載されている。このサーボモータに
おいては圧力室は、ロッドと摩擦結合されかつシリンダ
内に滑動可能に配置されているピストンによって区画さ
れたシリンダ室並びに例えば板状の開閉要素に通ずる短
管部によって形成されている。この開閉板は圧縮ばねに
よって短管部に押しつけられ、これをほぼ閉鎖してい
る。開閉板には絞り部が設けられ、これを通して開閉板
の上側にある流入室と開閉板の下側にある圧力室とが連
通している。さらに前記の短管部の外側にはこれを取り
囲む別の短管部が配置され、この短管部は円環状のドレ
ン室と接している。流入室への圧力流体の圧力が減少し
て圧力室と流入室との間に正の圧力差が生じると、開閉
板が圧力流体によって圧力室から持ち上げられ、圧力流
体はドレン室に流入する。前記東ドイツの特許出願公開
第263801号明細書によるサーボモータは、圧力流体の唯
一の供給系で駆動されるという特徴を備えている。サー
ボモータが接続されている急速閉鎖弁を開放しようとす
るときは、流入室に圧力流体を供給して、この流入室に
圧力を形成する。この圧力は開閉板を短管部に押しつけ
て、圧力流体がドレン室に流出するのを阻止する。開閉
板に設けられた絞り部を通して圧力流体は圧力室に達
し、そこに漸次圧力を形成する。これにより適当な圧縮
ばねにより最初の状態に押圧されているピストンが最終
位置に移動し、急速閉鎖弁を開く。急速閉鎖を生じさせ
るには、供給系の圧力を充分な程度に低下させることで
足りる。この場合開閉弁は短管部から持ち上がり、ドレ
ン室を開放するので、圧力流体はほぼ無圧で流れ出し、
圧縮ばねの力により最初の状態へのピストンの復帰運動
を可能にする。このサーボモータはさらにいわゆる押し
下げ弁、即ちリング状の弁座とこれに適合した弁体とを
備えこの弁体は弁座側において弁座を貫通している弁棒
に固定されている弁装置を操作するために構成されてい
る。なおこの場合弁棒にはサーボモータが、弁体とサー
ボモータとの間に弁座があるように接続される必要があ
る。
このサーボモータはいわゆる引き上げ弁、即ち同様に
リング状の弁座とこれに適合した弁体とからなりこの弁
座を弁棒に固定しているがその場合弁棒は弁座を貫通し
ておらず弁体の弁座の反対側において弁体に結合されて
いるような弁装置の操作には不適当である。この場合サ
ーボモータは、弁座とサーボモータとの間に弁体がある
ように弁棒に接続される。
引き上げ弁は、開放されている弁を貫流する流体から
弁棒を遠ざけることを可能にする。押し下げ弁において
は、弁棒は常に流体によって貫流される弁座を通して突
き出ているから、このようなことは不可能である。引き
上げ弁は従って押し下げ弁に対して一般に使用上の利点
を持っている。
この発明の課題は、冒頭に記載した種類のサーボモー
タであって、特にいわゆる引き上げ型の急速閉鎖弁に接
続するのに適したものを提供することにある。
この課題を解決するために、シリンダ及びこのシリン
ダ内に滑動可能に密封して配置されかつロッドと摩擦結
合されたピストンからなる液圧アクチュエータと、ロッ
ドに摩擦結合されかつアクチュエータに対抗作用する圧
縮ばねと、圧力流体が流入される流入室、この流入室に
絞り部を通して連通されかつアクチュエータが接続され
ている圧力室、圧力流体が無圧力で排出されるドレン室
並びに圧力室と流入室との間に正の圧力差が生じたとき
に圧力室とドレン室とを接続しそうでないときにはドレ
ン室を閉鎖している開閉要素を有する作動装置とを備
え、ロッドを軸線に沿って移動させるサーボモータにお
いて、ロッドは圧縮ばねによってシリンダから押し出さ
れようにかつシリンダに圧力流体を付勢することにより
シリンダ内に引き込まれるように形成されている。
このサーボモータでは、特に公知技術から明らかな押
し下げ弁向けのサーボモータが持つ利点が実現される。
この発明によるサーボモータは圧力流体に関して唯一の
供給系しか必要としないので比較的簡単に操作可能であ
り、引き上げ弁に、即ち閉塞機構が開放のために弁棒を
介して引き上げられる急速閉鎖弁に使用することを可能
にする。このような急速閉鎖弁は、閉塞機構の引き上げ
に使用される弁棒が正規の運転時、即ち急速閉鎖弁が例
えば蒸気のような流体に貫流されている間その流体に直
接さらされる必要がないという特長を持っている。この
ことは、腐食、侵食或いは沈着物による損傷の危険が押
し下げ弁の場合よりも著しく小さく、その上流れの妨
害、即ち急速閉鎖弁の中に弁棒が突き出ることが回避さ
れることを意味する。
サーボモータの開閉要素は、好ましくは、流入室に配
置されかつ圧力室とドレン室とを区分する２つの短管部
に密封するように載置される開閉板である。
この開閉板は別の利点として小さい孔の形の絞り部を
備えるが、この構成により作動装置の特にコンパクトな
構成が得られる。開閉板はまた短管部に加圧するもう一
つの圧縮ばねを備えるのがよく、それにより作動装置を
任意の位置関係に配置することを可能にする。
さらに、アクチュエータを作動装置と構造的に一体化
し、特に作動装置がロッドから軸線に沿って見て、アク
チュエータの背後に位置するように形成することが有利
である。このようにしてサーボモータはコンパクトなほ
ぼ円筒状のユニットとして構成できる。
さらにまた別の利点として、ピストンはロッドが引き
出されかつそれに向かって圧縮ばねによって押しつけら
れるシリンダの端面壁とピストン自体との間に圧力流体
が導入される作用空間を形成し、この作用空間と圧力室
とを連通する少なくとも１つの孔を備える。この構成は
サーボモータの特にコンパクトな構成を可能とし、その
際作動装置はロッドから見てアクチュエータの背後にあ
り、このことはまたサーボモータの動作性、特に急速閉
鎖の際に得られる速度に貢献する。
作用空間と圧力室との接続は長さを変えうる管結合と
して構成するのがよい。このような管係合は特に互いに
嵌まり合う２つの短管部で形成し、一方の短管部は固定
の作動装置に、他方の短管部は可動のピストンに結合さ
れる。作動装置と結合された短管部には上述の開閉板が
開閉要素として載置されるのがよい。
ピストンを押圧する圧縮ばねは好ましくはドレン室に
配置される。このようにして圧縮ばねは運転中圧力流体
に濡れ、従ってある程度腐食から保護される。その他に
この配置はサーボモータのコンパクト化にも貢献する。
さらに好ましい構成として、ピストンはロッドが引き
出されるシリンダの端面壁とピストン自体との間に圧力
流体が導入される作用空間を形成し、この作用空間に突
き出る張出部を備え、この張出部はシリンダの端面壁に
設けられた対応する凹部に間隙を残して入り込むことが
できる。この特にピストンに関する構成は、上述のサー
ボモータの構成と有利に組み合わされることは明らかで
ある。このような構成によりサーボモータを作動させる
際にピストンを最初の状態に達する直前に制動すること
が可能となる。即ち、ピストンの張出部が端面壁の凹部
に入り込むときに、作用空間に上述の間隙を通してのみ
互いに連通する２つの空間が形成され、その際一方の空
間から圧力流体が間隙を通して流出させる必要がある
が、このことはこの間隙の大きさ及びこれに対応してこ
の間隙が圧力流体に対抗する流れ抵抗の大きさに応じて
明らかにゆっくりと行われる。このようにしてピストン
はその最初の位置に達する直前に制動されることにな
り、サーボモータ自体及びサーボモータが接続されてい
る弁等の損傷を回避するのに著しく貢献する。上述の作
用は、特にピストンが作用空間と作動装置の圧力室とを
連通する少なくとも１つの孔を備え、この孔が張出部を
貫通しているときに得られる。これにより作動後圧力流
体が作用空間から少なくとも部分的に間隙を通して流出
し、望ましい制動効果を生む。
いずれの構成のサーボモータも弁、特に急速閉鎖弁の
駆動に好適である。
いずれの構成のサーボモータも蒸気力設備において
弁、特に急速閉鎖弁に急速閉鎖をさせるために特に使用
される。
なおこの発明による作動装置を備えたサーボモータの
構成は、専ら急速閉鎖弁の駆動に使われるサーボモータ
だけに限定されるべきものではない。この発明によるサ
ーボモータは、さらにその機能を拡大して、急速閉鎖を
実施するため以外にも作動装置を利用してロッドを連続
的にかつ制御して移動させるようにすることも決して除
外されてはならない。
以下にこの発明の実施例を図面を参照して説明する。
図面はそれぞれ各実施例のこの発明の説明に重要なコン
ポーネントだけを示し、これに関連して必ずしも絶対的
に重要ではないコンポーネントは簡略化のために示され
ていない。特にすべての場合に必要な例えばボルトのよ
うな固定手段は図示を省いている。この発明を実現する
場合に専門的判断と考量の枠内でこのようなコンポーネ
ントに留意することは当然のことである。さらに図面は
決して具体的な実施例に対して実寸どおりに示すもので
はない。
図１はロッド１を軸線２に沿って移動させるサーボモ
ータを示し、ロッド１はシリンダ３の端面壁15から突き
出ている。シリンダ３内に可動に配置されかつロッド１
に結合されたピストン14には圧縮ばね17が作用し、この
圧縮ばね17の力によりロッド１はシリンダ３から押し出
され、またシリンダ３とピストン14とで構成される液圧
アクチュエータに圧力流体特に油圧を付勢することによ
りシリンダ３内に引き込まれる。このためにピストン14
とその端面壁15との間にはシリンダ３の他の部分に対し
て区画される作用空間16が設けられている。作用空間16
には作動装置４を介して圧力流体が付勢される。
作動装置４は、ロッド１から軸線２に沿って見て、ア
クチュエータ（３、14）の背後に位置している。作動装
置４は供給系６から圧力流体が付勢される流入室５を備
えている。この供給系６の機能を明らかにするために、
図には供給系６の圧力流体を特定の圧力に設定する流体
ポンプ24並びに圧力流体を必要に応じて供給系６から排
出しそれにより供給系６の圧力を減少させるサーボ弁25
が示されている。サーボモータに圧力流体を付勢するた
めにサーボ弁25は閉じられているので、流入室５には圧
力が形成される。この圧力により作動装置４の開閉要素
10、即ち開閉板10が互いに同心配置された２つの短管部
11及び12に押しつけらる。内側の短管部12はその内部
に、絞り部８即ち開閉板10の孔８を通して流入室５と連
通する圧力室７を形成している。それ故、流入室５に圧
力が形成されると圧力室７の圧力も形成される。内側の
短管部12と外側の短管部11との間には、圧力流体が無圧
で排出可能なドレン室９が設けられている。このために
ドレン孔26が用いられる。なお図１においてはこのドレ
ン孔は複数個配置できることが示唆されている。さらに
別の圧縮ばね13が開閉板10を短管部11及び12に押しつけ
て、これにより通常、２つの短管部11及び12の間に並び
に開閉板10との間に詳細には示されていないが密封が成
立するようにしている。この圧縮ばね13は、サーボモー
タの運転がいかなる空間位置においても可能であるよう
に設計することができる。圧力室７に流入室５から圧力
流体が流入すると、この圧力流体は内側の短管部12、並
びにピストン14に固定され内側の短管部12と滑動する短
管部19を通り、さらにピストン14に設けられた孔18を通
って作用空間16に達する。これによりピストン14はシリ
ンダ３に組み込まれている圧縮ばね17の力に抗して端面
壁15から離れる方向に動かされ、ロッド１をシリンダ３
内に引き込む。急速開閉弁への適用のために作用空間16
に形成される圧力は、ピストン14が所定の最終位置に達
するように設定されている。流入室５の圧力が充分に一
定である限りピストン14はこの最終位置を維持する。
流入室５の圧力が低下すると、絞り部８の比較的大き
い流れ抵抗に基づき圧力室７と流入室５との間に正の圧
力差が形成され、流入室５の圧力低下が充分に大きいと
きには開閉板10を圧縮ばね13の力に抗して（或いは圧縮
ばね13が用いられないときには、開閉板10に作用する重
力に抗して）短管部11及び12から離して、圧力室７とド
レン室９との間の接続を開放する。この場合流入室５と
ドレン室９との間の接続も生ずるが、これはそれ程重要
ではない。いずれにしても開閉板10が持ち上がる際、圧
縮ばね17がピストン14を再び端面壁15に向かってその最
初の位置に動かし、その場合圧力流体を孔18並びに短管
部19及び12を通してドレン室９に押しやる。このように
してピストン14は端面壁15に向かって衝撃的に運動し、
ロッド１も同様に衝撃的にシリンダ３から押し出され
る。このように非常に短時間で急速閉鎖弁等は閉鎖され
る。この過程は作動装置の「作動」と称される。
図１にはピストン14と端面壁15の特定の構成、即ち作
動装置４の作動の際にピストン14の衝撃的な運動を制動
することのできる構成も示されている。ピストン14は端
面壁15に向かって突出する張出部20を備え、この張出部
は端面壁15の対応の凹部21に比較的狭い空隙22を残して
嵌まり込むことができる。このように張出部20が凹部21
に嵌入すると、圧力流体の排出は空隙22の流れ抵抗が高
まることにより制動され、これによりピストン14の衝撃
的な運動が端面壁15の直前で制動或いは吸収される。
図２は、サーボモータがどのように弁23特に急速閉鎖
弁23と結合されるかを示す。この場合サーボモータのシ
リンダ３を急速閉鎖弁23に対して支持する手段は示され
ていない。これに関しては当該専門知識を参照された
い。部分的に図示されたサーボモータの個々の部分は、
図１に示された同一符号を備えた部分に対応するので、
ここで改めて説明する必要はない。サーボモータのロッ
ド１は継手27を介して急速閉鎖弁23の弁棒28に結合され
ている。この弁棒28は急速閉鎖弁23内に突入しており、
その端部に弁体29を備え、この弁体はこれに対応した弁
開口30を閉鎖する。急速閉鎖弁23が、通常そうであるよ
うに、完全に開いていると、弁体29は弁受け31に接して
おり、それ故弁棒28は急速閉鎖弁23内を貫流する流体特
に蒸気との直接的な接触から免れている。また弁体29は
直接には流体によって貫流されておらず、従って同様に
流れ抵抗を小さくしているが、このことは損失を回避す
るのに好ましい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シユナイダー、ハンス‐フリーダー ドイツ連邦共和国 デー‐01069 ドレ スデン ライトバーンシユトラーセ 36 (56)参考文献 特開 平２−275005（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−6503（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭56−10442（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭60−9445（ＪＰ，Ｙ２) 米国特許3495501（ＵＳ，Ａ) 欧州公開430089（ＥＰ，Ａ１) 欧州公開604805（ＥＰ，Ａ１) 西独国特許出願公開3432890（ＤＥ, Ａ) 東独国特許公報263801（ＤＤ，Ａ) 独国特許発明285195（ＤＥ，Ｃ２)

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリンダ（３）及びこのシリンダ内に滑動
    可能に密封して配置されかつロッド（１）と摩擦係合さ
    れたピストン（14）からなる液圧アクチュエータ（３、
    14）と、ロッド（１）に摩擦係合されかつアクチュエー
    タ（３、14）に対抗作用する圧縮ばね（17）と、圧力流
    体が導入される流入室（５）、この流入室（５）に絞り
    部（８）を通して連通されかつアクチュエータ（３、1
    4）が接続されている圧力室（７）、圧力流体が無圧で
    排出されるドレン室（９）並びに圧力室（７）と流入室
    （５）との間に正の圧力差が生じたときに圧力室（７）
    とドレン室（９）とを接続しそうでないときにはドレン
    室（９）を閉鎖している開閉要素（10）を有する作動装
    置（４）とを備え、ロッド（１）を軸線（２）に沿って
    移動させるサーボモータにおいて、ロッド（１）は圧縮
    ばね（17）によってシリンダ（３）から押し出されよう
    にかつシリンダ（３）に圧力流体を付勢することにより
    シリンダ（３）内に引き込まれるように形成されている
    ことを特徴とするサーボモータ。
  2. 【請求項２】開閉要素（10）が流入室（５）に配置され
    た開閉板（10）であり、この開閉板（10）が圧力室
    （７）及びドレン室（９）を区画する２つの短管部（1
    1、12）に密封して載置されている請求項１記載のサー
    ボモータ。
  3. 【請求項３】開閉板（10）が絞り部（８）を含む請求項
    ２記載のサーボモータ。
  4. 【請求項４】開閉板（10）が別の圧縮ばね（13）で短管
    部（11、12）に押しつけられる請求項２又は３記載のサ
    ーボモータ。
  5. 【請求項５】アクチュエータ（３、14）が作動装置
    （４）と構造的に一体に形成されている請求項１乃至４
    の１つに記載のサーボモータ。
  6. 【請求項６】作動装置（４）が、ロッド（１）から軸線
    （２）に沿って見て、アクチュエータ（３、14）の背後
    に配置されている請求項５記載のサーボモータ。
  7. 【請求項７】ピストン（14）が、ロッド（１）が案内さ
    れかつそれに向かって圧縮ばね（17）によって押しつけ
    られるシリンダ（３）の端面壁（15）とピストン自体と
    の間に、圧力流体が付勢される作用空間（16）を画成
    し、かつこの作用空間（16）と圧力室（７）とを連通す
    る少なくとも１つの孔（18）を備えている請求項６記載
    のサーボモータ。
  8. 【請求項８】ピストン（14）が長さを変化することので
    きる管結合（12、19）を介して圧力室（７）に接続され
    ている請求項７記載のサーボモータ。
  9. 【請求項９】管結合（12、19）が互いに密接して嵌まり
    合う２つの短管部（12、19）で形成されている請求項８
    記載のサーボモータ。
  10. 【請求項１０】圧縮ばね（17）がドレン室（５）に配置
    されている請求項７乃至９の１つに記載のサーボモー
    タ。
  11. 【請求項１１】ピストン（14）が、ロッド（１）が案内
    されているシリンダ（３）の端面壁（15）とピストン自
    体との間に、圧力流体が加わる作用空間（16）を画成
    し、かつこの作用空間（16）に突出する張出部（20）を
    備え、この張出部が端面壁（15）の対応する凹部（21）
    に空隙（22）を残して入り込むことができる請求項１乃
    至10の１つに記載のサーボモータ。
  12. 【請求項１２】ピストン（14）が張出部（20）を貫通す
    る少なくとも１つの孔（18）を備え、これを通して作用
    空間（16）と圧力室（７）とを連通している請求項11記
    載のサーボモータ。
  13. 【請求項１３】弁（23）特に急速閉鎖弁（23）に接続さ
    れている請求項１乃至12の１つに記載のサーボモータ。
  14. 【請求項１４】蒸気力設備における弁（23）特に急速閉
    鎖弁（23）に急速閉鎖を行わせるために使用される請求
    項１乃至13の１つに記載のサーボモータ。
JP7512345A 1993-10-29 1994-10-17 特に急速閉鎖弁用のサーボモータ Expired - Lifetime JP2762400B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE4337113 1993-10-29
DE4337113.2 1993-10-29

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