WO2012104046A1 - Hydraulische stellanordnung - Google Patents

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WO2012104046A1
WO2012104046A1 PCT/EP2012/000382 EP2012000382W WO2012104046A1 WO 2012104046 A1 WO2012104046 A1 WO 2012104046A1 EP 2012000382 W EP2012000382 W EP 2012000382W WO 2012104046 A1 WO2012104046 A1 WO 2012104046A1
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WO
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valve
control
relief
pressure
switching
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/000382
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English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Tauber
Udo FRÖHLICH
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Priority to US13/983,364 priority patent/US9328842B2/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • 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
    • F15B19/00—Testing; Calibrating; Fault detection or monitoring; Simulation or modelling of fluid-pressure systems or apparatus not otherwise provided for
    • F15B19/005—Fault detection or monitoring
    • 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
    • F15B20/00—Safety arrangements for fluid actuator systems; Applications of safety devices in fluid actuator systems; Emergency measures for fluid actuator systems
    • F15B20/008—Valve failure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/122—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston
    • F16K31/1225—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston with a plurality of pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44—Mechanical actuating means
    • F16K31/56—Mechanical actuating means without stable intermediate position, e.g. with snap action
    • 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
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/87917—Flow path with serial valves and/or closures

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic actuator assembly for valves for controlling process fluid flows.
  • EP 1 413 810 A1 discloses a generic actuating arrangement for a turbine valve for controlling the gas or steam supply of a turbine or for a process fitting for controlling a process flow in process engineering.
  • Stellanssenen usually have an actuator, which is executed in the subject of EP 1 413 810 A1 as an electric spindle drive.
  • an opening cross-section of a fitting for adjusting a gas supply can be adjusted.
  • DE 10 2009 021 668 A1 of the applicant discloses an actuating arrangement in which a valve is connected via a control drive and one in series arranged switching valve via a switching drive can be operated.
  • the variable speed drive is equipped with an emergency operation that closes the valve in the event of a power failure.
  • this emergency operation is not performed by a toggle mechanism but by a spring which acts in the closing direction on the valve and which is hydraulically biased.
  • this preload pressure is released towards the low pressure, so that the spring controls the control valve.
  • the switch valve is closed in case of power failure, so that damage to the turbine or the process plant is almost impossible.
  • an electrically operable valve fitting is arranged in a discharge path to the low pressure, which is biased in the direction of its open position by a spring and is electrically switchable to a position in which the discharge path is shut off. In the event of a power failure, this discharge path is then opened in accordance with this, so that the spring can relax.
  • a requirement of such hydraulic actuating arrangements is that the emergency function capability of the actuating arrangement should be checked during operation and largely without impairment of the operation. It should be determined whether the emergency operation is intact and can close the process fitting and / or the shift drive in case of power failure.
  • the invention has for its object to provide a hydraulic actuator assembly in which the Notfunktionscreate is verifiable with little effort.
  • the hydraulic actuator assembly for valves for controlling
  • process fluid streams such as steam or gas streams of a turbine actuator, for example, a switching drive a switching valve or a cylinder of a
  • Variable speed drive which has an energy storage in the direction of a closed position
  • the actuator has an effective in the opening direction of the switch valve pressure chamber, which is opposite to a direction of the energy storage device via a main line
  • Relief paths with low pressure is connectable.
  • an upstream and a downstream relief valve are arranged in series, these for closing the actuator each from a blocking position into a
  • Relief position are adjustable. According to the invention, in addition to these
  • Opening cross section is arranged.
  • a drive circuit is designed such that a
  • Relief position are adjustable.
  • both the function of a switching drive and the> 5 function of a variable speed drive, such as an energy cylinder can be tested.
  • Cross-section of the at least one nozzle is limited, so that only a small
  • At least two nozzles are connected in series in each Mauentlastungspfadabites between two adjacent relief valves.
  • the nozzles can still be designed with a sufficient cross-section, on the one hand is so large that it is not clogged and on the other hand by the series connection of two nozzles sufficient
  • Pressure drop allows with a correspondingly low pressure fluid flow.
  • Relief path connected via a common relief control valve with the low pressure to switch the respective relief valve from its blocking position to its passage position.
  • the actuator can be, for example, a switching drive of a switch fitting or else a regulating drive of a control fitting.
  • a control valve is arranged in series with the control valve, which is proportionally adjustable via a variable speed drive, wherein the
  • Control valve is executed with an emergency operation, via which the control valve in a fault in a basic position, preferably a closed position is reset.
  • This emergency operation is triggered by switching an electrically operated valve valve.
  • this emergency operation can also be triggered independently of the valve valve via an emergency function valve, which can be switched by a control pressure.
  • This control pressure can be tapped via a control line on the switching drive.
  • control line connects a control chamber of the emergency function valve with a main line of the switching drive, wherein in the control line, a control switching valve is arranged, which in the direction of Flow position is biased and can be switched in the direction of a leak-free locking position.
  • the actuator is a cylinder, for example an energy cylinder of a variable speed drive or part of a clutch device of a
  • electrohydraulic or hydraulic drive is in operative connection.
  • logic valves are used for the relief valves and / or the emergency function valve.
  • the energy storage for biasing the switching drive is preferably designed as a switching spring.
  • the drive circuit of the actuating arrangement can be designed with a proportional valve, via which the pressure in the pressure chamber is adjustable. This proportional valve may be hydraulically biased to a home position in which the pressure space is connected to low pressure.
  • the cylinder is the variable speed drive
  • the actuating arrangement can be made particularly compact if the relief valves in a discharge path, a so-called main discharge path, have a larger nominal size than those in the other discharge paths. It is accepted that when using smaller nominal sizes a slight delay of
  • Closing time of the respective relief valves can occur with a smaller nominal size.
  • the cylinder configured with the pressure chamber may be part of a clutch device of an emergency operator operatively connected to a drive. This is executed in a concretely described solution as electro-hydraulic drive.
  • Figure 1 is a greatly simplified circuit diagram of an actuating arrangement according to the invention with a control valve and a control valve;
  • Figure 2 is a circuit diagram of a concrete solution of a hydraulic actuator assembly of an industrial steam turbine;
  • Figure 3 is a detail view of a variable speed drive of the actuator according to Figure 2;
  • FIG. 4 shows an individual view of a switching drive of the electric actuator according to FIG. 2;
  • Figure 5 is a circuit diagram of an actuating arrangement of a control valve;
  • Figure 6 shows another embodiment of an actuating arrangement of a control valve with electro-hydraulic drive.
  • the invention is first explained below with reference to an embodiment in which the adjusting arrangement according to the invention is used for setting a steam volume flow of a steam turbine.
  • the actuator assembly according to the invention generally in valves for controlling process fluids, in pipelines, at
  • FIG. 1 shows a greatly simplified circuit diagram of a steam turbine 1, the steam volume flow of which can be adjusted via an adjusting arrangement 2 according to the invention having a control fitting 4 and a switching fitting 6.
  • the control drive 8 is in Essentially from a control cylinder 10, via which a valve body of the control valve 4 is adjustable. In the event of a failure, such as a power failure, the
  • Control valve 4 are not reset directly on the actuating cylinder 10, as this is supplied via the below-mentioned in more detail electrically switched valves and an electrically operated pump with pressure medium.
  • this provision is made via an emergency operation 12, which consists essentially of a spring accumulator, which is biased hydraulically via the actuating cylinder 10.
  • the spring accumulator of the emergency control 12 is unlocked, so that the control armature 4 is moved back to its closed position.
  • Damping device 16 assigned, via which the movement of the valve is damped in the region of the end position.
  • the switching device 6 is moved via the switching drive 18 in the closed position, so that the steam supply is shut off via the steam line 21.
  • the steam supply via the steam line 21 is shut off by two independently effective devices.
  • the switching drive 18 essentially consists of a spring accumulator 20, which is biased by a piston 22. This is in turn of the pressure in a pressure chamber 24 in
  • this pressure chamber 24 is connected to low pressure, so that the switch valve 6 is adjusted by the force of the spring accumulator 20 from its open position to the locked position.
  • FIG. 2 shows the detailed circuit diagram of such a positioning arrangement with that of FIG
  • Variable speed control 8 actuated control valve 4 and the arranged in series, not shown switching valve, which is actuated by the switching drive 18.
  • the control drive 8 and the switching drive 18 are connected via a control line 26, whose function will be explained in more detail below.
  • Figure 3 shows the variable speed drive 8 for the control valve 4 in a single representation.
  • the basic principle and the individual functions of the variable speed drive 8 are known in the published patent application DE 10 2010 011 516.9, so that in the following only the components and functions required to understand the function of the control drive 8 are described and incidentally to the disclosure of the above Patent application is referenced.
  • the applicant reserves the right to adopt individual passages of this document adapted to the present patent application, if this is necessary to improve the understanding.
  • the actuating cylinder 10 of the control drive 8 has a stationarily arranged cylinder 28, in which a valve piston 30 and a clamping piston 32 are received.
  • the valve piston 30 carries at its protruding from the cylinder 28 end portion a valve body 34 of the control valve 4, which is adjusted to close in the direction of a seat 36.
  • Both pistons 30, 32 each have a flange on which a spring of the spring accumulator 20 is supported.
  • the spring accumulator 20 is preloaded to the maximum extent.
  • the two piston collars 38, 40 define together with a cylinder intermediate bottom two pressure chambers 42, 44, which are designed substantially with identical end faces.
  • the clamping piston 32 is designed as a hollow piston and limited with a cylinder pin 48 and the intermediate bottom 46 two clamping chambers 50, 52, with a smaller
  • Cross-sectional area than the other two pressure chambers 42, 44 are executed and which are respectively connected via clamping lines 54, 56 with working ports A of a control valve 58, 60.
  • Both control valves 58, 60 are designed as electrically operated 2/2-way seat valves and biased by a spring in the illustrated basic position in which the tensioning line 54 is connected to a pressure line 62 and the tensioning line 56 with a supply line 64.
  • the pressure line 62 is connected to a connection of a hydraulic machine 66 and the supply line 64 to the other port of the hydraulic machine 66, so that a closed circuit is formed, through which the opening cross section of the control valves can be adjusted by adjusting the clamping piston 32 via the hydraulic machine 66.
  • the hydraulic machine 66 can be operated as a pump or hydraulic motor and is designed to reverse the direction of rotation and is driven by a drive, for example an electric motor 68.
  • the pressure line 62 and the feed line 64 are each connected to a low-pressure accumulator 70 via a suction valve 73, 72 which opens in the direction of the pressure line 62 or to the feed line 64 for the suction of pressure medium. From the supply line 64 branches off a pressure line 74, which opens into the pressure chamber 42. In this
  • a check valve 76 is arranged, which blocks in the direction of the supply line 64.
  • the other pressure chamber 44 is connected via a discharge line 78 to the working port of a valve fitting 80. This is executed in the illustrated embodiment as a 3/2-way seat valve and an electromagnet in an illustrated
  • Biased switching position in which the discharge line 78 is connected to a channel 82 which is connected on the one hand to a pressure port P of the valve 80 and on the other hand opens into the pressure line 62, wherein, however, prevents a backflow from the channel 82 to the pressure line 62 through a further suction valve 84 is.
  • the channel 82 is also in fluid communication with the pressure line 74, so that in the illustrated switching position of the valve 80, the two pressure chambers 42, 44 are interconnected.
  • a pilot-operated check valve 86 Parallel to the valve valve 80, a pilot-operated check valve 86 is formed, which is arranged in a bypass channel 88, which opens on the one hand in the discharge line 78 and on the other hand into the channel 82.
  • the check valve 86 can be unlocked by the pressure downstream of a nozzle 90 (seen in the relief direction) in the discharge line 78.
  • a tank port T of the valve fitting 80 is connected in the illustrated switching position with a storage channel 81, which opens between the Nachsaugventilen 72, 73 in the connected to the low-pressure accumulator 70 line section.
  • valve valve 80 When the valve valve 80 is de-energized, this is biased by the force of a spring in a basic position in which the pressure port P is shut off and the
  • Working port A is connected to the storage channel 81 - according to the pressure chamber 44 is then relieved via the nozzle 90 to the low pressure. Downstream (in the unloading direction) of the nozzle 90 branches off a control channel 96 from the discharge line 78, which runs in the control chamber of a logic valve as executed
  • Bypass valve 98 opens, so that this is biased by the pressure in the discharge line 78 in the closing direction.
  • a front-side port A of the bypass valve 98 is connected via a further nozzle 100 to the storage channel 81 and a radial port B of the bypass valve 98 is connected via a further control channel 102 upstream of the nozzle 90 with the discharge line 78.
  • the pressure medium flows in the spring-biased basic position of the valve valve 80 from the pressure chamber 44, so that above the nozzle 90, a pressure difference arises, the in
  • Opening direction acts on the bypass valve 98, so that it is opened against the force of a biasing spring and thus a parallel discharge flow path via the two control channels 102, 100 is controlled, which does not lead through the nozzle 90, so that the closing movement faster than during an outflow takes place via the nozzle 90.
  • the structure of the variable speed drive 8 substantially corresponds to that described in the abovementioned published patent application.
  • a special feature of the variable speed drive according to FIG. 3 is that parallel to
  • Valve valve 80 an emergency function valve 104 is provided, which is also designed as a logic valve and is biased by a weak spring in its illustrated home position in which a port A is shut off from a radial port B.
  • the port A is connected via a low pressure passage 106 and a nozzle 108 to the memory channel.
  • the radial port B of the emergency valve 104 is via a line 110 and the control channel 102 upstream (discharge direction) of the nozzle 90 with the
  • Relief line 78 connected.
  • a closing direction effective control chamber is connected to the above-mentioned control line 26, in which a designed as a 2/2-way seat valve control switching valve 112 is arranged, which via a spring in the illustrated
  • the control switching valve 1 12 can be electrically switched to a blocking position in which the control line 26 is shut off leak-free relative to the emergency function valve 104.
  • the pressurization of the aforementioned pressure chambers of the actuating cylinder 10 can in principle as described in the above-mentioned patent application on the hydraulic machine 66 carried out by multiple pumping and suction of pressure medium from the low-pressure accumulator 70.
  • valves In the event of a fault, for example a power failure, the said valves are de-energized, so that the valve valve 80 is switched to its spring-biased position, in which the terminals A and T are connected to each other.
  • the pressure medium then flows out of the pressure chamber 44 to the low-pressure accumulator 70, the movement of the
  • Armaturkolbens 30 is supported by the force of the spring accumulator 20.
  • pressure medium flows via the nozzle 90, so that the above-described pressure difference opens the bypass valve 98 and the further discharge flow path to the low-pressure accumulator 70 is opened.
  • the valve body 34 rests on the seat 36, so that the steam line 21 is shut off.
  • control line 26 is opened to the control room of the emergency function valve 104. If - as explained in more detail below - in the control line 26 is applied low pressure, then the emergency function valve 104 is then opened by the pressure acting in the opening direction upstream of the nozzle 90, so that another
  • the switching drive 18 has a switching cylinder 1 14, the switch housing 116 actuates a valve body, not shown, of the control valve.
  • the stationary switching piston 22 of the shift cylinder 1 14 is connected via a switching spring 1 18 in the direction of a closed position of
  • the switch housing 1 16 limits a switching pressure chamber 120, which acts on the switch housing 116 in the direction of opening the switch fitting 6 and thus acts counter to the spring force.
  • the Switching pressure chamber 120 When pressure relief of the switching pressure chamber 120 is thus the Spring 1 18 effective and closes the switch valve 6, so that the steam line 21 is shut off.
  • a main line 122 In the switching pressure chamber 120 opens a main line 122, on the other hand in a supply line 124 opens, wherein in the main line 122, a check valve 126 is provided which allows a flow of pressure fluid in the direction of the switching cylinder 114 and a flow of pressure medium from this in the direction of the supply line 124 blocks.
  • the supply line is arranged over another in the same sense
  • Check valve 128 connected to the pressure port of a switching pump 130, which is for example electrically operated and the suction port is connected via a suction line 132 to a low-pressure accumulator 134.
  • the supply line 124 branches off to a port A of a low-pressure valve 136, which in a spring-biased basic position ( Figure 4) the working port A with a
  • Tank connection T connects, which in turn is connected to a tank line 138.
  • the pressure in the supply line 122 is limited by a pressure limiting valve 140, which opens a pressure medium connection to the tank line 138 when a preset maximum pressure is exceeded.
  • the low pressure valve 136 can be electrically in a
  • the low-pressure valve 136 is designed as a directional seat valve in the illustrated embodiment.
  • a special feature of the circuit according to FIG. 4 is that the pressure chamber 120 can be connected to the low-pressure accumulator 134 via a total of three relief paths 142, 144, 146 in order to close the switching fitting 6.
  • Arranged in each of the relief paths 142, 144, 146 are two in series relief valves 148, 150, 152, 154, 156, 158 via which a pressure medium connection from the main conduit 122 and the respective relief path 142, 144, 146 to one to the low pressure accumulator 134 connected drain line 160 is connected, which is connected to the suction line 132.
  • Each of the relief valves 148-158 is designed as a logic valve. The three
  • Relief valves 150, 154, 158 are connected with their connections A via a respective aperture 162, 164, 166 to the main line 122. Radial connections B this
  • Relief valves 150, 154, 158 are associated with the terminals A of
  • Relief valves 148, 152 and 156 connected. Their radial ports B are then in turn connected to the drain line 160.
  • the relief valves 1 8 - 158 are biased by a comparatively weak spring in the direction of its closed position.
  • a control pressure in a control chamber 168, 170, 172, 174, 176, 180 acts.
  • the control pressure in said control chambers 168-180 is over each one
  • Relief path 142, 144, 146 assigned relief control valves 182, 184 and 186 determined. These are each designed as 3/2-way seat valves and biased by a spring into a basic position, in each of which a control port A is connected to a tank port T, which in turn is in pressure fluid communication with the low-pressure accumulator 134. Each of the relief control valves 182, 184, 186 can be electrically switched to a position in which the port A is connected to a pressure port P, which in turn is in fluid communication with the supply line 124 and thus with the pressure port of the switching pump 130.
  • Relief control valve 182 is connected to control spaces 168 and 174 via control lines.
  • the control port A of the relief control valve 184 is via a
  • Control line with the control spaces 172 and 180 and the control port A of the third relief control valve 186 is then connected to the remaining control spaces 170 and 176, respectively.
  • Relief control valves 182, 184, 186 become control spaces of different ones
  • Relief paths located relief valves with low pressure or high pressure
  • the relief control valves 182, 184, 186 are moved to their home position by the force of their respective shift springs, in which the relief flow path is directed toward the low-pressure accumulator 134, so that the pressure fluid from the switching pressure chamber 120 via the three above-described relief paths 142 , 144, 146 for switching the pressure accumulator flows, so that the switching valve is switched by the force of the switching spring 1 18 in its blocking position.
  • This switching process takes place relatively quickly, wherein both the switching fitting 6 and the control valve 4 can be designed with a cushioning to avoid hard switching shocks.
  • control line 26 is connected via a pick-up line 188 to the main line 122, so that corresponding in the control chamber of the emergency function valve 104 with open control switching valve 1 12, the pump pressure (high pressure) or the low pressure is effective. Accordingly, at a pressure relief of the switching pressure chamber 120 and the emergency function valve 104 is opened, so that regardless of the control of the valve valve 80, the control valve 4 is moved in the direction of its closed position.
  • the temporal succession of the closing operation of the switching valve and the control valve can be determined for example via the control switching valve 112.
  • the volume of oil within the control line 26 is practically closed to the control drive, since it extends only to the control chamber of the emergency function valve 104.
  • the opening order can be determined by suitable design of the above
  • Controls are set, for example, by using
  • Cartridge valves with dampening pegs the response can be adjusted so that the control valve 4 is opened in front of the switch valve.
  • the output terminals B of the upstream (in terms of pressure relief direction) arranged relief valves 150, 154, 158 connected via a Mauentlastungspfad 190, each between adjacent relief valves 150, 154 and 154, 158 in Mauentlastungspfad 190 two series-connected nozzles 192, 194 and 196, 198 are arranged.
  • These nozzles have a comparatively small
  • this opening cross-section is large enough that clogging of the nozzles can be prevented by impurities contained in the pressure medium.
  • the pressure loss via the two nozzles 192, 194 and 196, 198 connected in series is so great that only a little
  • one of the relief control valves 182, 184, 186 is switched to its basic position in which the respective port A is connected to the tank port T. If, for example, the relief control valve 182 is brought into its position shown in FIG. 4 and the other two relief control valves 184, 186 are switched to their switching position by energizing the switching magnets, the control chambers 168 and 174 of the two relief valves 148, 154 become Low pressure towards relieved, the other relief valves 150, 152, 158, 156 remain biased in their locked position. By this switching can then pressure fluid from the switching pressure chamber 120 via the main line 122, the aperture 164, the aufête
  • Relief valve 154 the two nozzles 192, 194 of Mauentlastungspfads 190 and via the also controlled downstream relief valve 148 into the drain line 160 and thus to the low pressure accumulator 134 flow. Due to the small cross-section of the two diaphragms 192, 194, the outflowing quantity of pressure medium is very small, so that the pressure in the main line 122 changes only insignificantly. However, this pressure fluid flow is sufficient to move the switch housing 116 by the force of the switching spring 118, so that the emergency function can be detected and checked. This Sectionhubieri can be done in a similar manner by switching one of the other two relief control valves 184, 186.
  • the secondary relief path 190 is formed on the upstream relief valves 150, 154, 158.
  • this auxiliary discharge path could also be connected by dashed lines, as indicated by dashed lines in FIG. 4, to connect the output connections B of the downstream relief valves 148, 152, 156.
  • the hydraulic actuator assembly is explained using the example of a switching drive.
  • the actuating arrangement can also be used in a corresponding manner in control drives.
  • Figure 5 shows an embodiment of a variable speed drive with the previously explained 2 of 3 circuit and a Operahub phenomenon.
  • the solutions described below meet the requirements of a 1001 D architecture and can also be used in safety circuits, for example of SIL2 (according to IEC61508 or IEC61511).
  • the actuator is designed as a so-called energy cylinder 200, as described for example in DE 101 52 414 A1. It is a single-acting cylinder with an effective in the opening direction
  • the control valve 204 can be adjusted from a central locking position via proportional solenoids 212, 214.
  • a pressure port P of the control valve 204 is connected to a pressure line 216 in which a filter assembly 218 is arranged.
  • a tank port T of the control valve 204 is connected to a tank line 220.
  • An output port B of the control valve 204 is in fluid communication with a main conduit having the same function as the above-described main conduit 122 and thus provided with the same reference numeral.
  • This main line 122 opens in the control pressure chamber 202.
  • Another pressure chamber 222 of the power cylinder 200 is connected via a discharge line 224 to the tank line 220.
  • This tank line 220 can open into an open tank or can also be connected to a low-pressure accumulator (see FIG. The Operahub phenomenon done in the same manner as in the above-described
  • Embodiment wherein the actuating arrangement is constructed substantially identical.
  • the same reference numerals are used as in the previously described embodiment.
  • the secondary relief path 190 with the shutters 192 - 198 is implemented. The interconnection of the
  • Relief valves are made in accordance with the previously described embodiment, i. the input ports A of the relief valves 142, 144, 146 are in
  • Relief control valves 182, 184, 186 may control the control rooms of the respective
  • Relief valves 142, 144, 146, 148, 152, 154, 156 either with the tank line 220 or but are connected to the high-pressure main line 122 - in this regard, there is agreement with the embodiment described above, so that further explanations are unnecessary. Similar to the embodiment of the shift cylinder 114 described above, in the embodiment of Figure 5, the power cylinder 200 can be relieved and is then moved by the force of the control spring 208 in the emergency position (fitting closed).
  • a small flow of pressure medium can flow out via the shutters 192, 194, 196, 198, which can be detected in different ways.
  • Position measuring system 210 detects the slow extension of the energy cylinder 200 (classic Generalhubage).
  • Another possibility is to continue to drive the position control loop for the energy cylinder 200 and to hold the position of the valve body 34 via the control loop. Then an increased control error is detected in this position control loop.
  • correction movements of the energy cylinder 200 may also be detected when switching to the test mode and thus as a conclusion to a
  • FIG. 6 shows a variant of the exemplary embodiment according to FIG. 5, in which the adjusting arrangement is likewise associated with a control fitting 4, which is designed according to the diagram shown in FIG. 1 and has an electrohydraulic actuator with the actuating cylinder 10, whose two pressure chambers 228, 230 the terminals A, B of an electrically operated pump are connected in a closed circuit, wherein in each pump line 234, 236, a shut-off valve 238, 239 is provided, which is electrically adjustable in a blocking position.
  • the basic structure of such a control fitting 4 is explained in the earlier patent application DE 10 2010 01 1 516.9, so further explanations are dispensable.
  • the actuating cylinder 10 is adjusted in the closing or opening direction of the valve body 34.
  • the actuating cylinder 10 is connected via a coupling device 240 with the valve body 34 in operative connection.
  • Coupling device 240 is formed by two pistons 242, 244, which are formed separately from each other, wherein the left piston 242 (view of Figure 6) is connected to a piston of the actuating cylinder 10, while the right piston 244 is connected to the valve body 34.
  • the piston 242 delimits a pressure chamber 246 which is not visible in the illustration according to FIG. 6, while the piston 244 defines an opening direction of the piston 244
  • Valve body 34 corresponding pressure space limited, which corresponds to the pressure chamber 202 of Figure 5.
  • the pressure chamber 246, which has a minimal volume in the illustration according to FIG. 6, is connected via a branching pressure branch line 248 to the pump lines 234, 236, the high pressure being tapped off via two check valves 250, 252 connected in parallel.
  • Pump lines 234, 236 is limited by a pressure relief valve 253.
  • Embodiments, that is, the pressure space 202 may be performed via the three relief paths 142, 144, 146 and the secondary relief path 190 with the relief valves 148 and the orifices 192, 194, 196, 198.
  • Low-pressure side relief valves 148, 152, 156 each a common
  • Control cover 226 assigned. As in the embodiment described above, the input ports A of the relief valves 142, 144, 146 are connected to the main line 122, which opens into the pressure chamber 202. The output terminals B of this
  • Relief valves are associated with the input terminals A of the respectively
  • actuation of the relief valves 148-158 is again effected via a respective relief path 142, 144, 146 associated relief control valve 182, 184, 186th
  • a hydraulic actuating arrangement for valves for controlling process fluid flows with an actuator-operated valve, which is biased in the direction of a closed position.
  • the actuator has an effective in the opening direction
  • Pressure chamber which is connected via three parallel discharge paths with low pressure.
  • a Mauentlastungspfad is provided, which can be controlled in the test mode.

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Abstract

Offenbart ist eine hydraulische Stellanordnung für Armaturen zur Steuerung von Prozessfluidströmen mit einer von einem Aktor betätigten Armatur, die in Richtung einer Schließposition vorgespannt ist. Der Aktor hat einen in Öffnungsrichtung wirksamen Druckraum, der über drei parallele Entlastungspfade mit Niederdruck verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist ein Nebenentlastungspfad vorgesehen, der im Prüfbetrieb aufgesteuert werden kann.

Description

Hydraulische Stellanordnung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Stellanordnung für Armaturen zur Steuerung von Prozessfluidströmen.
In der EP 1 413 810 A1 ist eine gattungsgemäße Stellanordnung für ein Turbinenventil zur Steuerung der Gas- oder Dampfzufuhr einer Turbine oder für eine Prozessarmatur zur Steuerung eines Prozessstroms in der Verfahrenstechnik offenbart. Derartige
Stellanordnungen haben üblicherweise einen Stellantrieb, der beim Gegenstand der EP 1 413 810 A1 als elektrischer Spindeltrieb ausgeführt ist. Bei einer Gasturbine lässt sich beispielsweise mittels einer derartigen Stellanordnung ein Öffnungsquerschnitt einer Armatur zur Einstellung einer Gaszufuhr verstellen. In einem Notfall, beispielsweise bei einem
Stromausfall oder einer Störung soll die Armatur selbsttätig zurückgestellt werden, um eine Beschädigung der Anlage zu vermeiden. Dazu ist bei der bekannten Lösung dem
Spindeltrieb ein Kniehebelmechanismus zugeordnet, der im regulären Betrieb, d.h., bei hinreichender Stromversorgung in einer Strecklage arretiert ist, in der eine Vorspannfeder gespannt ist. Bei einem Stromausfall gibt der Verriegelungsmechanismus den Kniehebel frei, so dass er über die Vorspannfeder aus einer Streckstellung in seine Knickstellung verstellt wird und entsprechend dieses Verstellweges die Armatur in seine vorbestimmte
Grundposition, in der Regel die Schließposition, zurückverstellt wird. Ein derartiger Kniehebelmechanismus fordert einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand und nimmt auch relativ viel Bauraum in Anspruch.
Zur Ausräumung dieses Nachteils wird in der DE 10 2009 021 668 A1 der Anmelderin eine Stellanordnung offenbart, bei der eine Armatur über einen Regelantrieb und eine in Reihe dazu angeordnete Schaltarmatur über einen Schaltantrieb betätigt werden. Der Regelantrieb ist mit einer Notfallbetätigung ausgeführt, die die Armatur bei einem Stromausfall schließt. Im Unterschied zur vorbeschriebenen Ausführungsform ist diese Notfallbetätigung nicht durch einen Kniehebelmechanismus sondern durch eine Feder ausgeführt, die in Schließrichtung auf die Armatur wirkt und die hydraulisch vorgespannt ist. Bei der Notfallbetätigung wird dieser Vorspanndruck zum Niederdruck hin entspannt, so dass die Feder die Regelarmatur zusteuert. In entsprechender Weise wird auch die Schaltarmatur bei einem Stromausfall geschlossen, so dass eine Beschädigung der Turbine oder der verfahrenstechnischen Anlage nahezu ausgeschlossen ist. Bei dem Gegenstand der DE 10 2009 021 668 A1 ist in einem Entlastungspfad zum Niederdruck ein elektrisch betätigbares Armaturventil angeordnet, das in Richtung seiner Öffnungsstellung über eine Feder vorgespannt ist und elektrisch in eine Stellung umschaltbar ist, in der der Entlastungspfad abgesperrt ist. Bei einem Stromausfall wird dann entsprechend dieser Entlastungspfad geöffnet, so dass sich die Feder entspannen kann.
Eine Anforderung an derartige hydraulische Stellanordnungen besteht darin, dass während des Betriebes und weitestgehend ohne Beeinträchtigung des Betriebs die Notfunktionsfähigkeit der Stellanordnung überprüft werden soll. Dabei soll festgestellt werden, ob die Notfallbetätigung intakt ist und bei einem Stromausfall die Prozessarmatur und/ oder den Schaltantrieb schließen kann.
Bei einem Regelantrieb ist diese Prüfung mit vergleichsweise geringem Aufwand möglich, da durch geeignete Ansteuerung des Regelantriebs die Notfunktionsfähigkeit im Sinne einer Teilhubprüfung abgefragt werden kann. Eine derartige Teilhubprüfung ist mit herkömmlichen Stellanordnungen bei einer Schaltarmatur nicht realisierbar, da diese über dem Schaltantrieb lediglich zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung umschaltbar ist. Die Überprüfung kann dann nicht während des Betriebs der Turbine oder der
verfahrenstechnischen Anlage erfolgen. Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Stellanordnung zu schaffen, bei der die Notfunktionsfähigkeit mit geringem Aufwand überprüfbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Stellanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß hat die hydraulische Stellanordnung für Armaturen zur Steuerung von
5 Prozessfluidströmen, beispielsweise Dampf- oder Gasströmen einer Turbine einen Aktor, beispielsweise einen Schaltantrieb einer Schaltarmatur oder einen Zylinder eines
Regelantriebs, der über einen Energiespeicher in Richtung einer Schließposition
vorgespannt ist. Der Aktor hat einen in Öffnungsrichtung der Schaltarmatur wirksamen Druckraum, der über eine Hauptleitung entgegen der Wirkrichtung des Energiespeichers mit
[ 0 einem Öffnungsdruck beaufschlagt ist und der über zumindest drei parallele
Entlastungspfade mit Niederdruck verbindbar ist. In jedem der Entlastungspfade sind ein stromaufwärtiges und ein stromabwärtiges Entlastungsventil in Reihenschaltung angeordnet, wobei diese zum Schließen des Aktors jeweils aus einer Sperrstellung in eine
Entlastungsstellung verstellbar sind. Erfindungsgemäß ist zusätzlich zu diesen
15 Entlastungspfaden ein Nebenentlastungspfad ausgeführt, der sich zwischen
Ausgangsanschlüssen der stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Entlastungsventile erstreckt, wobei vorzugsweise in einem Nebenentlastungspfadabschnitt zwischen zwei benachbarten Entlastungsventilen jeweils zumindest eine Düse mit einem geringen
Öffnungsquerschnitt angeordnet ist. Eine Ansteuerschaltung ist derart ausgeführt, dass ein
10 stromaufwärtiges Entlastungsventil in einem Entlastungspfad und ein stromabwärtiges
Entlastungsventil in einem anderen Entlastungspfad zu einer Teilhubprüfung in eine
Entlastungsstellung verstellbar sind.
Mit einer derartigen Lösung kann sowohl die Funktion eines Schaltantriebs als auch die >5 Funktion eines Regelantriebs, beispielsweise eines Energiezylinders geprüft werden.
Durch die Aufsteuerung von zwei Entlastungsventilen in unterschiedlichen Entlastungspfaden wird keiner der eigentlichen Entlastungspfade aufgesteuert sondern es ist lediglich der Nebenentlastungspfad wirksam, wobei allerdings der Druckmittelvolumenstrom von dem 50 Schaltdruckraum der Schaltarmatur in Richtung zum Niederdruck durch den geringen
Querschnitt der zumindest einen Düse beschränkt ist, so dass lediglich ein kleiner
Druckmittelvolumenstrom abströmt, der zu einer vergleichsweise geringfügigen jedoch messbaren Schließbewegung des Aktors führt. Diese Schließbewegung wird detektiert, um die Funktionsfähigkeit nachzuweisen. Ein derartiger Nebenentlastungspfad ermöglicht es somit auf einfache Weise, die Funktionsfähigkeit des Aktors in einem Prüfbetrieb zu erfassen, wobei der Druck in der
Hauptleitung nur geringfügig absinkt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in jedem Nebenent- lastungspfadabschnitt zwischen zwei benachbarten Entlastungsventilen zumindest zwei Düsen hintereinander geschaltet. Auf diese Weise können die Düsen noch mit einem hinreichenden Querschnitt ausgeführt sein, der einerseits so groß ist, dass er nicht verstopft wird und andererseits durch die Reihenschaltung zweier Düsen einen hinreichenden
Druckabfall mit einer entsprechend geringen Druckmittelströmung ermöglicht.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein stromaufwärtiges Entlastungsventil in einem Entlastungspfad und ein stromabwärtiges Entlastungsventil in einem anderen
Entlastungspfad über ein gemeinsames Entlastungssteuerventil mit dem Niederdruck verbindbar, um das jeweilige Entlastungsventil aus seiner Sperrstellung in seine Durchgangsstellung umzuschalten.
Wie bereits erwähnt, kann der Aktor beispielsweise ein Schaltantrieb einer Schaltarmatur oder aber ein Regelantrieb einer Regelarmatur sein.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn in Reihe zur Schaltarmatur eine Regelarmatur angeordnet ist, die über einen Regelantrieb proportional verstellbar ist, wobei die
Regelarmatur mit einer Notfallbetätigung ausgeführt ist, über die die Regelarmatur bei einer Störung in eine Grundposition, vorzugsweise eine Schließposition zurückstellbar ist. Diese Notfallbetätigung ist durch Schalten eines elektrisch betätigten Armaturventil auslösbar. Bei einem Ausführungsbeispiel kann diese Notfallbetätigung auch unabhängig vom Armaturventil über ein Notfunktionsventil ausgelöst werden, das durch einen Steuerdruck umschaltbar ist. Dieser Steuerdruck kann über eine Steuerleitung am Schaltantrieb abgegriffen werden.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel verbindet die Steuerleitung einen Steuerraum des Notfunktionsventils mit einer Hauptleitung des Schaltantriebs, wobei in der Steuerleitung ein Steuerumschaltventil angeordnet ist, das in Richtung einer Durchflussstellung vorgespannt ist und in Richtung einer leckagefreien Sperrstellung umschaltbar ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Aktor ein Zylinder, beispielsweise ein Energiezylinder eines Regelantriebs oder Teil einer Kupplungseinrichtung einer
Notfallbetätigung, wobei die Kupplungseinrichtung mit einem elektrischen,
elektrohydraulischen oder hydraulischen Antrieb in Wirkverbindung steht.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Logikventile für die Entlastungsventile und/oder das Notfunktionsventil verwendet.
Der Energiespeicher zur Vorspannung des Schaltantriebs ist vorzugsweise als Schaltfeder ausgeführt. Die Ansteuerschaltung der Stellanordnung kann mit einem Proportionalventil ausgeführt sein, über das der Druck im Druckraum einstellbar ist. Dieses Proportionalventil kann hydraulisch in eine Grundposition vorgespannt sein, in der der Druckraum mit Niederdruck verbunden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Zylinder des Regelantriebs
positionsgeregelt.
Die Stellanordnung lässt sich besonders kompakt ausbilden, wenn die Entlastungsventile in einem Entlastungspfad, einem sogenannten Hauptentlastungspfad, eine größere Nenngröße als diejenigen in den anderen Entlastungspfaden aufweisen. Dabei wird in Kauf genommen, dass bei der Verwendung kleinerer Nenngrößen eine geringfügige Verzögerung der
Schließzeit der jeweiligen Entlastungsventile mit geringerer Nenngröße auftreten kann.
In dem Fall, in dem die Stellanordnung zur Ansteuerung eines Regelantriebs verwendet wird, kann der mit dem Druckraum ausgeführte Zylinder Teil einer Kupplungseinrichtung einer Notfallbetätigung sein, die in Wirkverbindung mit einem Antrieb steht. Dieser ist bei einer konkret beschriebenen Lösung als elektrohydraulischer Antrieb ausgeführt. Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schema- tischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein stark vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Stellanordnung mit einer Regelarmatur und einer Schaltarmatur;
Figur 2 einen Schaltplan einer konkreten Lösung einer hydraulischen Stellanordnung einer Industriedampfturbine; Figur 3 eine Einzeldarstellung eines Regelantriebs des Stellantriebs gemäß Figur 2;
Figur 4 eine Einzeldarstellung eines Schaltantriebs des elektrischen Stellantriebs gemäß Figur 2; Figur 5 ein Schaltbild einer Stellanordnung einer Regelarmatur; und
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stellanordnung einer Regelarmatur mit elektrohydraulischem Antrieb. Die Erfindung wird im Folgenden zunächst anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, bei dem die erfindungsgemäße Stellanordnung zur Einstellung eines Dampfvolumenstroms einer Dampfturbine verwendet ist. Prinzipiell kann die erfindungsgemäße Stellanordnung jedoch allgemein bei Armaturen zur Steuerung von Prozessfluiden, bei Pipelines, bei
Chemieanlagen, bei Druckänderungs- oder Verteilstationen oder noch allgemeiner gesehen, bei Einrichtungen verwendet werden, bei denen aus Sicherheitsgründen bei einer Störung eine Rückeinsteilung in eine vorbestimmte Wirkposition erfolgen muss, wobei dann gespeicherte Energie zur Rückstellung verwendet wird. Dabei kann es sich um lineare oder rotative Bewegungen handeln. Figur 1 zeigt ein stark vereinfachtes Schaltschema einer Dampfturbine 1 , deren Dampfvolumenstrom über eine erfindungsgemäße Stellanordnung 2 mit einer Regelarmatur 4 und einer Schaltarmatur 6 einstellbar ist. Die Betätigung der Regelarmatur 4 erfolgt über einen Regelantrieb 8, über den der Öffnungsquerschnitt der Regelarmatur proportional verstellbar ist, um die Dampfzufuhr zur Dampfturbine 1 zu regeln. Der Regelantrieb 8 besteht im Wesentlichen aus einem Stellzylinder 10, über den ein Ventilkörper der Regelarmatur 4 verstellbar ist. Im Fall einer Störung, beispielsweise eines Stromausfalls, kann die
Regelarmatur 4 über den Stellzylinder 10 nicht direkt zurückgestellt werden, da dieser über im Folgenden noch näher erläuterte elektrisch geschaltete Ventile und eine elektrisch betriebene Pumpe mit Druckmittel versorgt wird. Beim erfindungsgemäßen Stellantrieb erfolgt diese Rückstellung über eine Notfallbetätigung 12, die im Wesentlichen aus einem Federspeicher besteht, der hydraulisch über den Stellzylinder 10 vorgespannt ist. Bei einem Stromausfall wird der Federspeicher der Notfallbetätigung 12 entriegelt, so dass die Regelarmatur 4 in ihre Schließstellung zurückgefahren wird. Um eine übermäßige
Beschleunigung der Regelarmatur 4 in der Endlage zu vermeiden, ist dieser eine
Dämpfungseinrichtung 16 zugeordnet, über die die Bewegung der Armatur im Bereich der Endlage gedämpft wird.
Die Verstellung der Schaltarmatur 6 erfolgt mittels eines Schaltantrieb 18. Dieser wird im regulären Betrieb der Dampfturbine in seiner Öffnungsstellung gehalten, bei einem
Stromausfall wird die Schaltarmatur 6 über den Schaltantrieb 18 in die Schließstellung verfahren, so dass die Dampfzufuhr über die Dampfleitung 21 abgesperrt ist. Dadurch wird die Dampfzufuhr über die Dampfleitung 21 durch zwei unabhängig voneinander wirksame Einrichtungen abgesperrt. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht der Schaltantrieb 18 im Wesentlichen aus einem Federspeicher 20, der über einen Kolben 22 vorgespannt ist. Dieser ist seinerseits von dem Druck in einem Druckraum 24 in
Vorspannrichtung beaufschlagt. Im Fall einer Störung wird dieser Druckraum 24 mit Niederdruck verbunden, so dass die Schaltarmatur 6 durch die Kraft des Federspeichers 20 aus seiner Öffnungsposition in die Sperrposition verstellt wird.
Figur 2 zeigt das detaillierte Schaltbild einer derartigen Stellanordnung mit der vom
Regelantrieb 8 betätigten Regelarmatur 4 sowie der dazu in Reihe angeordneten, nicht dargestellten Schaltarmatur, die vom Schaltantrieb 18 betätigt wird. Der Regelantrieb 8 und der Schaltantrieb 18 sind über eine Steuerleitung 26 verbunden, deren Funktion im Folgenden näher erläutert wird.
Figur 3 zeigt den Regelantrieb 8 für die Regelarmatur 4 in Einzeldarstellung. Das Grundprinzip und die einzelnen Funktionen des Regelantriebs 8 sind in der nach veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2010 011 516.9 bekannt, so dass im Folgenden nur die zum Verständnis der Funktion des Regelantriebs 8 erforderlichen Bauelemente und Funktionen beschrieben werden und im Übrigen auf die Offenbarung der oben genannten Patentanmeldung verwiesen wird. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne Passagen dieser Druckschrift angepasst in die vorliegende Patentanmeldung zu übernehmen, sofern dies zur Verbesserung des Verständnisses erforderlich sein sollte.
Der Stellzylinder 10 des Regelantriebs 8 hat einen ortsfest angeordneten Zylinder 28, in dem ein Armaturkolben 30 und ein Spannkolben 32 aufgenommen sind. Der Armaturkolben 30 trägt an seinem aus dem Zylinder 28 auskragenden Endabschnitt einen Ventilkörper 34 der Regelarmatur 4, der zum Schließen in Richtung auf einen Sitz 36 verstellt wird.
Beide Kolben 30, 32 haben jeweils einen Flansch, an dem eine Feder des Federspeichers 20 abgestützt ist. Wenn die beiden Kolben 30, 32 mit ihren Kolbenbünden 38, 40 wie in Figur 3 dargestellt, aneinander anliegen, ist der Federspeicher 20 maximal vorgespannt. Die beiden Kolbenbünde 38, 40 begrenzen gemeinsam mit einem Zylinderzwischenboden zwei Druckräume 42, 44, die im Wesentlichen mit identischen Stirnflächen ausgeführt sind. Der Spannkolben 32 ist als Hohlkolben ausgeführt und begrenzt mit einem Zylinderzapfen 48 und dem Zwischenboden 46 zwei Spannräume 50, 52, die mit einer geringeren
Querschnittsfläche als die beiden anderen Druckräume 42, 44 ausgeführt sind und die jeweils über Spannleitungen 54, 56 mit Arbeitsanschlüssen A eines Stellventils 58, 60 verbunden sind. Beide Stellventile 58, 60 sind als elektrisch betätigbares 2/2-Wegesitzventile ausgeführt und über eine Feder in die dargestellte Grundposition vorgespannt, in der der die Spannleitung 54 mit einer Druckleitung 62 und die Spannleitung 56 mit einer Zulaufleitung 64 verbunden ist. Die Druckleitung 62 ist an einen Anschluss einer Hydromaschine 66 und die Zulaufleitung 64 mit dem anderen Anschluss der Hydromaschine 66 verbunden, so dass ein geschlossener Kreislauf gebildet wird, über den durch verstellen des Spannkolbens 32 über die Hydromaschine 66 der Öffnungsquerschnitt der Regelarmaturen eingestellt werden kann. Die Hydromaschine 66 kann als Pumpe oder Hydromotor betrieben werden und ist mit Drehrichtungsumkehr ausgeführt und über einen Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor 68 angetrieben. Die Druckleitung 62 und die Zulaufleitung 64 sind jeweils über ein in Richtung zur Druckleitung 62 bzw. zur Zulaufleitung 64 öffnendes Nachsaugventil 73, 72 zum Nachsaugen von Druckmittel mit einem Niederdruckspeicher 70 verbunden. Von der Zulaufleitung 64 zweigt eine Druckleitung 74 ab, die in den Druckraum 42 einmündet. In dieser
Druckleitung 74 ist ein Rückschlagventil 76 angeordnet, das in Richtung zur Zulaufleitung 64 sperrt.
Der andere Druckraum 44 ist über eine Entlastungsleitung 78 mit dem Arbeitsanschluss eines Armaturventils 80 verbunden. Dieses ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegesitzventil ausgeführt und über einen Elektromagneten in eine dargestellte
Schaltposition vorgespannt, in der die Entlastungsleitung 78 mit einem Kanal 82 verbunden ist, der einerseits an einem Druckanschluss P des Armaturventils 80 angeschlossen ist und andererseits in die Druckleitung 62 einmündet, wobei allerdings eine Rückströmung vom Kanal 82 zur Druckleitung 62 durch ein weiteres Nachsaugventil 84 verhindert ist. Der Kanal 82 steht auch in Druckmittelverbindung mit der Druckleitung 74, so dass in der dargestellten Schaltposition des Armaturventils 80 die beiden Druckräume 42, 44 miteinander verbunden sind. Parallel zum Armaturventil 80 ist ein entsperrbares Rückschlagventil 86 ausgebildet, das in einem Umgehungskanal 88 angeordnet ist, der einerseits in die Entlastungsleitung 78 und andererseits in den Kanal 82 einmündet. Das Sperrventil 86 kann durch den Druck stromabwärts einer Düse 90 (in Entlastungsrichtung gesehen) in der Entlastungsleitung 78 entriegelt werden.
Ein Tankanschluss T des Armaturventils 80 ist in der dargestellten Schaltposition mit einem Speicherkanal 81 verbunden, der zwischen den Nachsaugventilen 72, 73 in den mit dem Niederdruckspeicher 70 verbundenen Leitungsabschnitt einmündet. Von der Druckleitung 74 zweigt ein Druckbegrenzungskanal 92 ab, in dem ein Druckbegrenzungsventil 94 angeordnet ist, das in Öffnungsrichtung vom Druck im Kanal 82 beaufschlagt ist und bei Überschreiten eines Maximaldrucks im Kanal 82 eine Druckmittelverbindung zum Speicherkanal 81 aufsteuert.
Bei stromlosschalten des Armaturventils 80 wird dieses durch die Kraft einer Feder in eine Grundposition vorgespannt, in der der Druckanschluss P abgesperrt ist und der
Arbeitsanschluss A mit dem Speicherkanal 81 verbunden ist - dem entsprechend ist dann der Druckraum 44 über die Düse 90 zum Niederdruck hin entlastet. Stromabwärts (in Entlastungsrichtung) der Düse 90 zweigt ein Steuerkanal 96 von der Entlastungsleitung 78 ab, der in den Steuerraum eines als Logikventils ausgeführten
Bypassventils 98 einmündet, so dass dieses durch den Druck in der Entlastungsleitung 78 in Schließrichtung vorgespannt ist. Ein stirnseitiger Anschluss A des Bypassventils 98 ist über eine weitere Düse 100 mit dem Speicherkanal 81 verbunden und ein radialer Anschluss B des Bypassventils 98 ist über einen weiteren Steuerkanal 102 stromaufwärts der Düse 90 mit der Entlastungsleitung 78 verbunden. Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, strömt das Druckmittel in der federvorgespannten Grund- Position des Armaturventils 80 aus dem Druckraum 44 ab, so dass über der Düse 90 eine Druckdifferenz entsteht, die in
Öffnungsrichtung auf das Bypassventil 98 wirkt, so dass dieses gegen die Kraft einer Vorspannfeder geöffnet wird und somit ein paralleler Entlastungsströmungspfad über die beiden Steuerkanäle 102, 100 aufgesteuert wird, wobei dieser nicht über die Düse 90 führt, so dass die Schließbewegung schneller als bei einem Abströmen über die Düse 90 erfolgt. Bis hierhin entspricht der Aufbau des Regelantriebs 8 im Wesentlichen demjenigen, der in der oben genannten nach veröffentlichten Patentanmeldung beschrieben ist.
Eine Besonderheit des Regelantriebs gemäß Figur 3 besteht darin, dass parallel zum
Armaturventil 80 ein Notfunktionsventil 104 vorgesehen ist, das ebenfalls als Logikventil ausgeführt ist und über eine schwache Feder in seine dargestellte Grundposition vorgespannt ist, in der ein Anschluss A gegenüber einem radialen Anschluss B abgesperrt ist. Der Anschluss A ist über einen Niederdruckkanal 106 und eine Düse 108 mit dem Speicherkanal verbunden. Der radiale Anschluss B des Notfunktionsventils 104 ist über eine Leitung 110 und den Steuerkanal 102 stromaufwärts (Entlastungsrichtung) der Düse 90 mit der
Entlastungsleitung 78 verbunden. Ein in Schließrichtung wirksamer Steuerraum ist mit der oben genannten Steuerleitung 26 verbunden, in der ein als 2/2-Wegesitzventil ausgeführtes Steuerumschaltventil 112 angeordnet ist, das über eine Feder in die dargestellte
Grundposition vorgespannt ist, in der die Druckmittelverbindung des Steuerraums des Notfunktionsventils 104 zur Steuerleitung 26 aufgesteuert ist. Das Steuerumschaltventil 1 12 kann elektrisch in eine Sperrstellung umgeschaltet werden, in der die Steuerleitung 26 gegenüber dem Notfunktionsventil 104 leckagefrei abgesperrt ist.
Die Druckbeaufschlagung der vorgenannten Druckräume des Stellzylinders 10 kann im Prinzip wie in der oben genannten Patentanmeldung beschrieben über die Hydromaschine 66 durch mehrfaches Umpumpen und Ansaugen von Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher 70 erfolgen. Das Spannen des Federspeichers 20 erfolgt über die
Hydromaschine 66, wobei Druckmittel in den Spannraum 50 gefördert wird. Zum Verstellen des Ventilkörpers 34 wird Druckmittel in den Spannraum gefördert und aus dem anderen Spannraum 52 ausgeschoben. Das Armaturventil 80 ist dabei in seine dargestellte
Schaltstellung elektrisch umgeschaltet, so dass Druckmittel aus dem sich verkleinernden Druckraum 44 in den sich entsprechend vergrößernden Druckraum 42 ausgeschoben wird.
Bei einer Störung, beispielsweise einem Stromausfall sind die genannten Ventile stromlos, so dass das Armaturventil 80 in seine federvorgespannte Position umgeschaltet wird, in der die Anschlüsse A und T miteinander verbunden sind. Das Druckmittel strömt dann aus dem Druckraum 44 zum Niederdruckspeicher 70 hin ab, wobei die Bewegung des
Armaturkolbens 30 durch die Kraft des Federspeichers 20 unterstützt wird. Während dieses Entlastungsvorganges strömt Druckmittel über die Düse 90, so dass die vorbeschriebene Druckdifferenz das Bypassventil 98 öffnet und der weitere Entlastungsströmungspfad zum Niederdruckspeicher 70 aufgesteuert wird. Nach einem vorbestimmten Weg liegt der Ventilkörper 34 auf dem Sitz 36 auf, so dass die Dampfleitung 21 abgesperrt ist. Beim Stromausfall ist auch das Steuerumschaltventil 1 12 in seine Durchgangsstellung
umgeschaltet, so dass die Steuerleitung 26 zum Steuerraum des Notfunktionsventils 104 geöffnet ist. Falls - wie im Folgenden näher erläutert - in der Steuerleitung 26 Niederdruck anliegt, wird dann entsprechend das Notfunktionsventil 104 durch den in Öffnungsrichtung wirkenden Druck stromaufwärts der Düse 90 geöffnet, so dass ein weiterer
Entlastungsströmungspfad über die Leitung 1 10 und den Niederdruckkanal 106 aufgesteuert wird.
Der Aufbau des Schaltantriebs wird im Folgenden anhand der Figur 4 erläutert.
Der Schaltantrieb 18 hat einen Schaltzylinder 1 14, dessen Schaltgehäuse 116 einen nicht dargestellten Ventilkörper der Schaltarmatur betätigt. Der ortsfeste Schaltkolben 22 des Schaltzylinders 1 14 ist über eine Schaltfeder 1 18 in Richtung einer Schließposition der
Schaltarmatur beaufschlagt. Das Schaltgehäuse 1 16 begrenzt einen Schaltdruckraum 120, der das Schaltgehäuse 116 in Richtung Öffnen der Schaltarmatur 6 beaufschlagt und somit entgegen der Federkraft wirkt. Bei Druckentlastung des Schaltdruckraums 120 wird somit die Feder 1 18 wirksam und schließt die Schaltarmatur 6, so dass die Dampfleitung 21 abgesperrt ist.
Im Schaltdruckraum 120 mündet eine Hauptleitung 122, die andererseits in einer Ver- sorgungsleitung 124 mündet, wobei in der Hauptleitung 122 ein Rückschlagventil 126 vorgesehen ist, das eine Druckmittelströmung in Richtung zum Schaltzylinder 114 zulässt und eine Druckmittelströmung von diesem in Richtung zur Versorgungsleitung 124 sperrt. Die Versorgungsleitung ist über ein weiteres im gleichen Sinn angeordnetes
Rückschlagventil 128 an den Druckanschluss einer Schaltpumpe 130 angeschlossen, die beispielsweise elektrisch betätigt ist und deren Sauganschluss über eine Saugleitung 132 an einen Schaltniederdruckspeicher 134 angeschlossen ist. Die Versorgungsleitung 124 verzweigt sich hin zu einem Anschluss A eines Niederdruckventils 136, das in einer federvorgespannten Grundposition (Figur 4) den Arbeitsanschluss A mit einem
Tankanschluss T verbindet, der seinerseits an eine Tankleitung 138 angeschlossen ist. Der Druck in der Versorgungsleitung 122 wird über ein Druckbegrenzungsventil 140 begrenzt, das bei Überschreiten eines voreingestellten Maximaldrucks eine Druckmittelverbindung zur Tankleitung 138 aufsteuert. Das Niederdruckventil 136 lässt sich elektrisch in eine
Schaltposition verstellen, in der die Druckmittelverbindung zur Tankleitung 138 abgesperrt ist. Das Niederdruckventil 136 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Wegesitzventil ausgeführt.
Eine Besonderheit der Schaltung gemäß Figur 4 besteht darin, dass der Druckraum 120 über insgesamt drei Entlastungspfade 142, 144, 146 mit dem Schaltniederdruckspeicher 134 verbindbar ist, um die Schaltarmatur 6 zu schließen. In jedem der Entlastungspfade 142, 144, 146 sind zwei in Reihe geschaltete Entlastungsventile 148, 150, 152, 154, 156, 158 angeordnet, über die eine Druckmittelverbindung von der Hauptleitung 122 und dem jeweiligen Entlastungspfad 142, 144, 146 zu einer mit dem Schaltniederdruckspeicher 134 verbundenen Ablaufleitung 160 aufsteuerbar ist, die mit der Saugleitung 132 verbunden ist. Jedes der Entlastungsventile 148 - 158 ist als Logikventil ausgeführt. Die drei
Entlastungsventile 150, 154, 158 sind mit ihren Anschlüssen A über jeweils eine Blende 162, 164, 166 mit der Hauptleitung 122 verbunden. Radiale Anschlüsse B dieser
Entlastungsventile 150, 154, 158 sind mit den Anschlüssen A der zugeordneten
Entlastungsventile 148, 152 bzw. 156 verbunden. Deren radiale Anschlüsse B sind dann ihrerseits an die Ablaufleitung 160 angeschlossen. Die Entlastungsventile 1 8 - 158 sind über eine vergleichsweise schwache Feder in Richtung ihrer Schließposition vorgespannt. In gleicher Richtung wirkt ein Steuerdruck in einem Steuerraum 168, 170, 172, 174, 176, 180. Der Steuerdruck in den genannten Steuerräumen 168 - 180 wird über jeweils einem
Entlastungspfad 142, 144, 146 zugeordnete Entlastungssteuerventile 182, 184 bzw. 186 bestimmt. Diese sind jeweils als 3/2-Wegesitzventile ausgeführt und über eine Feder in eine Grundposition vorgespannt, in der jeweils ein Steueranschluss A mit einem Tankanschluss T verbunden ist, der seinerseits in Druckmittelverbindung mit dem Schaltniederdruckspeicher 134 steht. Jedes der Entlastungssteuerventile 182, 184, 186 kann elektrisch in eine Position umgeschaltet werden, in der der Anschluss A mit einem Druckanschluss P verbunden ist, der seinerseits mit der Versorgungsleitung 124 und somit mit dem Druckanschluss der Schaltpumpe 130 in Druckmittelverbindung steht. Der Arbeitsanschluss A des
Entlastungssteuerventils 182 ist über Steuerleitungen mit den Steuerräumen 168 und 174 verbunden. Der Steueranschluss A des Entlastungssteuerventils 184 ist über eine
Steuerleitung mit den Steuerräumen 172 und 180 und der Steueranschluss A des dritten Entlastungssteuerventils 186 ist dann entsprechend mit den verbleibenden Steuerräumen 170 und 176 verbunden. Mit anderen Worten gesagt, über jeweils ein
Entlastungssteuerventil 182, 184, 186 werden Steuerräume von in unterschiedlichen
Entlastungspfaden gelegenen Entlastungsventilen mit Niederdruck oder Hochdruck
(Pumpendruck) beaufschlagt. Auf diese Weise wird eine hydraulische„2 aus 3-Schaltung" ausgebildet, durch die sichergestellt ist, dass auch bei Ausfall eines der
Entlastungsteuerventile 182, 184, 186 oder der Entlastungsventile 148 - 158 ein
ordnungsgemäßes Schließen im Fall einer Störung gewährleistet ist.
Bei einem Stromausfall werden die Entlastungssteuerventile 182, 184, 186 durch die Kraft ihrer jeweiligen Schaltfedern in ihre Grundposition verstellt, in der der Entlastungs- strömungspfad in Richtung zum Schaltniederdruckspeicher 134 aufgesteuert ist, so dass das Druckmittel aus dem Schaltdruckraum 120 über die drei vorbeschriebenen Entlastungspfade 142, 144, 146 zum Schalten der Druckspeicher abströmt, so dass die Schaltarmatur durch die Kraft der Schaltfeder 1 18 in ihre Sperrstellung umgeschaltet wird. Dieser Schaltvorgang erfolgt relativ schnell, wobei zur Vermeidung harter Schaltschläge sowohl die Schaltarmatur 6 als auch die Regelarmatur 4 jeweils mit einer Endlagendämpfung ausgeführt sein kann. Gemäß Figur 4 ist die Steuerleitung 26 über eine Abgreifleitung 188 mit der Hauptleitung 122 verbunden, so dass entsprechend in dem Steuerraum des Notfunktionsventils 104 bei geöffnetem Steuerumschaltventil 1 12 der Pumpendruck (Hochdruck) oder der Niederdruck wirksam ist. Dem entsprechend wird bei einer Druckentlastung des Schaltdruckraums 120 auch das Notfunktionsventil 104 geöffnet, so dass unabhängig von der Ansteuerung des Armaturventils 80 die Regelarmatur 4 in Richtung ihrer Schließstellung verstellt wird. Das zeitliche Aufeinanderfolgen des Schließvorgangs der Schaltarmatur und der Regelarmatur kann beispielsweise über das Steuerumschaltventil 112 bestimmt werden.
Gemäß der Darstellung in Figur 3 ist das Ölvolumen innerhalb der Steuerleitung 26 zum Regelantrieb praktisch abgeschlossen, da es sich lediglich bis zu dem Steuerraum des Notfunktionsventils 104 erstreckt.
Die Öffnungsreihenfolge kann durch geeignete Auslegung der vorbeschriebenen
Steuerelemente festgelegt werden, wobei beispielsweise durch die Verwendung von
Cartridge-Ventilen mit Dämpfungszapfen das Ansprechverhalten so eingestellt werden kann, dass die Regelarmatur 4 vor der Schaltarmatur geöffnet wird.
Die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Schaltantriebes kann über eine Teilhubprüfung erfolgen.
Um eine derartige Teilhubprüfung auch beim Schaltantrieb 18 zu ermöglichen, sind die Ausgangsanschlüsse B der stromaufwärtig (in Drückentlastungsrichtung gesehen) angeordneten Entlastungsventile 150, 154, 158 über einen Nebenentlastungspfad 190 miteinander verbunden, wobei jeweils zwischen benachbarten Entlastungsventilen 150, 154 bzw. 154, 158 im Nebenentlastungspfad 190 zwei in Reihe geschaltete Düsen 192, 194 bzw. 196, 198 angeordnet sind. Diese Düsen haben ein vergleichsweise geringen
Öffnungsquerschnitt von beispielsweise 0,8mm. Dieser Öffnungsquerschnitt ist jedoch groß genug, dass eine Verstopfung der Düsen durch im Druckmittel enthaltene Verunreinigungen verhindert werden kann. Auf der anderen Seite ist der Druckverlust über die beiden hintereinander geschalteten Düsen 192, 194 bzw. 196, 198 so groß, dass nur wenig
Druckmittel abströmen kann. Zur Teilhubprüfung wird eines der Entlastungssteuerventile 182, 184, 186 in seine Grundposition umgeschaltet, in der der jeweilige Anschluss A mit dem Tankanschluss T verbunden ist. Wird beispielsweise das Entlastungsteuerventil 182 in seine in Figur 4 dargestellte Position gebracht und die beiden anderen Entlastungssteuerventile 184, 186 durch Bestromen der Schaltmagnete in ihre Schaltposition umgeschaltet, so werden die Steuerräume 168 und 174 der beiden Entlastungsventile 148, 154 zum Niederdruck hin entlastet, die anderen Entlastungsventile 150, 152, 158, 156 bleiben in ihrer Sperrstellung vorgespannt. Durch dieses Umschalten kann dann Druckmittel aus dem Schaltdruckraum 120 über die Hauptleitung 122, die Blende 164, das aufgesteuerte
Entlastungsventil 154, die beiden Düsen 192, 194 des Nebenentlastungspfads 190 und über das ebenfalls aufgesteuerte stromabwärtige Entlastungsventil 148 in die Ablaufleitung 160 und somit zum Niederdruckspeicher 134 abströmen. Die abströmende Druckmittelmenge ist aufgrund des geringen Querschnitts der beiden Blenden 192, 194 sehr gering, so dass sich der Druck in der Hauptleitung 122 nur unwesentlich ändert. Diese Druckmittelströmung reicht jedoch aus, um das Schaltgehäuse 116 durch die Kraft der Schaltfeder 118 zu bewegen, so dass die Notfallfunktion detektiert und überprüft werden kann. Diese Teilhubprüfung kann in entsprechender Weise auch durch Umschalten eines der beiden anderen Entlastungssteuerventile 184, 186 erfolgen.
Bei der dargestellten Variante ist der Nebenentlastungspfad 190 an den stromaufwärtigen Entlastungsventilen 150, 154, 158 ausgebildet. Prinzipiell könnte dieser Nebenentlastungspfad auch wie in Figur 4 unten gestrichelt angedeutet, die Ausgangsanschlüsse B der stromabwärtigen Entlastungsventile 148, 152, 156 verbinden.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die hydraulische Stellanordnung am Beispiel eines Schaltantriebs erläutert. Wie eingangs erwähnt, kann die Stellanordnung jedoch auch in entsprechender Weise bei Regelantrieben eingesetzt werden.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Regelantriebs mit der zuvor erläuterten 2 von 3 Schaltung und einer Teilhubprüfung. Die im Folgenden beschriebenen Lösungen erfüllen die Anforderungen an eine 1001 D-Architektur und können auch in Sicherheitskreisen zum Beispiel des SIL2 (nach IEC61508 bzw. IEC61511 ) eingesetzt werden.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist der Aktor als sogenannter Energiezylinder 200 ausgebildet, wie er beispielsweise in der DE 101 52 414 A1 beschrieben ist. Es handelt sich dabei um einen einfach wirkenden Zylinder mit einem in Öffnungsrichtung wirksamen
Regeldruckraum 202, in dem über ein proportionalverstellbares Regelventil 204 ein Druck einregelbar ist, um einen mit dem Ventilkörper 34 verbundenen Regelkolben 206 zu verstellen. Dieser ist über eine Regel- oder Notfallfeder 208 in Richtung einer Schließposition vorgespannt. Der Energiezylinder 200 ist mit einem Wegmesssystem 210 ausgeführt, sodass eine Positionsregelung des Ventilkörpers 34 ermöglicht ist.
Das Regelventil 204 lässt sich aus einer mittigen Sperrstellung über Proportionalmagnete 212, 214 verstellen. Ein Druckanschluss P des Regelventils 204 ist mit einer Druckleitung 216 verbunden, in der eine Filteranordnung 218 angeordnet ist. Ein Tankanschluss T des Regelventils 204 ist mit einer Tankleitung 220 verbunden. Ein Ausgangsanschluss B des Regelventils 204 steht in Druckmittelverbindung mit einer Hauptleitung, die die gleiche Funktion wie die zuvor beschriebene Hauptleitung 122 hat und somit mit dem gleichen Bezugszeichen versehen ist. Diese Hauptleitung 122 mündet im Regeldruckraum 202. Ein weiterer Druckraum 222 des Energiezylinders 200 ist über eine Entlastungsleitung 224 mit der Tankleitung 220 verbunden. Diese Tankleitung 220 kann in einem offenen Tank münden oder aber auch an einen Niederdruckspeicher (s. Figur 4) angeschlossen sein. Die Teilhubprüfung erfolgt in gleicher Weise wie bei dem eingangs beschriebenen
Ausführungsbeispiel, wobei die Stellanordnung im Wesentlichen identisch aufgebaut ist. Der Einfachheit halber werden daher die gleichen Bezugszeichen wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet. Es sind demgemäß drei Entlastungspfade 142, 144, 146 vorgesehen, wobei in jedem Entlastungspfad zwei Entlastungsventile, d.h. im vorliegenden Fall die Entlastungsventile 148 - 158 vorgesehen sind. Realisiert ist des Weiteren der Nebenentlastungspfad 190 mit den Blenden 192 - 198. Auch die Verschaltung der
Entlastungsventile erfolgt entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, d.h. die Eingangsanschlüsse A der Entlastungsventile 142, 144, 146 stehen in
Druckmittelverbindung mit der Hauptleitung 122. Deren Ausgangsanschlüsse B sind mit den Eingangsanschlüssen B des jeweils zugeordneten anderen Entlastungsventils 148, 152, 156 verbunden und deren Ausgangsanschlüsse B münden jeweils in die Tankleitung 220. Die Entlastungsventile sind wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel jeweils als 2- Wege-Einbauventil ausgebildet, wobei in den Abbildungen gemäß den Figuren 5 und 6 die jeweiligen Steuerdeckel 226 dargestellt sind - diese sind zeichnerisch in Figur 4 nicht enthalten. Über die Steuerdeckel erfolgt die Druckmittelverbindung mit dem jeweils zugeordneten Entlastungssteuerventil 182, 184, 186, über die die Steuerdrücke in den jeweiligen Steuerräumen der Entlastungsventile einsteuerbar sind. D.h., über die
Entlastungssteuerventile 182, 184, 186 können die Steuerräume der jeweiligen
Entlastungsventile 142, 144, 146, 148, 152, 154, 156 entweder mit der Tankleitung 220 oder aber mit der den Hochdruck führenden Hauptleitung 122 verbunden werden - auch diesbezüglich besteht Übereinstimmung mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, sodass weitere Erläuterungen entbehrlich sind. Ähnlich wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Schaltzylinder 114 kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 der Energiezylinder 200 entlastet werden und wird dann durch die Kraft der Regelfeder 208 in die Notposition verfahren (Armatur geschlossen).
Im Prüfmodus kann über die Blenden 192, 194, 196, 198 ein geringer Druckmittelstrom abströmen, der auf unterschiedliche Weise detektiert werden kann.
Eine Möglichkeit besteht darin, das Regelventil 204 soweit wie möglich in eine geschlossene Stellung (Grundposition gemäß Figur 5) zu verstellen. Dabei wird dann über das
Wegmesssystem 210 das langsame Ausfahren des Energiezylinders 200 erfasst (klassische Teilhubprüfung).
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Positionsregelkreis für den Energiezylinder 200 weiterzubetreiben und die Position des Ventilkörpers 34 über den Regelkreis zu halten. Detektiert wird dann ein erhöhter Regelfehler in diesem Positionsregelkreis. Des Weiteren können Korrekturbewegungen des Energiezylinders 200 beim Schalten in den Prüfmodus unter Umständen ebenfalls detektiert werden und somit als Rückschluss auf eine
ordnungsgemäße Funktion gewertet werden.
Hinsichtlich des weiteren konkreten Aufbaus der Stellanordnung gemäß Figur 5 wird auf die Ausführungen zu Figur 4 verwiesen.
Figur 6 zeigt schließlich eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 5, bei der die Stellanordnung ebenfalls einer Regelarmatur 4 zugeordnet ist, diese ist entsprechend dem in Figur 1 dargestellten Schema ausgeführt und hat einen elektrohydraulischen Stellantrieb mit dem Stellzylinder 10, dessen beide Druckräume 228, 230 mit den Anschlüssen A, B einer elektrisch betätigten Pumpe in einem geschlossenen Kreislauf verbunden sind, wobei in jeder Pumpenleitung 234, 236 ein Absperrventil 238, 239 vorgesehen ist, das elektrisch in eine Sperrstellung verstellbar ist. Der Grundaufbau einer derartigen Regelarmatur 4 ist in der älteren Patentanmeldung DE 10 2010 01 1 516.9 erläutert, sodass weitere Erklärungen entbehrlich sind. Je nach Förderrichtung der Pumpe 232 wird der Stellzylinder 10 in Schließoder Öffnungsrichtung des Ventilkörpers 34 verstellt. Der Stellzylinder 10 steht über eine Kupplungseinrichtung 240 mit dem Ventilkörper 34 in Wirkverbindung. Diese
Kupplungseinrichtung 240 ist durch zwei Kolben 242, 244 gebildet, die getrennt voneinander ausgebildet sind, wobei der linke Kolben 242 (Ansicht nach Figur 6) mit einem Kolben des Stellzylinders 10 verbunden ist, während der rechte Kolben 244 mit dem Ventilkörper 34 verbunden ist. Der Kolben 242 begrenzt einen in der Darstellung gemäß Figur 6 nicht sichtbaren Druckraum 246, während der Kolben 244 einen in Öffnungsrichtung des
Ventilkörpers 34 entsprechenden Druckraum begrenzt, der dem Druckraum 202 aus Figur 5 entspricht. Der Druckraum 246, der in der Darstellung gemäß Figur 6 ein minimales Volumen hat, ist über eine sich verzweigende Druckzweigleitung 248 mit den Pumpenleitungen 234, 236 verbunden, wobei der Hochdruck über zwei parallel geschaltete Rückschlagventile 250, 252 abgegriffen ist. Der Druck in der Druckzweigleitung 248 und damit auch in den
Pumpenleitungen 234, 236 ist über ein Druckbegrenzungsventil 253 begrenzt.
Die Teilhubprüfung erfolgt in gleicher Weise wie bei den zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispielen, d.h., der Druckraum 202 kann über die drei Entlastungspfade 142, 144, 146 und den Nebenentlastungspfad 190 mit den Entlastungsventilen 148 und den Blenden 192, 194, 196, 198 durchgeführt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist den jeweiligen druckseitigen Entlastungsventilen 150, 154, 158 und den
niederdruckseitigen Entlastungsventilen 148, 152, 156 jeweils ein gemeinsamer
Steuerdeckel 226 zugeordnet. Wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Eingangsanschlüsse A der Entlastungsventile 142, 144, 146 mit der Hauptleitung 122 verbunden, die im Druckraum 202 mündet. Die Ausgangsanschlüsse B dieser
Entlastungsventile sind mit den Eingangsanschlüssen A der jeweils zugeordneten
niederdruckseitigen Entlastungsventile 148, 152, 156 verbunden, wobei deren
Ausgangsanschlüsse B in der Tankleitung 220 münden.
Die Verstellung des Ventilkörpers 34 in der Notfallfunktion erfolgt über die Notfallfeder 254, deren Funktion der Regelfeder 208 beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 entspricht.
Die Ansteuerung der Entlastungsventile 148 - 158 erfolgt wiederum über ein jeweils einem Entlastungspfad 142, 144, 146 zugeordnetes Entlastungssteuerventil 182, 184, 186. Offenbart ist eine hydraulische Stellanordnung für Armaturen zur Steuerung von Pro- zessfluidströmen mit einer von einem Aktor betätigten Armatur, die in Richtung einer Schließposition vorgespannt ist. Der Aktor hat einen in Öffnungsrichtung wirksamen
Druckraum, der über drei parallele Entlastungspfade mit Niederdruck verbindbar ist.
Erfindungsgemäß ist ein Nebenentlastungspfad vorgesehen, der im Prüfbetrieb aufgesteuert werden kann.
Bezuqszeichenliste
1 Dampfturbine
2 Stellanordnung 4 Regelarmatur 6 Schaltarmatur 8 Regelantrieb
10 Stellzylinder
12 Notfallbetätigung
16 Dämpfungseinrichtung
18 Schaltantrieb
20 Federspeicher
21 Dampfleitung
22 Schaltkolben
24 Druckraum
26 Steuerleitung
28 Zylinder
30 Armaturkolben
32 Spannkolben
34 Ventilkörper
36 Sitz
38 Kolbenbund
40 Kolbenbund
42 Druckraum
44 Druckraum
46 Zwischenboden
48 Zylinderzapfen
50 Spannraum
52 Spannraum
54 Spannleitung
56 Spannleitung
58 Spannventil
60 Spannventil
62 Niederdruckleitung 64 Zulaufleitung
66 Hydromaschine
68 Elektromotor
70 Niederdruckspeicher
72 Nachsaugventil
73 Rückschlagventil
74 Druckleitung
76 Rückschlagventil
78 Entlastungsleitung
80 Armaturventil
81 Speicherkanal
82 Kanal
84 Nachsaugventil
86 Sperrventil
88 Umgehungskanal
90 Düse
92 Druckbegrenzungskanal
94 Druckbegrenzungsventil
96 Steuerkanal
98 Bypassventil
100 Steuerkanal
102 Steuerkanal
104 Notfunktionsventil
106 Niederdruckkanal
108 Düse
110 Leitung
112 Steuerumschaltventil
114 Schaltzylinder
116 Schaltgehäuse
1 18 Schaltfeder
120 Schaltdruckraum
122 Hauptleitung
124 Versorgungsleitung
126 Rückschlagventil Rückschlagventil
Schaltpumpe
Saugleitung
Schaltniederdruckspeicher Niederdruckventil
Tankleitung
Druckbegrenzungsventil Entlastungspfad
Entlastungspfad
Entlastungspfad
Entlastungsventil
Entlastungsventil
Entlastungsventil
Entlastungsventil
Entlastungsventil
Entlastungsventil
Ablaufleitung
Blende
Blende
Blende
Steuerraum
Steuerraum
Steuerraum
Steuerraum
Steuerraum
Steuerraüm
Entlastungsteuerventil Entlastungsteuerventil Entlastungsteuerventil Abgreifleitung
Nebenentlastungspfad Blende
Blende
Blende Blende
Energiezylinder
Regeldruckraum
Regelventil
Regelkolben
Regelfeder
Wegmesssystem
Proportionalmagnet Proportionalmagnet Druckleitung
Filteranordnung
Tankleitung
Ablaufleitung
Entlastungsleitung Steuerdeckel
Druckraum
Druckraum
Pumpe
Pumpenleitung
Pumpenleitung
Absperrventil
Absperrventil
Kupplungseinrichtung Kolben
Kolben
Druckraum
Druckzweigleitung Rückschlagventil Rückschlagventil Druckbegrenzungsventil Notfallfeder

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulische Stellanordnung für Armaturen zur Steuerung von
Prozessfluidströmen, mit einem Aktor, der über einen Energiespeicher in Richtung einer Schließposition vorgespannt ist, wobei der Aktor einen in Öffnungsrichtung der Armatur wirksamen Druckraum (120, 202) hat, der über eine Hauptleitung (122) entgegen der Wirkrichtung des Energiespeichers mit einem Öffnungsdruck beaufschlagt ist und der über drei parallele Entlastungspfade (142, 144, 146) mit Niederdruck verbindbar ist, in denen jeweils ein stromaufwärtiges und ein stomabwärtiges Entlastungsventil (150, 148; 154, 152; 158, 156) in Reihe angeordnet sind, die zum Schließen der Armatur (6) jeweils aus einer Sperrstellung in eine Entlastungsstellung verstellbar sind, und mit einem
Nebenentlastungspfad (190), der sich zwischen Ausgangsanschlüssen (B) der
stromaufwärtigen oder der stromabwärtigen Entlastungsventile (150, 154, 158;148, 152, 156) erstreckt und in dem jeweils zwischen zwei benachbarten Entlastungsventilen (150, 154; 154, 158) jeweils zumindest eine Blende (192, 194; 196, 198) mit einem vergleichweise geringem Öffnungsquerschnitt angeordnet ist, und mit einer Ansteuerschaltung, die derart ausgeführt ist, dass ein stromaufwärtiges Entlastungsventil (150, 154, 158) in einem
Entlastungspfad (142, 144, 146) und ein stromabwärtiges Entlastungsventil (148, 152, 156) in einem anderen Entlastungspfad in einem Prüfbetrieb in eine Entlastungsstellung verstellbar sind.
2. Stellanordnung nach Patentanspruch 1, wobei zumindest zwei Blenden (192, 194; 196, 198) hintereinander geschaltet sind.
3. Stellanordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei jeweils ein
stromaufwärtiges Entlastungsventil (150, 154, 158) in einem Entlastungspfad (142, 144, 146) und ein stromabwärtiges Entlastungsventil (148, 152, 156) in einem anderen
Entlastungspfad (142, 144, 146) zum Umschalten mit einem Schaltsteuerdruck
beaufschlagbar sind.
4. Stellanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei der Aktor ein Schaltantrieb (18) einer Schaltarmatur (6) ist.
5. Stellanordnung nach Patentanspruch 4, mit einer Regelarmatur (4), die in Reihe zur Schaltarmatur (6) angeordnet ist und die über einen Regelantrieb (8) verstellbar ist, wobei die Regelarmatur (4) mit einer Notfallbetätigung ausgeführt ist, um die
Regelarmatur (4) bei einer Störung in eine Grundposition zurückzustellen und wobei diese Notfallbetätigung durch Umschalten eines elektrisch betätigten Armaturventils (80) auslösbar ist, und mit einem Notfunktionsventil (104), das durch einen Steuerdruck zum Auslösen der Notfallbetätigung umschaltbar ist.
6. Stellanordnung nach Patentanspruch 5, wobei der Steuerdruck über eine Steuerleitung (26) am Schaltantrieb (18) abgegriffen ist.
7. Stellanordnung nach Patentanspruch 6, wobei in der Steuerleitung (26), die einen Steuerraum des Notfunktionsventils (104) mit der Hauptleitung (122) des
Schaltantriebs (18) verbindet ein Steuerumschaltventil (112) angeordnet ist, das in Richtung einer Durchgangsstellung vorgespannt ist und in Richtung einer leckagefreien Sperrstellung umschaltbar ist.
8. Stellanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei der Aktor ein Zylinder eines Regelantriebs (4) ist.
9. Stellanordnung nach Patentanspruch 8, wobei die Ansteuerschaltung ein Regelventil zum Einstellen des Drucks im Druckraum (120, 202) hat.
10. Stellanordnung nach Patentanspruch 8 oder 9, wobei der Zylinder
positionsgeregelt ist.
11. Stellanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Entlastungsventile (148, 150) in einem Entlastungspfad (142) eine größere Nenngröße als die diejenigen Entlastungsventile (154, 152; 158, 156) in zumindest einem der anderen Entlastungspfade (144, 146) haben.
12. Stellanordnung nach einem der Patentansprüche 8 bis 1 1 , wobei der Zylinder Teii einer Kuppiungseinrichtung (240) einer Norfallbetätigung ist, wobei die
Kupplungseinrichtung (240) und ein Regelantrieb in Wirkverbindung stehen.
13. Stellanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Entlastungsventile (148, 150, 152, 154, 156, 158) und/oder das Notfunktionsventil (104) als Logikventile ausgeführt sind.
14. Stellanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Energiespeicher zumindest eine Feder hat.
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