WO2014079528A1 - Turbinenventilstellvorrichtung - Google Patents

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WO2014079528A1
WO2014079528A1 PCT/EP2013/003219 EP2013003219W WO2014079528A1 WO 2014079528 A1 WO2014079528 A1 WO 2014079528A1 EP 2013003219 W EP2013003219 W EP 2013003219W WO 2014079528 A1 WO2014079528 A1 WO 2014079528A1
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WO
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pressure
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media space
valve
space
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PCT/EP2013/003219
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Kristof SCHLEMMER
Martin Piechnick
Wolfgang Britz
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Hydac System Gmbh
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    • F15B2211/863—Control during or prevention of abnormal conditions the abnormal condition being a hydraulic or pneumatic failure
    • F15B2211/8633—Pressure source supply failure
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    • F15B2211/8752—Emergency operation mode, e.g. fail-safe operation mode

Definitions

  • the invention relates to a turbine valve actuating device for controlling at least one valve unit of a media-operated consumer, such as a steam or gas turbine, having an actuating part drive, which has a movable actuating part, at least one first media space and at least one second media space, wherein a pressure build-up in the first media space Movement of the actuating member in a first direction and a pressure build-up in the second media space seeks to effect a movement of the actuator in an opposite second direction, wherein the first media dienraum by means of a supply device with a fluid in predetermined amounts can be supplied and the second media space by an energy storage is charged.
  • a turbine valve actuating device for controlling at least one valve unit of a media-operated consumer, such as a steam or gas turbine, having an actuating part drive, which has a movable actuating part, at least one first media space and at least one second media space, wherein a pressure build-up in the first media space Movement of the actuating member in
  • Such turbine valve actuators are known in the art, for example, by DE 10 2004 042 891 B3.
  • This turbine valve actuator consists of a hydraulic cylinder, a piston rod unit is permanently spring loaded, preferably by a package of disc springs. The piston rod unit is held against the pressure force of the disc springs on the system pressure of a fluid circuit in a retracted position. At a system pressure drop, the piston rod unit moves out of the cylinder and actuates
  • Control valve that controls a media flow to a consumer and in this case prevents a steam mass flow for the drive of a steam or gas turbine.
  • the present invention seeks to provide an improved turbine valve actuator, with a subsequent adaptation to other steam valves is possible.
  • the energy store is at least one provided with a biasing pressure hydraulic accumulator which is permanently connected to the two ⁇ th media room.
  • the basis of the turbine valve actuating device according to the invention is the use of at least one hydraulic accumulator for controlling the same.
  • the turbine valve actuator can therefore be connected to a wide range of valve units.
  • Hydraulic accumulators are characterized by the possibility of adjustability of their characteristics.
  • the use of external hydraulic accumulators, ie arranged outside the media rooms, makes it possible to use identical parts and thus the Modularization and adaptability of Turbinenventilstellvorrich- tion supported.
  • Another advantage is that the actuator can be moved almost force-free for installation and maintenance.
  • the actuating part drive is designed as a hydraulic motor or hydraulic working cylinder.
  • the first media space forms a rod working space and the second media space forms a piston working space within a cylinder housing, which are separated from one another by means of a piston rod unit as an actuating part.
  • Such working cylinders are freely available on the market as line ar cylinders in various embodiments. In terms of modularization, they can be used as standard components. This contributes to a significant cost savings in manufacturing.
  • the working cylinder is advantageously equipped with a cushioning in the extension direction.
  • the piston rod unit moves on or off relative to the cylinder housing due to the fluid pressure of the hydraulic accumulator, when in the first media chamber, the fluid pressure drops.
  • the fluid pressure in the first media space is maintained when the valve unit is to be open.
  • a pressure adjusting device may be provided.
  • the fluid pressure in the second media space between a minimum pressure and a maximum pressure can be adjusted such that the actuating part moves in the second direction in the second direction with no pressure in the first media space, exceeding the permissible limit. sigen driving forces is prevented.
  • the pressure adjusting device thus maintains the operational readiness of the turbine valve actuator during operation upright.
  • the pressure with which the actuating part is acted upon is advantageously matched to the downstream valve unit, so that it is securely closed when it comes to a pressure drop in the first media room.
  • Overload protection for the valve unit is furthermore provided by the pressure adjustment device, since overpressures in the second media space can be prevented by discharging the fluid.
  • the biasing pressure on a gas side of the hydraulic accumulator be adjustable. By adjusting the preload pressure different spring characteristics or pressure levels can be set for these spring characteristics.
  • a positioning device, the pressure adjustment device and / or the Vorwoodseinstell preferably receive from a central or decentralized control for the respective media spaces position setpoint or actual position values, so that different force-stroke characteristics of the control part can be realized and preferably changed during operation of the turbine valve actuator. These specifications are also possible during operation from a control room. While with the safety devices known in the prior art only degressive characteristics could be generated by disc springs, with the turbine valve actuator according to the invention now progressive, linear, constant (isobaric) or even regressive force-stroke characteristics can be generated. Thus, for example, in the case of an isobaric characteristic curve, the pressure applied by the hydraulic accumulator as an energy store can be set as approximately constant over the travel path of the setting part, with different pressure levels being advantageously selectable.
  • the position of the actuating part can be detected and thus the Target pressure determinable in the second media space.
  • the displacement measurement makes it possible in a particularly simple way to realize a monitoring for the turbine valve actuator.
  • sensors for pressure and / or temperature measurement can be provided on the second media space.
  • the supply device for the first media space in an actuator has a pressure-controlled axial piston pump with a swivel angle adjustment or, in the case of a shift drive, a gear pump with a constant delivery volume.
  • the supply device interacts with the positioning device. If the supply device has an axial piston pump, a continuous valve is provided in the positioning device. If the supply device comprises a gear pump, the positioning device has a switching valve. To save energy, the gear pump can be switched off after reaching a desired pressure and only switched on again when needed (memory charging circuit).
  • the supply device can also have a further hydraulic accumulator as part of a storage charging circuit. The volume stored in the further hydraulic accumulator corresponds to at least one reserve stroke of the actuating part drive. This further hydraulic accumulator enables a particularly energy-saving operation of the supply device, because the electric motors, which drive the pumps, can be temporarily switched off, in particular when the position is being maintained.
  • the hydraulic accumulators are preferably designed as a piston accumulator.
  • Piston accumulators are characterized by a high gas tightness. More preferably, piston accumulators are used with welded lid.
  • the Piston accumulator can be very easily monitored during operation, since the pressure on the gas side corresponds to the pressure on the fluid side. The calculation is based on the laws of real gases. For detecting the gas state variables pressure (p), volume (V) and temperature (T), the aforementioned path measuring device for measuring the oil pressure over the cylinder stroke, so the pressure gradient, and the other sensors that are connected to the second media space can be used ,
  • a fluid discharge line can be connected to the first media space, which can be actively blocked by a safety control with a safety valve and enables a discharge of the fluid in the direction of the tank.
  • the fluid pressure in the first media space can be relieved in a controlled manner by a safety control, preferably with a replaceable control valve arrangement and a safety valve.
  • a safety control preferably with a replaceable control valve arrangement and a safety valve.
  • the safety controller may be actuatable by a control valve arrangement in n-by-m logic, preferably by a control valve arrangement in 1-of-2 logic or in 2-of-3 logic.
  • the safety valve arrangement can advantageously be exchanged in order to provide the turbine valve adjusting device optionally with a control valve arrangement of the 1-of-2 logic or the 2-of-3 logic and also subsequently being able to exchange these with each other.
  • the safety valve arrangement conveniently allows a Sectionhubtest. An embodiment of the 2-of-3 logic with partial stroke test is described in the already mentioned DE 10 2004 042 891 B3.
  • limit switches can be used to monitor the piston rod unit in the cylinder housing, preferably non-contact.
  • FIGS. 1 to 3 are circuit diagrams for three embodiments of the invention Turbinenventi Istellvoriques; 4 and 5 are two perspective views of a turbine valve actuator according to the third embodiment of the invention, which are rotated 180 ° to each other;
  • Fig. 6 is a block diagram of the control of an inventive
  • FIG. 7 shows a comparison of possible producible force-lifting
  • FIGS. 1 to 3 show three embodiments of turbine valve actuators 100, 200, 300 according to the invention for actuating at least one valve unit (not shown) of a media-operated consumer, such as a steam or gas turbine, with an actuator drive 102, 202, 302 a movable actuator 104, 204, 304, a first media room 106, 206, 306, and a second media room 108, 208, 308.
  • a build-up of pressure in the first media room 106, 206, 306 seeks to move the actuator 104, 204, 304 in a first direction R and pressure build-up in the second media room 108, 208, 308 seeks to Movement of the actuator 104, 204, 304 in an opposite second direction GR effect.
  • the first media space 106, 206, 306 can be supplied by means of a supply device 110, 210, 310 with a fluid in predeterminable amounts.
  • the second media space 108, 208, 308 is acted upon by an energy store 1 12, 212, 312.
  • the energy store according to the invention is provided with a bias pressure hydraulic accumulator 1 12, 212, 312, which is permanently connected to the second media room 108, 208, 308.
  • the actuating part drive 102, 202, 302 is formed by a hydraulic working cylinder 1 14, 214, 314.
  • the first media space 106, 206, 306 forms a rod working space and the second media space 108, 208, 308 a piston working space within a cylinder housing 1 16, 216, 316, by means of a piston rod unit as an actuating part 104, 204, 304 are separated from each other.
  • the hydraulic power cylinder 1 14, 214, 314 is constructed so that extension of the piston rod unit 104, 204, 304 causes a closing of a downstream valve unit, so that a steam mass flow is interrupted to a media-driven consumer.
  • the piston rod unit 104, 204, 304 due to the bias pressure of the hydraulic accumulator 1 12, 212, 312 relative to the cylinder housing 1 16, 216, 316, when in the first media room 106th , 206, 306 the fluid pressure drops.
  • the first media space 106, 206, 306 can be supplied with the supply unit 1 10, 210, 310, which cooperates with a positioning device 1 1 7, 21 7, 31 7.
  • an electric motor 1 18, 218, 318 as shown in FIGS. 1 and 3, an axial piston pump 120, 320 can be driven with a swivel angle adjustment.
  • the axial piston pump 120, 320 sucks fluid from a tank T.
  • the tank T has a temperature sensor 122, 222, 322 and a fill level sensor 124, 224, 324.
  • the fluid is forced through a filter 126, 226, 326 on the way to a continuous valve 128, 328.
  • the first media chamber 106, 206, 306 can be supplied with fluid.
  • the pressure in the first media room 106, 206, 306 can also be kept.
  • the continuous valve 128, 328 allows relief of the first media space 106, 206, 306 toward the tank T via a fluid line 129, 229, 329.
  • a fluid line 129, 229, 329 Between the filters 126, 226, 326 and the continuous valve 128, 328 is a another hydraulic accumulator 130, 230, 330 connected as a buffer.
  • the fluid pressure in the line 1 32, 232, 332, which leads to the further hydraulic accumulator 130, 230, 330 can be monitored with a pressure sensor 1 34, 234, 334.
  • a pressure adjusting device 1 36, 236, 336 is connected, with which it is possible to adjust the fluid pressure in the second media chamber 108, 208, 308.
  • the Druckeinstellein- direction 1 36, 236, 336 has a fluid line 137, 237, 337 to the tank T to relieve the second media space 108, 208, 308.
  • the pressure setting device 1 36, 236, 336 With the pressure setting device 1 36, 236, 336, the fluid pressure in the second media chamber 108, 208, 308 can be set to a minimum pressure such that the actuating part 104, 204, 304 are pressurized first media space 106, 206, 306 in the second direction GR to moved to an end position.
  • This minimum pressure corresponds at least to the minimum actuating force of the actuating part drive 102, 202, 302 when the actuating part 104, 204, 304 is extended.
  • the pressure in the second media chamber 108, 208, 308 of the working cylinder 1 14, 214 increases. 314.
  • the maximum pressure in the second media room 108, 208, 308 is limited by the pressure adjuster 136, 236, 336.
  • a fluid drain line 138, 238, 338 from the first media room 106, 206, 306 in the direction of the tank T is provided.
  • This fluid drain line 138, 238, 338 is controlled by a safety controller 140, 240, 340 having a control valve arrangement in n-by-m logic 141, 241, 341 and a control valve arrangement Safety valve 142, 242, 342 can be disabled.
  • the safety controller 140, 240, 340 ensures that the downstream valve unit is only opened when the safety valve 142, 242, 342 is actively blocked, since only then can pressure build up in the first media chamber 106, 206, 306 take place.
  • the bias pressure on a gas side 144, 244, 344 of the one hydraulic accumulator 1 12, 212, 312 is adjusted by a preload adjuster 146, 246, 346.
  • the position of the piston rod unit 104, 204, 304 can be detected with a displacement measuring device 150, 250, 350.
  • the displacement measuring device 150, 250, 350 has a sensor 152, 252, 352 on a rear side 1 54, 254, 354 of the working cylinder 1 14, 214, 314, which has a rod 156, 256 coupled to the piston rod unit 104, 204, 304 , 356 detects the position of the piston rod unit 104, 204, 304.
  • a pressure sensor 158, 258, 358 and a temperature sensor 160, 260, 360 are connected to the second media space 108, 208, 308.
  • non-contact limit switches 162, 164; 262, 264; 362, 364 for monitoring the position of the piston rod unit 104, 204, 304 in the working cylinder 1 14, 214, 314 provided. All sensors are coupled to the central or remote control 148, 248, 348.
  • a cooling unit 166, 266, 366 is provided for cooling the turbine valve actuator 100, 200, 300 and the circulating fluid.
  • the working cylinder 1 14, 214, 314 and the fluid are tempered by a self-sufficient, self-contained cooling circuit.
  • the operating medium used is water glycol.
  • the cylinder bottom 168, 268, 368 of the working cylinder 1 14, 214, 314 is provided with cooling channels.
  • the tank T has cooling coils. In this way the external heat input from the valve unit into the fluid at the entry point is reduced. The heat exchange with the ambient air takes place by means of a cooling air blower 369 (FIG. 4).
  • FIG. 2 differs from the embodiment of FIG. 1 only in that the supply device 210 has a gear pump 220 with a constant delivery volume instead of an axial piston pump 120.
  • a positioning device 21 7 includes a directional control valve 228, instead of a continuous valve 128.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the turbine valve actuating device 300, in particular for diverter valves.
  • This embodiment is based on the embodiment of FIG. 1 and has a working cylinder 314, in which the piston rod unit 304 in the second media chamber 308 has an extension 372 which extends through a cylinder bottom 368 of the working cylinder 314. In this way, the fluid acted surface 374 of the piston rod unit 304 in the second media chamber 308 is reduced.
  • FIGS. 4 and 5 show the structure of the turbine valve actuator 300 in perspective views, which are rotated 180 ° to each other.
  • the working cylinder 314 is attached to a valve by means of a flange plate 376. fixed unit.
  • the components of the actuating part drive are arranged compactly within narrow installation space limits 380, wherein the hydraulic accumulator 312 and the further hydraulic accumulator 330 are designed as redundant piston accumulators with welded cover.
  • the electric motor 318 for driving the axial piston pump 320.
  • a cooling unit 366 is arranged with the cooling air blower 369. Below the cooling unit 366 is the safety controller 340.
  • the continuous valve 328 is arranged below the turbine valve actuator 300.
  • a fluid containment well 382 with a monitor contact 384 is disposed below the turbine valve actuator 300.
  • FIG. 6 shows an exemplary block diagram of the control of the components of the turbine valve actuator 100.
  • a position setpoint xsoii is set, which is adjusted with a position sensor 1 52 of the displacement measuring device 1 50 for the piston rod unit 104 of the working cylinder 1 14.
  • a position controller 186 of the continuous valve 128 of the positioning device 1 1 7 is driven.
  • the continuous valve 128 the first media chamber 106 of the working cylinder 1 14 is either connected to an axial piston pump 120 or a discharge of fluid in the direction of a tank T via the fluid line 129 allows or the existing pressure in the first media chamber 106 is kept constant.
  • the position setpoint xsoii or the actual position value xist can be translated into a desired pressure value specification psoii, which then serves to control a proportional pressure valve 188 of the pressure setting device 136, by means of which the fluid pressure in the second media space 108 can be set.
  • the pressure adjustment device 136 is likewise connected to the axial piston pump 120 or the tank T and makes it possible to increase or reduce the pressure in the second media chamber 108 in a targeted manner.
  • the Vorwoodseinstell sensible 146 is provided, which also with a Preset pressure psoii can be supplied and the biasing pressure on the gas side 144 of the hydraulic accumulator 1 12 sets.
  • Fig. 7 it is shown that realize through the combined use of positioning device 1 1 7, 21 7, 31 7, Druckeinstell responded 136, 236, 336 and Vorhardseinstell responded 146, 246, 346 different force-stroke characteristics 1-5 of the actuating part to let.
  • the turbine valve actuator 100, 200, 300 can be adjusted so that it has a degressive characteristic curve 1.
  • a linear characteristic curve 2 it is possible to set a progressive characteristic curve 3, constant (isobaric) characteristic curves at different levels 4, 4 'or a regressive characteristic curve 5.
  • the turbine valve actuator can be optimally adapted to the required force profiles, as they must be set, for example, in different operating conditions.
  • An adaptive force limitation can thus be realized. Since the characteristic can be changed simply by setting a setpoint value, a setting can be made during operation from a control room.
  • the turbine valve actuators 100, 200, 300 have various advantages, in particular a high degree of modularity and adaptability due to the external hydropneumatic spring in the form of the hydraulic accumulator 1 12, 212, 312.
  • the modular design also makes it possible to use components and complete subsystems, such as Example, the supply device 1 10, 210, 310 or the cooling unit 166, 266, 366 replaced or subsequently changed.
  • the availability may be due to redundancy, for example the hydraulic accumulator 1 12, 130; 212, 230; 312, 330 are increased.
  • the Turbinenventi Istellvoriquesen 100, 200, 300 are further characterized by the fact that they have a high flexibility by a power level adjustment, which is adjustable in operation from a control room. That way you can different force-stroke characteristics can be set during operation.
  • the piston accumulator types used are sophisticated series components with a design for fatigue strength.
  • the high reliability of the hydraulic accumulator 1 12, 130; 212, 230; 31 2, 330 is achieved by a gas-welded lid and a low-friction sealing system.
  • the hydropneumatic spring and the redundant use of piston accumulators assure high reliability of the turbine valve actuator at low cost in manufacturing and on-the-fly operation. Overall, the turbine valve actuators 100, 200, 300 according to the invention thus have significant advantages over the turbine valve actuators known from the prior art mechanical springs.

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Abstract

Turbinenventilstellvorrichtung Eine Turbinenventilstellvorrichtung (100) zum Ansteuern mindestens einer Ventileinheit eines medienbetriebenen Verbrauchers, wie einer Dampf- oder Gasturbine, mit einem Stellteilantrieb (102), der ein bewegbares Stellteil (104), mindestens einen ersten Medienraum (106) und mindestens einen zweiten Medienraum (108) aufweist, wobei ein Druckaufbau im ersten Medienraum (106) eine Bewegung des Stellteils (104) in einer ersten Richtung (R) und ein Druckaufbau im zweiten Medienraum (108) eine Bewegung des Stellteils (104) in einer entgegengesetzten zweiten Richtung (GR) zu bewirken sucht, wobei der erste Medienraum (106) mittels einer Versorgungseinrichtung (110) mit einem Fluid in vorgebbaren Mengen versorgbar ist und der zweite Medienraum (108) durch einen Energiespeicher (112) beaufschlagt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher mindestens ein mit einem Vorspanndruck versehener Hydrospeicher (112) ist, der an den zweiten Medienraum (108) permanent angeschlossen ist.

Description

Turbinenventi Istellvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Turbinenventilstellvorrichtung zum Ansteuern mindestens einer Ventileinheit eines medienbetriebenen Verbrauchers, wie einer Dampf- oder Gasturbine, mit einem Stellteilantrieb, der ein bewegba- res Stellteil, mindestens einen ersten Medienraum und mindestens einen zweiten Medienraum aufweist, wobei ein Druckaufbau im ersten Medienraum eine Bewegung des Stellteils in einer ersten Richtung und ein Druckaufbau im zweiten Medienraum eine Bewegung des Stellteils in einer entgegengesetzten zweiten Richtung zu bewirken sucht, wobei der erste Me- dienraum mittels einer Versorgungseinrichtung mit einem Fluid in vorgebbaren Mengen versorgbar ist und der zweite Medienraum durch einen Energiespeicher beaufschlagt ist.
Derartige Turbinenventilstellvorrichtungen sind im Stand der Technik beispielsweise durch die DE 10 2004 042 891 B3 bekannt. Diese Turbinen- Ventilstellvorrichtung besteht aus einem hydraulischen Arbeitszylinder, wobei eine Kolbenstangeneinheit permanent federbelastet ist, vorzugsweise durch ein Paket von Tellerfedern. Die Kolbenstangeneinheit wird entgegen der Druckkraft der Tellerfedern über den Systemdruck eines Fluidkreises in einer eingefahrenen Stellung gehalten. Bei einem Systemdruckabfall fährt die Kolbenstangeneinheit aus dem Arbeitszylinder aus und betätigt ein
Stellventil, das einen Medienstrom zu einem Verbraucher ansteuert und in diesem Fall einen Dampfmassenstrom für den Antrieb einer Dampf- oder Gasturbine unterbindet.
Bei dem bekannten Stellzylinder mit mechanischen Federn muss der Antrieb entsprechend den individuellen Anforderungen des einzelnen Dampf- ventiltyps ausgelegt und gefertigt werden. Eine nachträgliche Anpassung der Turbinenventilstellvorrichtung an ein anderes Dampfventil ist nicht möglich. Das führt letztlich zu einer umfangreichen Typenvielfalt, die mit hohen Kosten für Entwicklung, Produktion, Lagerung und Vertrieb verbunden ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Turbinenventilstellvorrichtung aufzuzeigen, mit der eine nachträgliche Anpassung an andere Dampfventile möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Turbinenventilstellvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Energiespeicher mindestens ein mit einem Vorspanndruck versehener Hydrospeicher ist, der an den zwei¬ ten Medienraum permanent angeschlossen ist.
Grundlage der erfindungsgemäßen Turbinenventilstellvorrichtung ist der Einsatz mindestens eines Hydrospeichers für die Ansteuerung derselben. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann die Typenvielfalt auf wenige
Grundtypen reduziert werden. Die Turbinenventilstellvorrichtung kann daher an ein weites Spektrum von Ventileinheiten angeschlossen werden. Zur Kostenreduzierung trägt auch die vorteilhafte Verwendung von Kolbenspeichern als Standardkomponenten bei. Hydrospeicher zeichnen sich durch die Möglichkeit der Einstellbarkeit ihrer Kennlinien aus. Durch den Einsatz von externen, d.h. außerhalb der Medienräume angeordneten, Hydrospei- chern wird die Verwendung von Gleichteilen ermöglicht und damit die Modularisierung und Anpassungsfähigkeit der Turbinenventilstellvorrich- tung unterstützt. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Stellteilantrieb für Installation und Wartung nahezu kraftfrei verfahren werden kann.
Vorteilhafterweise ist der Stellteilantrieb als Hydromotor oder hydraulischer Arbeitszylinder ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet in dem hydraulischen Arbeitszylinder der erste Medienraum einen Stangenarbeitsraum und der zweite Medienraum einen Kolbenarbeitsraum innerhalb eines Zylindergehäuses, die mittels einer Kolbenstangeneinheit als Stellteil voneinander getrennt sind. Derartige Arbeitszylinder sind als Line- arzylinder in vielfältigen Ausführungsformen auf dem Markt frei erhältlich. Im Sinne der Modularisierung können sie als Standardkomponenten eingesetzt werden. Dies trägt zu einer erheblichen Kostenersparnis bei der Fertigung bei. Vorteilhaft ist der Arbeitszylinder mit einer Endlagendämpfung in Ausfahrrichtung ausgestattet. Zum Schließen der Ventileinheit in einem Fail-Safe-Betrieb fährt die Kolbenstangeneinheit aufgrund des Fluiddrucks des Hydrospeichers relativ zum Zylindergehäuse ein oder aus, wenn in dem ersten Medienraum der Fluiddruck abfällt. Damit ist der Fluiddruck im ersten Medienraum aufrecht zu erhalten, wenn die Ventileinheit geöffnet sein soll. Wenn der Fluiddruck aber aus irgendwelchen Gründen im ersten Medienraum abfällt, beispielsweise aufgrund eines Versagens in der Versorgungseinrichtung oder durch gezieltes Ablassen über ein Sicherheitsventil, führt dies ohne Weiteres zum Schließen der Ventileinheit und somit zum Unterbinden eines Medienstroms zu einem der Ventileinheit nachgeschalteten Verbraucher. Des Weiteren kann eine Druckeinstellvorrichtung vorgesehen sein. Mit dieser Druckeinstellvorrichtung ist der Fluiddruck im zweiten Medienraum zwischen einem Mindestdruck und einem Maximaldruck derart einstellbar, dass sich das Stellteil bei drucklosem erstem Medienraum in der zweiten Richtung bis in eine Endlage bewegt, wobei eine Überschreitung der zuläs- sigen Antriebskräfte verhindert wird. Die Druckeinsteileinrichtung erhält mithin die Funktionsbereitschaft der Turbinenventilstellvorrichtung im laufenden Betrieb aufrecht. Der Druck, mit dem das Stellteil beaufschlagt ist, ist dabei vorteilhaft auf die nachgeschaltete Ventileinheit abgestimmt, damit diese sicher geschlossen wird, wenn es zu einem Druckabfall im ersten Medienraum kommt. Durch die Druckeinstellvorrichtung wird ferner ein Überlastschutz für die Ventileinheit bereitgestellt, da Überdrücke im zweiten Medienraum durch ein Ablassen des Fluids verhinderbar sind.
Weiterhin kann mit einer Vorspannungseinstelleinrichtung der Vorspann- druck auf einer Gasseite des Hydrospeichers einstellbar sein. Durch die Einstellung des Vorspanndrucks lassen sich unterschiedliche Federkennlinien bzw. Druckniveaus für diese Federkennlinien einstellen.
Eine Positioniereinrichtung, die Druckeinstelleinrichtung und/oder die Vorspannungseinstelleinrichtung erhalten vorzugsweise von einer zentralen oder dezentralen Steuerung für die jeweiligen Medienräume Positionssollwertvorgaben oder Positionsistwerte, so dass unterschiedliche Kraft-Hub- Kennlinien des Stellteils realisierbar und vorzugsweise während des Betriebs der Turbinenventilstellvorrichtung veränderbar sind. Diese Vorgaben sind auch im laufenden Betrieb von einer Leitwarte aus möglich. Während mit den im Stand der Technik bekannten Sicherheitseinrichtungen lediglich degressive Kennlinien durch Tellerfedern erzeugbar waren, können mit der erfindungsgemäßen Turbinenventilstellvorrichtung nun progressive, lineare, konstante (isobare) oder sogar regressive Kraft-Hub-Kennlinien erzeugt werden. So ist beispielsweise bei isobarer Kennlinie der vom Hydrospeicher als Energiespeicher aufgebrachte Druck über den Verfahrweg des Stellteils als annähernd konstant einstellbar, wobei unterschiedliche Druckniveaus vorteilhaft wählbar sein können.
Vorzugsweise ist mittels einer, bevorzugt integrierten und/oder redundanten, Wegmesseinrichtung die Position des Stellteils erfassbar und damit der Solldruck im zweiten Medienraum bestimmbar. Die Wegmessung ermöglicht es hierbei auf besonders einfache Weise, eine Überwachung für die Turbinenventilstellvorrichtung zu realisieren. Weiterhin können Sensoren zur Druck- und/oder Temperaturmessung am zweiten Medienraum vorge- sehen sein. Mithin wird während der Bewegung der Kolbenstangeneinheit die ständige Überwachung der Schließkraftverfügbarkeit durch Auswertung der Sensormessergebnisse ermöglicht, da mit Druck, Temperatur und abgeleitetem Volumen alle Zustandsgrößen des Hydrospeichers verfügbar sind.
Besonders vorteilhaft weist die Versorgungseinrichtung für den ersten Me- dienraum bei einem Stellantrieb eine druckgeregelte Axialkolbenpumpe mit Schwenkwinkeleinstellung oder bei einem Schaltantrieb eine Zahnradpumpe mit einem konstanten Fördervolumen auf. Die Versorgungseinrichtung wirkt mit der Positioniereinrichtung zusammen. Weist die Versorgungseinrichtung eine Axialkolbenpumpe auf, so ist in der Positioniereinrichtung ein Stetigventil vorgesehen. Wenn die Versorgungseinrichtung eine Zahnradpumpe umfasst, weist die Positioniereinrichtung ein Schaltventil auf. Um Energie zu sparen, kann die Zahnradpumpe nach Erreichen eines gewünschten Druckes abgeschaltet und erst bei Bedarf wieder eingeschaltet werden (Speicherladeschaltung). Die Versorgungseinrichtung kann ferner einen weiteren Hydrospeicher als Teil einer Speicherladeschaltung aufweisen. Das im weiteren Hydrospeicher gespeicherte Volumen entspricht mindestens einem Reservehub des Stellteilantriebs. Dieser weitere Hydrospeicher ermöglicht einen besonders energiesparenden Betrieb der Versorgungseinrichtung, weil die Elektromo- toren, welche die Pumpen antreiben, insbesondere bei Positionshaltung zeitweise abgeschaltet werden können.
Die Hydrospeicher sind vorzugsweise als Kolbenspeicher ausgeführt. Kolbenspeicher zeichnen sich durch eine hohe Gasdichtheit aus. Weiter bevorzugt werden Kolbenspeicher mit geschweißtem Deckel eingesetzt. Der Kolbenspeicher kann im laufenden Betrieb sehr einfach überwacht werden, da der Druck auf der Gasseite dem Druck auf der Fluidseite entspricht. Die Berechnung erfolgt auf der Basis der Gesetze für reale Gase. Zur Erfassung der Gaszustandsgrößen Druck (p), Volumen (V) und Temperatur (T) können die bereits erwähnte Wegmesseinrichtung zur Messung des Öldrucks über den Zylinderhub, also des Druckgradienten, und die weiteren Sensoren, die an den zweiten Medienraum angeschlossen sind, eingesetzt werden.
Mit besonderem Vorteil können mehrere Hydrospeicher parallel geschaltet werden, um zum einen durch Redundanz die Ausfallsicherheit und zum anderen die Kapazität zu erhöhen.
An den ersten Medienraum kann eine Fluidablassleitung angeschlossen sein, welche durch eine Sicherheitssteuerung mit einem Sicherheitsventil aktiv sperrbar ist und eine Ableitung des Fluids in Richtung des Tanks ermöglicht. Damit ist der Fluiddruck im ersten Medienraum durch eine Si- cherheitssteuerung, vorzugsweise mit einer austauschbaren Steuerventilanordnung und einem Sicherheitsventil, kontrolliert entlastbar. In der Sperrstellung wird der Abfluss von Fluid aus dem ersten Medienraum durch die Fluidablassleitung unterbunden, so dass ein Druckaufbau im ersten Medienraum überhaupt erst ermöglicht wird. Die Entlastung des ersten Medien- raumes erfolgt nach dem Ruhestromprinzip. Die Sicherheitssteuerung kann durch eine Steuerventilanordnung in n-von-m-Logik auslösbar sein, vorzugsweise durch eine Steuerventilanordnung in einer 1 -von-2-Logik oder in einer 2-von-3-Logik. Bei einer 1-von-2-Logik muss mindestens eine Logikeinheit von zweien stromlos geschaltet werden, um das Sicherheitsventil zu öffnen. Bei einer 2-von-3-Logik müssen zumindest zwei Logikeinheiten stromlos geschaltet werden, um das Sicherheitsventil zu öffnen. Die Sicher- heitsventilanordnung ist vorteilhaft austauschbar, um die Turbinenventil- Stellvorrichtung wahlweise mit einer Steuerventilanordnung der 1-von-2- Logik oder der 2-von-3-Logik ausstatten und diese auch nachträglich noch gegeneinander austauschen zu können. Die Sicherheitsventilanordnung ermöglicht zweckmäßigerweise einen Teilhubtest. Eine Ausführungsform der 2-von-3-Logik mit Teilhubtest ist in der bereits erwähnten DE 10 2004 042 891 B3 beschrieben.
Weiterhin können, vorzugsweise berührungslose, Endschalter zur Über- wachung der Kolbenstangeneinheit im Zylindergehäuse eingesetzt werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 bis 3 Schaltpläne für drei erfindungsgemäße Ausführungsformen der Turbinenventi Istellvorrichtung; Fig. 4 und 5 zwei perspektivische Ansichten einer Turbinenventilstellvor- richtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung, die zueinander um 180° gedreht sind;
Fig. 6 ein Blockschaltbild der Steuerung einer erfindungsgemäßen
Turbinenventi Istellvorrichtung; und Fig. 7 eine Gegenüberstellung möglicher erzeugbarer Kraft-Hub-
Kennlinien des Stellteils.
In den Fig. 1 bis 3 sind drei Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Turbinenventilstellvorrichtungen 100, 200, 300 zum Ansteuern mindestens einer nicht näher dargestellten Ventileinheit eines medienbetriebenen Ver- brauchers, wie einer Dampf- oder Gasturbine, mit einem Stellteilantrieb 102, 202, 302 gezeigt, der ein bewegbares Stellteil 104, 204, 304, einen ersten Medienraum 106, 206, 306 und einen zweiten Medienraum 108, 208, 308 aufweist. Ein Druckaufbau im ersten Medienraum 106, 206, 306 sucht die Bewegung des Stellteils 104, 204, 304 in einer ersten Richtung R und ein Druckaufbau im zweiten Medienraum 108, 208, 308 sucht die Bewegung des Stellteils 104, 204, 304 in einer entgegengesetzten zweiten Richtung GR zu bewirken. Der erste Medienraum 106, 206, 306 ist mittels einer Versorgungseinrichtung 1 10, 210, 310 mit einem Fluid in vorgebbaren Mengen versorgbar. Der zweite Medienraum 108, 208, 308 ist durch einen Energiespeicher 1 12, 212, 312 beaufschlagt. Der Energiespeicher ist erfindungsgemäß ein mit einem Vorspanndruck versehener Hydrospeicher 1 12, 212, 312, der an den zweiten Medienraum 108, 208, 308 permanent angeschlossen ist.
Der Stellteilantrieb 102, 202, 302 ist durch einen hydraulischen Arbeits- zylinder 1 14, 214, 314 gebildet. In dem hydraulischen Arbeitszylinder 1 14, 214, 314 bildet der erste Medienraum 106, 206, 306 einen Stangenarbeitsraum und der zweite Medienraum 108, 208, 308 einen Kolbenarbeitsraum innerhalb eines Zylindergehäuses 1 16, 216, 316, die mittels einer Kolbenstangeneinheit als Stellteil 104, 204, 304 voneinander getrennt sind. Der hydraulische Arbeitszylinder 1 14, 214, 314 ist so aufgebaut, dass ein Ausfahren der Kolbenstangeneinheit 104, 204, 304 ein Schließen einer nachgeschalteten Ventileinheit bewirkt, so dass ein Dampfmassenstrom zu einem medienbetriebenen Verbraucher unterbrochen wird. Zum Schließen der Ventileinheit in einem Fail-Safe-Betrieb fährt deshalb die Kolbenstan- geneinheit 104, 204, 304 aufgrund des Vorspanndrucks des Hydrospeichers 1 12, 212, 312 relativ zum Zylindergehäuse 1 16, 216, 316 aus, wenn in dem ersten Medienraum 106, 206, 306 der Fluiddruck abfällt.
Der erste Medienraum 106, 206, 306 ist mit der Versorgungseinheit 1 10, 210, 310 versorgbar, die mit einer Positioniereinrichtung 1 1 7, 21 7, 31 7 zusammenwirkt. Mit einem Elektromotor 1 18, 218, 318 ist gemäß Fig. 1 und 3 eine Axialkolbenpumpe 120, 320 mit Schwenkwinkeleinstellung antreibbar. Die Axialkolbenpumpe 120, 320 saugt Fluid aus einem Tank T an. Zur Sicherheit weist der Tank T einen Temperatursensor 122, 222, 322 und einen Füllstandssensor 124, 224, 324 auf. Das Fluid wird durch einen Filter 126, 226, 326 auf dem Weg zu einem Stetigventil 128, 328 gedrückt. Mit dem Stetigventil 128, 328 der Positioniereinrichtung 1 1 7, 21 7, 31 7, das als 4/3-Wegeventil konzipiert, aber als 3/3 Wegeventil betrieben ist, kann der erste Medienraum 106, 206, 306 mit Fluid versorgt werden. Der Druck im ersten Medienraum 106, 206, 306 kann aber auch gehalten werden. In der gekreuzten Stellung ermöglicht das Stetigventil 128, 328 eine Entlastung des ersten Medienraums 106, 206, 306 in Richtung des Tanks T über eine Fluidleitung 129, 229, 329. Zwischen den Filter 126, 226, 326 und das Stetigventil 128, 328 ist ein weiterer Hydrospeicher 130, 230, 330 als Zwischenspeicher geschaltet. Der Fluiddruck in der Leitung 1 32, 232, 332, die zum weiteren Hydrospeicher 130, 230, 330 hinführt, ist mit einem Drucksensor 1 34, 234, 334 überwachbar.
An diese Leitung 132, 232, 332 ist zudem eine Druckeinstelleinrichtung 1 36, 236, 336 angeschlossen, mit welcher es möglich ist, den Fluiddruck im zweiten Medienraum 108, 208, 308 einzustellen. Die Druckeinstellein- richtung 1 36, 236, 336 weist eine Fluidleitung 137, 237, 337 zum Tank T zur Entlastung des zweiten Medienraums 108, 208, 308 auf. Mit der Druckeinstelleinrichtung 1 36, 236, 336 ist der Fluiddruck im zweiten Medienraum 108, 208, 308 auf einen Mindestdruck derart einstellbar, dass sich das Stellteil 104, 204, 304 bei drucklosem ersten Medienraum 106, 206, 306 in der zweiten Richtung GR bis in eine Endlage bewegt. Dieser Mindestdruck entspricht mindestens der Mindeststellkraft des Stellteilantriebs 102, 202, 302 bei ausgefahrenem Stellteil 104, 204, 304. Beim Einfahren des Stellteils 104, 204, 304 erhöht sich der Druck im zweiten Medienraum 108, 208, 308 des Arbeitszylinders 1 14, 214, 314. Der Maximal- druck im zweiten Medienraum 108, 208, 308 wird jedoch von der Druckeinstelleinrichtung 136, 236, 336 begrenzt.
Weiterhin ist eine Fluidablassleitung 138, 238, 338 vom ersten Medienraum 106, 206, 306 in Richtung des Tanks T vorgesehen. Diese Fluidablassleitung 138, 238, 338 ist durch eine Sicherheitssteuerung 140, 240, 340 mit einer Steuerventilanordnung in n-von-m-Logik 141 , 241 , 341 und einem Sicherheitsventil 142, 242, 342 aktiv sperrbar. Durch die Sicherheitssteuerung 140, 240, 340 ist sichergestellt, dass die nachgeschaltete Ventileinheit nur dann geöffnet ist, wenn das Sicherheitsventil 142, 242, 342 aktiv gesperrt ist, da nur dann ein Druckaufbau im ersten Medienraum 106, 206, 306 erfolgen kann.
Der Vorspanndruck auf einer Gasseite 144, 244, 344 des einen Hydrospei- chers 1 12, 212, 312 wird durch eine Vorspannungseinstelleinrichtung 146, 246, 346 eingestellt.
Die Positioniereinrichtung 127, 227, 327, die Druckeinstelleinrichtung 136, 236, 336 und gegebenenfalls die Vorspannungseinstelleinrichtung 146, 246, 346 erhalten von einer (zentralen oder dezentralen) Steuerung 148, 248, 348 für die jeweiligen Medienräume 106, 108; 206, 208; 306, 308 Positionssollwertvorgaben xsoii (Fig. 6) oder Positionsistwerte xi«, so dass unterschiedliche Kraft-Hub-Kennlinien des Stellteils 104, 204, 304 realisier- bar sind, die nachfolgend noch näher beschrieben werden.
Zur Überwachung der Turbinenventilstellvorrichtung 100, 200, 300 sind diverse Sensoren vorgesehen. Die Position der Kolbenstangeneinheit 104, 204, 304 ist mit einer Wegmesseinrichtung 150, 250, 350 erfassbar. Die Wegmesseinrichtung 150, 250, 350 weist einen Sensor 152, 252, 352 auf einer Rückseite 1 54, 254, 354 des Arbeitszylinders 1 14, 214, 314 auf, welcher über einen mit der Kolbenstangeneinheit 104, 204, 304 gekoppelten Stab 156, 256, 356 die Position der Kolbenstangeneinheit 104, 204, 304 erfasst. Daneben ist an den zweiten Medienraum 108, 208, 308 ein Drucksensor 158, 258, 358 und ein Temperatursensor 160, 260, 360 angeschlos- sen. Weiterhin sind berührungslose Endschalter 162, 164; 262, 264; 362, 364 für die Überwachung der Position der Kolbenstangeneinheit 104, 204, 304 im Arbeitszylinder 1 14, 214, 314 vorgesehen. Alle Sensoren sind mit der zentralen oder dezentralen Steuerung 148, 248, 348 gekoppelt. Zur Kühlung der Turbinenventilstellvorrichtung 100, 200, 300 und des umlaufenden Fluids ist ein Kühlaggregat 166, 266, 366 vorgesehen. Der Arbeitszylinder 1 14, 214, 314 und das Fluid werden durch einen autarken, in sich geschlossenen Kühlkreislauf temperiert. Als Betriebsmedium wird Was- serglykol verwendet. Der Zylinderboden 168, 268, 368 des Arbeitszylinders 1 14, 214, 314 ist mit Kühlkanälen versehen. Der Tank T weist Kühlschlangen auf. Auf diese Weise wird der externe Wärmeeintrag aus der Ventileinheit in das Fluid an der Eintrittsstelle reduziert. Der Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft erfolgt mittels eines Kühlluftgebläses 369 (Fig. 4).
Die Koppelung der elektrischen Komponenten erfolgt über ein Klemmenbrett 1 70, 270, 370.
Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 1 lediglich darin, dass die Versorgungseinrichtung 210 eine Zahnradpumpe 220 mit einem konstanten Fördervolumen anstelle einer Axialkolbenpumpe 120 aufweist. Eine Positioniereinrichtung 21 7 umfasst ein Wegeschaltventil 228, anstelle eines Stetigventils 128.
In der Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Turbinenventilstellvorrichtung 300 insbesondere für Umleitventile gezeigt. Diese Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform der Fig. 1 und weist einen Arbeitszylinder 314 auf, bei dem die Kolbenstangeneinheit 304 im zweiten Medienraum 308 einen Fortsatz 372 aufweist, der sich durch einen Zylinderboden 368 des Arbeitszylinders 314 hindurch erstreckt. Auf diese Weise ist die mit Fluid beaufschlagbare Oberfläche 374 der Kolbenstangeneinheit 304 im zweiten Medienraum 308 verkleinert.
Die Fig. 4 und 5 zeigen den Aufbau der Turbinenventilstellvorrichtung 300 in perspektivischen Ansichten, die zueinander um 180° gedreht sind. Der Arbeitszylinder 314 ist dabei mittels einer Flanschplatte 376 an einer Venti- leinheit befestigt. Die Komponenten des Stellteilantriebs sind kompakt innerhalb enger Bauraumgrenzen 380 angeordnet, wobei der Hydrospeicher 312 und der weitere Hydrospeicher 330 als redundante Kolbenspeicher mit geschweißtem Deckel ausgeführt sind. Daneben kann man den Elektromo- tor 318 zum Antrieb der Axialkolbenpumpe 320 sehen. Seitlich ist ein Kühlaggregat 366 mit dem Kühlluftgebläse 369 angeordnet. Unterhalb des Kühlaggregats 366 befindet sich die Sicherheitssteuerung 340. Am Steuerblock neben der Sicherheitssteuerung 340 ist das Stetigventil 328 angeordnet. Unterhalb der Turbinenventilstellvorrichtung 300 ist eine Fluidauffang- wanne 382 für das Fluid mit einem Überwachungskontakt 384 angeordnet.
In Fig. 6 ist ein exemplarisches Blockschaltbild der Ansteuerung der Komponenten der Turbinenventilstellvorrichtung 100 gezeigt. Von der zentralen oder dezentralen Steuerung 148 wird ein Positionssollwert xsoii vorgegeben, der mit einem Positionssensor 1 52 der Wegmesseinrichtung 1 50 für die Kolbenstangeneinheit 104 des Arbeitszylinders 1 14 abgeglichen wird. Mit dem Ergebnis dieses Abgleichs wird ein Positionsregler 186 des Stetigventils 128 der Positioniereinrichtung 1 1 7 angesteuert. Durch das Stetigventil 128 wird der erste Medienraum 106 des Arbeitszylinders 1 14 entweder mit einer Axialkolbenpumpe 120 verbunden oder eine Ableitung von Fluid in Richtung eines Tanks T über die Fluidleitung 129 ermöglicht oder es wird der bestehende Druck im ersten Medienraum 106 konstant gehalten. Ferner kann der Positionssollwert xsoii oder der Positionsistwert xist in eine Drucksollwertvorgabe psoii übersetzt werden, die dann zur Steuerung eines Proportionaldruckventils 188 der Druckeinstelleinrichtung 136 dient, durch welche der Fluiddruck im zweiten Medienraum 108 einstellbar ist. Die Druckeinstelleinrichtung 136 ist ebenfalls mit der Axialkolbenpumpe 120 bzw. dem Tank T verbunden und ermöglicht es, den Druck im zweiten Medienraum 108 gezielt zu erhöhen oder zu reduzieren. Weiterhin ist die Vorspannungseinstelleinrichtung 146 vorgesehen, die ebenfalls mit einer Druckvorgabe psoii versorgt werden kann und den Vorspanndruck auf der Gasseite 144 des Hydrospeichers 1 12 einstellt.
In Fig. 7 ist gezeigt, dass sich durch den kombinierten Einsatz von Positioniereinrichtung 1 1 7, 21 7, 31 7, Druckeinstelleinrichtung 136, 236, 336 und Vorspannungseinstelleinrichtung 146, 246, 346 verschiedene Kraft-Hub- Kennlinien 1-5 des Stellteils realisieren lassen. Analog zu Tellerfedern kann die Turbinenventilstellvorrichtung 100, 200, 300 so eingestellt werden, dass sie eine degressive Kennlinie 1 aufweist. Weiterhin gibt es die Möglichkeit, eine lineare Kennlinie 2, eine progressive Kennlinie 3, konstante (isobare) Kennlinien auf unterschiedlichen Niveaus 4, 4' oder eine regressive Kennlinie 5 einzustellen. Damit kann die Turbinenventilstellvorrichtung optimal an die erforderlichen Kraftprofile, wie sie zum Beispiel in unterschiedlichen Betriebszuständen eingestellt werden müssen, angepasst werden. Auch eine adaptive Kraftbegrenzung ist somit realisierbar. Da die Cha- rakteristik einfach durch eine Sollwertvorgabe veränderbar ist, kann eine Einstellung während des laufenden Betriebs von einer Leitwarte aus vorgenommen werden.
Die erfindungsgemäßen Turbinenventilstellvorrichtungen 100, 200, 300 weisen diverse Vorteile auf, insbesondere eine hohe Modularität und An- passungsfähigkeit durch die externe hydropneumatische Feder in Form des Hydrospeichers 1 12, 212, 312. Durch die modulare Bauweise können weiterhin Komponenten und komplette Subsysteme, wie zum Beispiel die Versorgungseinrichtung 1 10, 210, 310 oder das Kühlaggregat 166, 266, 366 ausgetauscht oder nachträglich geändert werden. Es gibt eine geringe An- triebsvariantenvielfalt und es können viele Gleichteile eingesetzt werden. Die Verfügbarkeit kann durch Redundanz, zum Beispiel der Hydrospeicher 1 12, 130; 212, 230; 312, 330 erhöht werden. Die Turbinenventi Istellvorrichtungen 100, 200, 300 zeichnen sich weiterhin dadurch aus, dass sie eine hohe Flexibilität durch eine Kraftniveauanpassung aufweisen, die auch im Betrieb von einer Leitwarte aus einstellbar ist. Auf diese Weise können verschiedene Kraft-Hub-Kennlinien im laufenden Betrieb eingestellt werden. Bei den zum Einsatz kommenden Kolbenspeichertypen handelt es sich um ausgereifte Serienkomponenten mit einer Auslegung auf Dauerfestigkeit. Die hohe Betriebssicherheit der Hydrospeicher 1 12, 130; 212, 230; 31 2, 330 wird durch einen gasseitig angeschweißten Deckel und ein reibungsarmes Dichtungssystem erreicht. Die hydropneumatische Feder und der redundante Einsatz von Kolbenspeichern gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit der Turbinenventilstellvorrichtung bei geringen Kosten bei der Herstellung und im laufenden Betrieb. Insgesamt weisen die erfindungsgemäßen Turbinenventilstellvorrichtungen 100, 200, 300 damit wesentliche Vorteile gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Turbinenventilstellvorrichtungen mechanischen Federn auf.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Turbinenventilstellvorrichtung zum Ansteuern mindestens einer Ventileinheit eines medienbetriebenen Verbrauchers, wie einer Dampfoder Gasturbine, mit einem Stellteilantrieb (102, 202, 302), der ein bewegbares Stellteil (104, 204, 304), mindestens einen ersten Medienraum (106, 206, 306) und mindestens einen zweiten Medienraum (108, 208, 308) aufweist, wobei ein Druckaufbau im ersten Medienraum (106, 206, 306) eine Bewegung des Stellteils (104, 204, 304) in einer ersten Richtung (R) und ein Druckaufbau im zweiten Medienraum (108, 208, 308) eine Bewegung des Stellteils (104, 204, 304) in einer entgegengesetzten zweiten Richtung (GR) zu bewirken sucht, wobei der erste Medienraum (106, 206, 306) mittels einer Versorgungseinrichtung (1 10, 210, 310) mit einem Fluid in vorgebbaren Mengen versorgbar ist und der zweite Medienraum (108, 208, 308) durch einen Energiespeicher (1 12, 212, 312) beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher mindestens ein mit einem Vorspanndruck versehener Hydrospeicher (1 12, 212, 312) ist, der an den zweiten Medienraum (108, 208, 308) permanent angeschlossen ist.
Turbinenventilstellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stellteilantrieb (102, 202, 302) durch einen Hydromotor oder einen hydraulischen Arbeitszylinder (1 14, 214, 314) gebildet ist.
Turbinenventilstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hydraulischen Arbeitszylinder (1 14, 214, 314) der erste Medienraum (106, 206, 306) einen Stangenarbeitsraum und der zweite Medienraum (108, 208, 308) einen Kolbenarbeitsraum in- nerhalb eines Zylindergehäuses (1 16, 216, 316) bildet, die mittels einer Kolbenstangeneinheit als Stellteil (104, 204, 304) voneinander getrennt sind.
Turbinenventilstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schließen der Ventileinheit in einem Fail-Safe- Betrieb die Kolbenstangeneinheit (104, 204, 304) aufgrund des Fluid- drucks des Hydrospeichers (1 12, 212, 312) relativ zum Zylindergehäuse (1 16, 216, 316) ein- oder ausfährt, wenn in dem ersten Medienraum (106, 206, 306) der Fluiddruck abfällt.
Turbinenventilstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Druckeinstelleinrichtung (136, 236, 336) der Fluiddruck im zweiten Medienraum (108, 208, 308) zwischen einem Mindestdruck und einem Maximaldruck derart einstellbar ist, dass sich das Stellteil (104, 204, 304) bei drucklosem ersten Medienraum (106, 206, 306) in der zweiten Richtung (GR) bis in eine Endlage bewegt, wobei eine Überschreitung der zulässigen Antriebskräfte verhindert wird.
Turbinenventilstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Vorspannungseinstelleinrichtung (146, 246, 346) der Vorspanndruck auf einer Gasseite (144, 244, 344) des Hydrospeichers (1 12, 212, 312) einstellbar ist.
Turbinenventilstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positioniereinrichtung (1 1 7, 21 7, 31 7), die Druckeinstelleinrichtung (136, 236, 336) und/oder die Vorspannungseinstelleinrichtung (146, 246, 346) von einer zentralen oder dezentralen Steuerung (148, 248, 348) für die jeweiligen Medienräume (106, 108; 206, 208; 306, 308) Positionssoll- wertvorgaben (xsoii) oder Positionsistwerte (xist) erhalten, so dass unterschiedliche Kraft-Hub-Kennlinien (1-5) des Stellteils (104, 204, 304) realisierbar und vorzugweise während des Betriebs der Turbinen- ventilstellvorrichtung veränderbar sind.
Turbinenventilstellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Hydrospeicher (1 12, 212, 312) als Energiespeicher aufgebrachte Druck über den Verfahrweg des Stellteils (104, 204, 304) auf annähernd konstant (4, 4') (isobar) einstellbar ist.
Turbinenventilstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Wegmesseinrichtung (150, 250, 350) die Position des Stellteils (104, 204, 304) erfassbar und damit der Solldruck im zweiten Medienraum (108, 208, 308) bestimmbar ist.
Turbinenventilstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinrichtung (1 10, 210, 310) für den ersten Medienraum (106, 206, 306) eine Axialkolbenpumpe (120, 320) mit Schwenkwinkeleinstellung oder eine Zahnradpumpe (220) mit einem konstanten Fördervolumen in einer Speicherladeschaltung umfasst und die Positioniereinrichtung (1 1 7, 21 7, 31 7) ein Stetigventil (128, 328) oder ein Schaltventil (228) aufweist.
Turbinenventilstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluiddruck im ersten Medienraum (106, 206, 306) durch eine Sicherheitssteuerung (140, 240, 340), vorzugsweise mit einer austauschbaren Steuerventilanordnung (141 , 241 , 341 ) und einem Sicherheitsventil (142, 242, 342), kontrolliert entspannbar ist. Turbinenventilstellvorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilanordnung (141 , 241 , 341 ) in einer n-von-m-Logik, vorzugsweise in einer 1-von-2-Logik oder in einer 2-von-3-Logik, ausgeführt ist und weiter bevorzugt einen Teilhubtest ermöglicht.
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