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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Einrichtung zur Beschleunigung
des Schließvorganges von Stellantrieben, wie Schnellschluß- und Regelventilen, insbesondere
für Dampf- und Gasturbinenanlagen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die der Sicherheit von
Kraftanlagen dienenden Stellglieder die Totzeit beim Schließvorgang zu verkürzen
und der dafür notwenigen Vorrichtungen eine einfache, von der Bauart des Stellgliedes
unabhängige Ein- und Ausbaumöglichkeit zu geben sowie zum nachträglichen Anbau an
vorhandene Stellglieder für Schnellschlußventile und Regelzylinder für Dampfturbinen
und -andere Maschinen zu verwenden, bei denen es auf rasche Betätigung ankommt.
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Es ist ein hydraulischer Antrieb für Schnellschlußventile bekannt,
bei dem ein in einem Arbeitszylinder gleitender, durch Federkräfte belasteter Kraftkolben
Verwendung findet, dessen Bewegung durch einen Schaltteller beherrscht wird, der
von einem Schaltdruck im Schließsinne beaufschlagt ist und bei nachlassendem Schaltdruck
öffnet. Bei diesem Antrieb verbindet der Schaltteller beim öffnen sowohl den Schaltmittelraum
als auch den Raum, in dem der Druck auf den Kraftkolben herrscht, mit dem drucklosen
Raum, d. h. mit dem Ablaufraum. Mit einem so ausgebildeten Antrieb können
zwar schon sehr kurze Schließzeiten erreicht werden, doch ist der hierzu erforderliche
Schaltteller ein stets zum Stellglied gehörendes Bauteil, das noch dazu zentrisch
zur Ventilspindel sitzen muß, also in jedem Fall an die Bauart des Stellgliedes
gebunden ist. Außerdem ist er mehr für Schnellschlußventilantriebe geeignet, während
der in der Erfindung beschriebene-sowohl für Schnellschlußventil- als auch Regelventilantriebe
verwendet werden kann.
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Ferner ist ein Schnellöffnungsventil mit hebelbetätigtem Absperrglied
und einer Sperrklinke bekannt, die ihrerseits über eine Spindel im Eingriff mit
dem Kegel eines Steuerventils steht, der vom Impulsdruck geschlossen gehalten wird,
während die Hilfskraft einer Feder ihn öffnen will. Durch diesen baulich sehr aufwendigen
Hebelmechanismus des Ventils sind nicht die von der Sicherheit der Maschinenanlagen
geforderten Schließzeiten einzuhalten. Außerdem muß die vorhandene Druckfeder sowohl
das Steuerventil gegen den nachlassenden Impulsdruck als auch den gesamten Stellmechanismus
verkraften.
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Schließlich ist ein aus Stellkolben und Stufenkolben bestehendes Schnellschlußventil
für Dampfturbinen bekanntgeworden. Mit einer solchen Ausführung ist es aber nicht
möglich, Regelventilantriebe zu steuern.
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Demgegenüber schlägt die Erfindung eine Einrichtung vor, die gekennzeichnet
ist durch ein von der Bewegung des Stellantrieb-Kraftkolbens und dessen zum Ventilantrieb
führenden Kolbenstange mechanisch unabhängiges, mit einem eigenen Gehäuse in oder
am Stellantriebsgehäuse untergebrachtes, aus zwei federbelasteten, zentrisch zueinander
und ineinanderliegenden Kolben bestehendes Zweisitzventil, dessen Gehäuse einen
Zulauf für das Impulsöl sowie je eine öffnung für die Zuführung und den Ablauf des
Druckmittels aufweist und diese öffnungen in ein- bzw. angebauten Zustand des Zweisitzventils
mit entsprechenden Räumen, und zwar dem Impulsdruckraum bzw. dem Ablaufraum des
Stellantriebgehäuses in Verbindung stehen. Bei dieser erfindungsgemäßen Einrichtung
kommt es darauf an, das Hubvolumen der beiden konzentrischen Kolben nicht durch
die Steuerleitung für den Impuls verdrängen zu lassen, die von einem Magnetventil
beherrscht wird, sondern rasch in den Ablaufraum durch eine Bohrung strömen zu lassen.
Wenn das Magnetventil geöffnet wird, sinkt zwar der Druck im Impulsraum rasch ab,
aber damit die Zugfeder für den äußeren Kolben und die schwache Druckfeder für den
inneren Kolben wirksam werden und die beiden Kolben in Offenlage bewegen können,
muß das Hubvolumen verdrängt werden.
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Es erfolgt daher in weiterer Ausgestaltung der Erfindung bei nachlassendem
Impulsdruck zuerst das Abheben des inneren Kolbens von seinem Sitz, wodurch der
Impulsdruckraum mit dem Ablaufraum verbunden wird und danach der äußere Kolb en
von seinem Hauptsitz gezogen, den Weg vom Druckmediumraum zum Ablaufraum freigibt.
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Erfindungsgemäß wird ferner in Betriebsstellung des Zweisitzventils,
d. h. vor dem Absinken des Impulsdruckes, die Kraft einer den inneren Kolben
des Ventils in öffnungsrichtung drängenden Druckfeder durch das unter dem Kraftkolben
anstehende, über radiale Bohrungen im äußeren Kolben des Ventils auf eine Ringfläche
am inneren Kolben wirkende Druckmedium unterstützt.
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Außerdem muß nach der Erfindung nach erfolgtem Schnellschluß zur Rückstufung
des Ventils in die Betriebsstellung vor dem Spannen einer den äußeren Kolben des
Zweisitzventils in öffnungsrichtung bewegenden Zugfeder lediglich die zugehörige
Druckfeder gespannt werden, da beim Abschalten das Drucköl aus dem Verstärkerraum
über eine Bohrung im inneren Kolben abfließen kann. Es wird nämlich der innere Kolben
beim Rückstufen in die Betriebsstellung vom Impulsdruck über den Zulauf beaufschlagt,
und diese Beaufschlagung ist stärker als die Spannung der Feder im Verstärkerraum
im gespannten Zustand, bei dem der innere Kolben auf dem Ventilsitz am äußeren Kolben
aufliegt, aber schwächer als die Kraft der entspannten, dem äußeren Kolben zugeordneten
Zugfeder.
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Schließlich sind nach der Erfindung zur Abfüh-
rung des Sickeröls
im Gehäuse des Zweisitzventils drucklose Ringkanäle sowie im inneren Kolben ein
Ringkanal vorgesehen, und diese Kanäle stehen durch Bohrungen mit dem Ablaufraum
über entsprechende Bohrungen in Verbindung.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und der Zeichnung.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in schematischen Darstellungen
beispielsweise wiedergegeben, und zwar zeigt F i g. 1 den Zusammenbau des
neuen Zweisitzventils mit einem Stellantrieb und F i g. 2 das neue Ventil
in vergrößerter Abbildung. In dem Gehäuse 1 des zu beschleunigenden Stellantriebes
befindet sich der unter dem Druck der Kraftkolbenfeder 2 stehende Kraftkolben
3, dessen Kolbenstange 4 zum Ventilgestängeantrieb führt. Bei 5 ist
der Regel-Impulsdruck-Empfängerkolben angedeutet, während mit 6 und
7 der Verstärkerkolben und die Verstärkerfeder benannt sind. über die Leitung
8 wird der Regel-Impulsdruck zugeführt. Auf ein Magnetventil 9 wirkt
der Impuls vom nicht dargestellten Lastabwurfrelais oder ein Schnellschlußimpuls.
Dieser
Impuls wird über die Leitung 10 zum Gehäuse 11 des erfindungsgemäßen
Zweisitzventils weitergeleitet, das auch als Absteuerbeschleuniger benannt werden
kann und mit seinen Einbauten und seiner Anordnung als solcher wirkt.
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Wie in F i g. 2 erkennbar, ist an das Gehäuse 1
des Stellantriebes
das Gehäuse 11 des neuen Zweisitzventils bei 12 mittels Schrauben od. dgl.
befestigt. Das Impulsmedium gelangt über die Leitung 10 in den Impulsdruckraum
13. Durch den in diesem Raum 13 herrschenden Impulsdruck wird einmal
die wirksame Kolbenfläche des inneren Kolbens 14 beaufschlagt, dieser gegen die
Druckfeder 15 und den an der Ringfläche 16 anstehenden öldruck auf
den Sitz 17 gedrückt und außerdem der äußere Kolben 18
gegen die Zugfeder
19 auf den Hauptsitz 20. Ferner wirkt der Impulsdruck noch direkt über die
wirksame Kolbenfläche 21 des äußeren Kolbens 18 gegen die Zugfeder
19 auf den Sitz 20. Mit 22 ist der öldruckraum und mit 23 der Ablaufraum
benannt.
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Die in F i g. 2 gezeigte Stellung entspricht der des geöffneten
Stellgliedes. Wenn der Impulsdruck im Raum 13 auf einen bestimmten Wert absinkt,
drückt die Druckfeder 15 und der an der Ringfläche 16 anstehende öldruck
den inneren Kolben 14 des Zweisitzerventils so weit von seinem Sitz 17, bis
der im Kolben 14 sitzende Stift 24 zur Anlage kommt. Es wird somit der Impulsdruckraum
13 durch die Bohrungen 25 mit dem Ablaufraum 23 verbunden.
Anschließend zieht die Zugfeder 19 den äußeren Kolben 18 von seinem
Sitz 20, und es wird der Öldruckraum 22 sowie der Verstärkerraum 26 über
die Bohrungen 27 und 28 mit dem Ablaufraum 23 verbunden. Durch
den offenen Sitz 17 wird das Hubvolumen über die Bohrungen 25 in den
Ablaufraum 23 gedrückt. -
Nach Beendigung des Hubes liegt der innere
Kolben 14 auf dem Anschlag 29 auf, und der äußere Kolben 18 kommt
auf dem Sitz 17 zur Anlage. In dieser Stellung ist das Stellglied geschlossen.
Da das Drucköl aus dem Verstärkerraum 26 durch die Bohrung 28 in den
Ablaufraum 23 gelangen konnte, muß zum Einklinken des neuen Zweisitzventils
bei ansteigendem Impulsdruck nur die relativ kleine Kraft der Druckfeder
15 überwunden werden, um den inneren Kolben 14 über dessen wirksame Kolbensläche
auf den Sitz 17 zu drücken. Wenn der Impulsdruck - multipliziert mit
der gesamten wirksamen Kolbenfläche des inneren Kolbens 14 und des äußeren Kolbens
18 - die Einklinkkraft der Zugfeder 19 erreicht, wird das so in sich
verspannte System von innerem und äußerem Kolben 14 und 18 auf den Sitz 20
gedrückt.
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Hat der Impulsdruck wieder seinen Ausgangswert erreicht, kann Drucköl
unter den Kraftkolben 3 des Stellgliedes gelangen. Dieses Drucköl bewirkt
über die Bohrungen 27 und 28, multipliziert mit der Ringfläche
16, eine zusätzliche, in Richtung der Druckfeder 15 wirkende Kraft,
die das richtige Auslöseverhältnis von äußerem Kolben 18 und innerem Kolben
14 wiederherstellt. Das neue Zweisitzventil, also der Absteuerbeschleuniger, ist
somit wieder betriebsbereit.
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Außerdem weist das Gehäuse 11 des neuen Zweisitzventils eine
Ringnut 30 und eine Bohrung 31 auf, durch welche Sickeröl in einen
Raum 32 gelangen kann, von dem aus es durch Bohrungen 33 in den Raum
34 fließt. Dieser Raum 34 steht durch weitere Bohrungen 35 und
36 und über Bohrungen 25 mit dem Ablaufraum 23 in Verbindung.
Von den Bohrungen 35 und 36 sind zweckmäßig vier gleichmäßig am Umfang
des inneren Kolbens 14 verteilt. Mit 37
ist die Öffnung des Gehäuses
1 benannt, die zum Ablaufraum 23 führt.
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Das erfindungsgemäße Zweisitzventil kann auch als bauliche, an den
Druckölraum 22 und den Ab-
laufraum 23 des Stellgliedgehäuses
1 anschließbare, selbständige Einheit gestaltet sein.