JPH08511327A - 特に急速閉鎖弁用のサーボモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、ロッド（１）を軸線（２）に沿っで移動さぜるサーボモータであって、シリンダ（３）と、このシリンダ（３）内にロッド（１）と摩擦結合され滑動可能にかつ密封して配置されたピストン（１４）とからなる液圧式アクチュエータ（３、１４）、並びにロッド（１）ど摩擦結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）を備えたものに関する。このサーボモータは、圧力流体が付勢される流入室（５）、この流入室（５）ど絞り部（８）を介して連通されかつアクチュエータ（３、１４）に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）並びに正の圧力差が圧力室（７）から流入室（５）に対して生したとき圧力室（７）をドレン室（９）に接続しその他の場合にはドレン室（９）を閉鎖している開閉要素（１０）を備えた作動装置（４）を有する。ロッド（１）は圧縮ばね（１７）によりシリンダ（３）から押し出され、流入室（５）に圧力流体が付勢されることによってンリンダ（３）内に引き込まれる。このザーホモータは、例えば蒸気力設備においてしばしば使用される急速閉鎖弁の駆動に特に好適である。

Description

【発明の詳細な説明】 特に急速閉鎖弁用のサーボモータ 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。この場合開閉板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 弁座を貰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貰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締ばねと、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。この発明によるザーポ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、この作用空聞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。 このような管結合は特に互いに密接して嵌まり合う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、他力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どができる。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げ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ト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から排出しぞれにより供給系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 しつけられる。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。急速閉鎖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１ ９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 (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｆ１６Ｋ 31/122 9037−3Ｊ Ｆ１５Ｂ 11/06 Ｇ 【要約の続き】 ば使用される急速閉鎖弁の駆動に特に好適である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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）と摩擦結合されたピストン（１４）からなる液圧アクチュエータ（３、 １４）と、ロッド（１）に摩擦結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、１４）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．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．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．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．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．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．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．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．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、１ ９）で形成されている請求項８記載のサーボモータ。 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．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．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聞（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．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．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。