EP0353586A2 - Einrichtung zur Betätigung einer Schnellschlussklappe - Google Patents

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EP0353586A2
EP0353586A2 EP89113594A EP89113594A EP0353586A2 EP 0353586 A2 EP0353586 A2 EP 0353586A2 EP 89113594 A EP89113594 A EP 89113594A EP 89113594 A EP89113594 A EP 89113594A EP 0353586 A2 EP0353586 A2 EP 0353586A2
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EP
European Patent Office
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quick
closing
hydraulic
closing flap
flap
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EP89113594A
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English (en)
French (fr)
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EP0353586A3 (en
EP0353586B1 (de
Inventor
Wolfgang Kindermann
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Publication of EP0353586A2 publication Critical patent/EP0353586A2/de
Publication of EP0353586A3 publication Critical patent/EP0353586A3/de
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    • 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
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/02—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member
    • F15B15/06—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement
    • F15B15/065—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement the motor being of the rack-and-pinion type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/20—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted
    • F01D17/22—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical
    • F01D17/26—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical fluid, e.g. hydraulic

Definitions

  • the present invention relates to a device for actuating a quick-closing flap according to the preamble of claim 1.
  • a quick-closing flap In a steam feed line to a working machine, in particular a steam turbine, quick-closing fittings are generally arranged which are intended to interrupt the steam flow in the shortest possible time in the event of a fault. Operating times for such quick-closing fittings are in the order of 100 milliseconds in the closing direction, while in the opening direction, for example, about 10 seconds of operating time are required.
  • a quick-closing fitting can be designed as a cone seat valve or as a flap mounted approximately in the middle.
  • the object of the present invention is to provide a device for actuating a quick-closing flap, which enables the required short closing times with minimal wear and high operational reliability.
  • Racks are preferably used in cooperation with a pinion attached to the end of the rotary shaft.
  • a pinion attached to the end of the rotary shaft.
  • the toothed racks can be approximately cylindrical in cross-section and can be guided in bushings that are open toward the pinion. It can be particularly advantageous if there is only a force contact between the toothed racks and the springs or hydraulic cylinders moving them, but not a fixed connection. In this way, the central guidance of springs or hydraulic cylinders remains unaffected by any possible wear of the racks in the bushings.
  • the forces necessary to open a quick-closing flap, at which a large differential pressure is present, can be considerably reduced by an additional device, which results in a significant reduction in the hydraulic parts of the opening mechanism.
  • an additional device is suitable if a control valve is also arranged behind a quick-closing flap, which is the case with Steam turbines in general are the case.
  • the downstream control valve is normally also closed.
  • this control valve has a leakage flow, so that a large differential pressure is present at the quick-closing flap.
  • This differential pressure can be compensated by a bypass line that bridges the quick-closing flap.
  • the bypass line must have at least one shut-off device so that it can also be shut off in the event of a short-circuit.
  • at least two shut-off devices are usually arranged one behind the other.
  • a further embodiment of the invention relates to the damped entry of the flap plate into the closed end position.
  • the existing two separate means for opening or closing the quick-closing flap make it possible to use the hydraulic means initially available for opening also to effect a damped entry of the flap plate into the closed end position.
  • the closing process is initially triggered by opening an outlet for the hydraulic fluid present in the hydraulic cylinders via valves. In the first phase of the closing process, it is desirable that the hydraulic fluid can emerge from the hydraulic cylinders as quickly as possible. To reduce the closing speed shortly before the closing end position, however, a counter torque can be brought about in the drive by reducing the hydraulic fluid flow ejected from the hydraulic cylinders.
  • an outflow throttle is preferably kept at a constant or angle-dependent differential pressure by connecting at least one hydraulic pressure compensator.
  • the interaction of one or two pressure compensators with an outflow throttle can achieve a load-independent damping of the quick-closing flap.
  • the spring preloads of the pressure compensators can be changed depending on the angle of rotation, for example, via a cam disk attached to the rotary shaft of the drive.
  • the intercepting throttle can also be adjusted depending on the angle of rotation, the pressure compensators being set to a predetermined differential pressure at the throttle. In this way, a closing speed curve is brought about which continuously changes from the maximum closing speed to a lower impact speed which is still permissible for the elastic seal of the quick-closing flap, regardless of the closing moment of the flap.
  • a bypass line 4 bypasses the quick-closing cap 1 and connects the line section 3a to the section 3b.
  • the bypass line 4 is provided with two shut-off valves 5a, 5b for redundancy reasons, which can be closed simultaneously with the quick-closing flap 1.
  • the bypass line 4 and its shut-off elements 5a, 5b are dimensioned for a steam flow which is at least somewhat larger than the leakage flow of the closed control valve 2.
  • Quick-closing flap 1 and the shut-off valves 5a, 5b are spring-loaded in a safety-related manner so that they close automatically when there are malfunctions in the electronics or hydraulics.
  • the quick-closing flap 1 has a rotary shaft 11 which is guided outwards through the steam line on at least one side and is provided with a pinion 12 at its end. With the pinion 12 are two pairs of racks 13, 14 in engagement.
  • a pair of racks 13 can be actuated by hydraulic opening pistons 6, which slide in hydraulic cylinders 8, and serves to open the quick-closing flap 11.
  • Another pair of racks 14, which is completely independent of the first one is connected to closing springs 7 and acts in the closing direction the quick-closing flap 1.
  • the associated hydraulic system consists of a container 18 with hydraulic fluid, a pump 19 which, if necessary, delivers hydraulic fluid to a reservoir 20 or a hydraulic fluid feed line 21 into the hydraulic cylinders 8 via non-described check valves.
  • the quick-closing flap 1 can be opened and remains open until the hydraulic fluid in the hydraulic cylinders 8 opens a drainage path becomes what leads to the triggering of the quick close.
  • Such a drainage path is provided by the drain lines 22, 25, 28 when the safety-related drain valves 24a, 24b are opened by their controller 23a, 23b.
  • valves 34a, 34b Simultaneously with the valves 24a, 24b, the valves 34a, 34b also open, which close the shut-off valves 5a, 5b in the bypass line 4.
  • a quick close should shut off the steam line 3a, 3b, 3c within about 100 milliseconds.
  • the high speed of the quick-closing flap required for this makes it necessary that the hydraulic fluid in the hydraulic cylinders 8 can initially flow out very quickly.
  • the hydraulic fluid flow ejected from the hydraulic cylinders 8 is reduced towards the end of the closing process.
  • a minimum current can always flow through a throttle point 30 to the discharge line 28, but initially existing partial flows are changed by an intercepting throttle 27 and a throttle point 29 as well as by pressure compensators 26a, 26b and the associated adjustable throttle points depending on the position of the rotary shaft 11.
  • cam disks (not shown) can be fastened on the rotary shaft 11, which change the spring preloads of the intercepting throttle 27 or pressure compensators 26a, 26b depending on the angle of rotation by means of mechanical tappets.
  • an adjustable intercepting throttle 27 which would be greatly reduced in cross section, for example, from an angle of rotation of 79 °, ie 11 ° before the closing end position, would be sufficient to dampen the flap plate.
  • the outflow throttle 27 is preceded by a hydraulic pressure compensator 26a, which the Differential pressure above the discharge throttle 27 maintains a constant or predeterminable value depending on the angle of rotation.
  • the working areas in hydraulic pressure compensators are limited are preferably two such devices 26a, 26b connected in parallel.
  • the two pressure compensators can be adjusted from a rotation angle of 80 ° or 85 ° with a different spring preload by means of a cam disc in order to achieve a desired damping characteristic regardless of the form.
  • shut-off valves 5a, 5b with their spring-loaded drives 32a, 32b generally do not require a separate damping device, so that they close immediately when the valves 34a, 34b are opened. If the quick-closing flap 1 is to be opened again, the switch 35 is closed and the pump 19 begins to deliver hydraulic fluid. As a result, the valves 24a, 24b, 34a, 34b are closed and, via the valve control 31, the shut-off valve drives 32a, 32b are initially acted upon with pressurized fluid, so that the valves 5a, 5b open.
  • a pinion 12 is arranged, with which the rack pairs 13, 14 are in engagement.
  • the racks 13, 14 are each guided in guide bushes 15, which are open laterally only in the area of the pinion 12.
  • the guide bushes 15 are incorporated in a housing block 16.
  • Above the housing block 16 is a control room 17, in which the hydraulic controls and the other elements of the hydraulic circuit are arranged.
  • the rotary shaft 11 protrudes into this control chamber 17 and can optionally carry cam disks there, which are in engagement with individual elements of the hydraulic Circuit if they are to be changed depending on the angle of rotation.
  • the present invention is suitable as a drive for quick closing flaps in steam lines of steam turbine systems, in particular also for high pressures and large nominal widths of the steam lines.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Be­tätigung einer Schnellschlußklappe (1) in einer Dampflei­tung (3a, 3b, 3c), vorzugsweise bei einer Dampfturbine. Auf der Drehwelle (11) der Schnellschlußklappe (1) ist ein Ritzel (12) angeordnet, mit welchem sich zwei Paare von Zahn­stangen (13, 14) in Eingriff befinden. Ein Paar Zahnstangen (13) dient in Verbindung mit hydraulischen Mitteln (6, 8) zum Öffnen der Schnellschlußklappe (1), das andere Paar (14) in Verbindung mit Schließfedern (7) zum schnellen Schließen. Die beiden unabhängigen Systeme zum Öffnen bzw. Schließen verringern durch völlige Spielfreiheit den Verschleiß der Mechanik und ermöglichen über eine entsprechende hydraulische Verschaltung eine Dämpfung des Klappentellers der Schnellschluß­klappe (1) beim Einlauf in die Schließendstellung. Um diese Dämpfung unabhängig von verschiedenen Betriebszuständen zu halten, werden Druckwaagen (26a, 26b) in Verbindung mit einer Abfangdrossel (27) eingesetzt, die auch drehwinkelabhängig ver­stellbar sein können. Zur Druckentlastung der Schnellschluß­klappe (1) beim Öffnen dient eine Umgehungsleitung (4), welche ihrerseits durch schnell schließende Absperrventile (5a, 5b) absperrbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Betä­tigung einer Schnellschlußklappe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In einer Dampfzuleitung zu einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Dampfturbine, sind im allgemeinen Schnell­schlußarmaturen angeordnet, die im Falle einer Störung in kür­zester Zeit die Dampfströmung unterbrechen sollen. Stellzeiten für solche Schnellschlußarmaturen liegen in Schließrichtung in der Größenordnung von 100 Millisekunden, während in Öffnungs­richtung beispielsweise etwa 10 Sekunden Stellzeit gefordert werden. Eine Schnellschlußarmatur kann als Kegelsitzventil oder als etwa mittig gelagerte Klappe ausgeführt sein.
  • In einem Prospekt "Klinger-Information" mit der Nr. AIC-10.84-­2 B-Nr. 168, der Rich. Klinger GmbH, D-6270 Idstein/Taunus, wird eine Hochleistungsklappe beschrieben, deren prinzipiel­ler Aufbau sich auch für die Verwendung als Schnellschlußklappe eignet. Diese Klappe ist doppelexzentrisch gelagert, was zur Folge hat, daß sich in geschlossener Stellung durch den anste­henden Differenzdruck ein großes Drehmoment in Schließrichtung ergibt, welches beim Öffnen überwunden werden muß. Andererseits ist zum Schließen kein großes Stellmoment erforderlich, da im Falle des Vorhandenseins einer Dampfströmung in der Dampflei­tung das Schließmoment von dieser verstärkt wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Ein­richtung zur Betätigung einer Schnellschlußklappe, welche die geforderten kurzen Schließzeiten bei minimalem Verschleiß und hoher Betriebssicherheit ermöglicht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine gattungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Wesentlich hierbei ist, daß zwei getrennte mechanische Mittel für die beiden Bewegungsrichtungen der Schnellschlußklappe vorgesehen sind, welche immer beide gleichzeitig in Eingriff sind. Wie bei sicherheitstechnisch relevanten Armaturen üb­lich, werden dabei federbelastete mechanische Mittel in Schließrichtung verwendet und hydraulische für die Bewegung in Öffnungsrichtung. Dadurch, daß beide Mittel in entgegen­gesetzten Richtungen gleichzeitig in Eingriff sind, wird jedes Spiel in der Mechanik vermieden, wodurch selbst bei einer Momentenumkehr und hohen Betätigungsgeschwindigkeiten im Falle des Schließens kein großer Verschleiß auftreten kann.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unter­ansprüchen beschrieben. Bevorzugt werden Zahnstangen im Zu­sammenwirken mit einem auf dem Ende der Drehwelle befestigten Ritzel verwendet. Dabei ist es aus Gründen der symmetrischen Belastung des Ritzels besonders günstig, Paare von auf gegen­überliegenden Seiten des Ritzels angreifenden Zahnstangen für jede der beiden mechanischen Bewegungsrichtungen zu verwenden.
  • Dabei können die Zahnstangen bis auf den gezähnten Bereich im Querschnitt etwa zylindrisch geformt sein und in zum Ritzel hin offenen Buchsen geführt werden. Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn zwischen den Zahnstangen und den diese bewegenden Federn bzw. Hydraulikzylindern nur ein Kraftkontakt besteht, nicht aber eine feste Verbindung. Auf diese Weise bleibt die Mittenführung von Federn bzw. Hydraulikzylinder un­beeinflußt von einem eventuellen Führungsverschleiß der Zahn­stangen in den Buchsen.
  • Weitere erfindungsgemäße Einzelheiten der mechanischen Teile der Einrichtung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Gemäß dem Anspruch 6 können die Kräfte, die zum öffnen einer Schnellschlußklappe, an der ein großer Differenzdruck ansteht, notwendig sind, durch eine Zusatzeinrichtung erheblich ver­ringert werden, was eine deutliche Verkleinerung der hydrau­lischen Teile der Öffnungsmechanik zur Folge hat. Eine solche Zusatzeinrichtung eignet sich dann, wenn hinter einer Schnell­schlußklappe noch ein Steuerventil angeordnet ist, was bei Dampfturbinen im allgemeinen der Fall ist. Bei geschlossener Schnellschlußklappe wird normalerweise auch das nachgeordnete Steuerventil geschlossen. Dieses Steuerventil hat jedoch einen Leckagedurchfluß, so daß an der Schnellschlußklappe ein gro­ßer Differenzdruck ansteht. Durch eine Umgehungsleitung, wel­che die Schnellschlußklappe überbrückt, kann dieser Differenz­druck ausgeglichen werden. Die Umgehungsleitung muß dabei min­destens ein Absperrorgan aufweisen, damit diese im Schnell­schlußfalle ebenfalls abgesperrt werden kann. Aus Sicher­heits- bzw. Redundanzgründen werden meist mindestens zwei Absperrorgane hintereinander angeordnet. Durch Öffnen der Ab­sperrorgane in der Umgehungsleitung vor dem Öffnen der Schnell­schlußklappe kann ein Druckausgleich vor und hinter der Schnell­schlußklappe hergestellt werden. Dadurch läßt sich diese mit we­sentlich geringeren Momenten öffnen. Hierzu sollten die Um­gehungsleitung und deren Absperrorgane mindestens für einen Dampfdurchfluß ausgelegt sein, der etwas größer als der Leckage­durchfluß des nachgeschalteten Stellventils in geschlossenem Zustand ist.
  • Um einen Verschleiß der Schnellschlußklappe selbst und von deren Dichtung zu vermindern, betrifft eine weitere Ausgestal­tung der Erfindung den gedämpften Einlauf des Klappentellers in die Schließendstellung. Durch die vorhandenen zwei getrenn­ten Mittel zum Öffnen bzw. Schließen der Schnellschlußklappe bietet sich die Möglichkeit, die zunächst zum Öffnen vorhande­nen hydraulischen Mittel auch dazu einzusetzen, einen gedämpften Einlauf des Klappentellers in die Schließendstellung zu bewirken. Der Schließvorgang wird zunächst dadurch ausgelöst, daß für das in den Hydraulikzylindern vorhandene Hydraulikfluid über Ventile ein Auslaß geöffnet wird. In der ersten Phase des Schließvor­ganges ist es dabei erwünscht, daß das Hydraulikfluid möglichst schnell aus den Hydraulikzylindern austreten kann. Zur Reduzie­rung der Schließgeschwindigkeit kurz vor der Schließendstellung kann jedoch im Antrieb ein Gegenmoment dadurch bewirkt werden, daß der aus den Hydraulikzylindern ausgeschobene Hydraulikfluid­strom verringert wird. Diese Verringerung kann vorzugsweise dreh­winkelabhängig erfolgen ab einem bestimmten, einstellbaren Dreh­ winkel der Drehwelle, beispielsweise 79°. Ein Teil des drehwin­kelabhängigen Schließmomentes, dem das Dämpfungsmoment entgegen­wirken muß, ist das vom Differenzdruck an der Klappe abhängige Strömungsmoment. Je nach Lastzustand der Gesamtanlage, bei dem der Schnellschluß der Klappe erfolgt, ist daher das Schließmo­ment und damit der Öldruck im Hydraulikzylinder während des Dämpfungsvorganges ein anderer. Deshalb wird in der erfindungs­gemäßen Ausführung der Dämpfungseinrichtung vorzugsweise eine Abströmdrossel durch das Vorschalten mindestens einer hydrauli­schen Druckwaage auf konstantem bzw. drehwinkelabhängigem Dif­ferenzdruck gehalten. Wie anhand der Zeichnung näher erläutert wird, kann durch das Zusammenwirken von einer oder zwei Druck­waagen mit einer Abströmdrossel eine belastungsunabhängige Dämpfung der Schnellschlußklappe erreicht werden. Dabei können zur Erzielung einer ganz bestimmten Dämpfungscharakteristik die Federvorspannungen der Druckwaagen beispielsweise über eine auf der Drehwelle des Antriebes befestigte Nockenscheibe drehwinkel­abhängig verändert werden. Alternativ kann auch die Abfangdros­sel drehwinkelabhängig verstellt werden, wobei die Druckwaagen auf einen fest vorgegebenen Differenzdruck an der Drossel ein­gestellt werden. So wird ein Schließgeschwindigkeitsverlauf herbeigeführt, der von der maximalen Schließgeschwindigkeit stetig übergeht in eine geringere, für die elastische Dichtung der Schnellschlußklappe noch zulässige Auftreffgeschwindigkeit, und zwar unabhängig vom Schließmoment der Klappe.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen
    • Fig. 1 eine schematisierte Gesamtanordnung von Schnellschluß­klappe und zugehöriger hydraulischer Steuerung und
    • Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Schnellschlußklappen-­Schaltantrieb.
  • Fig. 1 zeigt eine aus drei Abschnitten 3a, 3b, 3c bestehende Dampfleitung, deren Abschnitte durch eine Schnellschlußklappe 1 und ein nachgeschaltetes Stellventil 2 voneinander getrennt werden können. Eine Umgehungsleitung 4 umgeht die Schnellschluß­kappe 1 und verbindet den Leitungsabschnitt 3a mit dem Ab­schnitt 3b. Die Umgehungsleitung 4 ist aus Redundanzgründen mit zwei Absperrventilen 5a, 5b versehen, welche gleich­zeitig mit der Schnellschlußklappe 1 geschlossen werden kön­nen. Die Umgehungsleitung 4 und deren Absperrorgane 5a, 5b sind für einen Dampfdurchfluß dimensioniert, der mindestens etwas größer als der Leckagedurchfluß des geschlossenen Stell­ventils 2 ist. Schnellschlußklappe 1 und die Absperrventile 5a, 5b sind sicherheitsgerichtet federbelastet, so daß sie sich automatisch schließen, wenn es zu Störungen in der Elek­tronik oder Hydraulik kommt. Die Schnellschlußklappe 1 weist eine Drehwelle 11 auf, welche mindestens an einer Seite durch die Dampfleitung nach außen geführt und mit einem Ritzel 12 an ihrem Ende versehen ist. Mit dem Ritzel 12 stehen zwei Paare von Zahnstangen 13, 14 in Eingriff. Ein Zahnstangenpaar 13 kann dabei von Hydraulik-Öffnungskolben 6, die in Hydraulikzylindern 8 gleiten, betätigt werden und dient zum Öffnen der Schnell­schlußklappe 11. Ein weiteres Zahnstangenpaar 14, welches völ­lig unabhängig von dem ersten ist, steht mit Schließfedern 7 in Verbindung und wirkt in Schließrichtung der Schnellschluß­klappe 1. Zwischen den Zahnstangenpaaren 13, 14 und den Hydrau­liköffnungskolben 6 bzw. den Schließfedern 7 besteht nur ein Kraftkontakt, so daß die Mittenführung der Hydraulik-Öffnungs kolben 6 bzw. Schließfedern 7 nicht durch einen etwaigen Ver­schleiß in der Führung der Zahnstangen 13, 14 beeinträchtigt wird.
  • Die bisher beschriebenen Teile sind in der Fig. 1 nur schema­tisch dargestellt, da diese Figur der Veranschaulichung des zu­gehörigen hydraulischen Schaltschemas dient. Das zugehörige Hy­drauliksystem besteht aus einem Behälter 18 mit Hydraulikflüs­sigkeit, einer Pumpe 19, welche bei Bedarf über nicht näher be­schriebene Rückschlagventile Hydraulikfluid in einen Speicher 20 bzw. über eine Hydraulikfluid-Zuleitung 21 in die Hydraulik­zylinder 8 fördert. Auf diese Weise kann die Schnellschlußklap­pe 1 geöffnet werden und bleibt solange offen, bis dem Hydrau­likfluid in den Hydraulikzylindern 8 ein Abflußweg geöffnet wird, was zur Auslösung des Schnellschlusses führt. Ein solcher Abflußweg ist durch die Ablaufleitungen 22, 25, 28 gegeben, wenn die sicherheitsgerichteten Ablaßventile 24a, 24b durch ihre Steuerung 23a, 23b geöffnet werden. Diese Ventile und Steuerungen sind aus Redundanzgründen doppelt vorhanden. Gleichzeitig mit den Ventilen 24a, 24b öffnen auch die Ven­tile 34a, 34b, welche die Absperrventile 5a, 5b in der Um­gehungsleitung 4 schließen. Ein Schnellschluß soll die Dampf­leitung 3a, 3b, 3c innerhalb von etwa 100 Millisekunden ab­sperren. Die hierzu notwendige große Geschwindigkeit der Schnell­schlußklappe macht es erforderlich, daß das Hydraulikfluid in den Hydraulikzylindern 8 zunächst sehr schnell ausströmen kann. Um jedoch zu vermeiden, daß der Klappenteller der Schnellschluß­klappe 1 mit großer Geschwindigkeit in die Schließendstellung fährt und dabei Verschleiß oder ein Schaden entsteht, wird ge­gen Ende des Schließvorganges der aus den Hydraulikzylindern 8 ausgeschobene Hydraulikfluidstrom verringert. Ein Mindeststrom kann zwar immer durch eine Drosselstelle 30 zur Ablaufleitung 28 fließen, jedoch werden anfangs vorhandene Teilströme durch eine Abfangdrossel 27 und eine Drosselstelle 29 sowie durch Druck­waagen 26a, 26b und damit verbundene regelbare Drosselstellen in Abhängigkeit von der Stellung der Drehwelle 11 verändert. Hierzu können nicht dargestellte Nockenscheiben auf der Dreh­welle 11 befestigt werden, welche über mechanische Stößel die Federvorspannungen von Abfangdrossel 27 bzw. Druckwaagen 26a, 26b drehwinkelabhängig verändern. Bei konstanten Bedinungen würde eine verstellbare Abfangdrossel 27, welche beispielswei­se ab einem Drehwinkel von 79°, d. h. 11° vor der Schließend­stellung, im Querschnitt stark verkleinert würde, zur Dämpfung des Klappentellers ausreichen. Da jedoch je nach der Dampf­strömung in der Dampfleitung 3a, 3b, 3c ganz unterschiedliche Schließkräfte auf den Klappenteller wirken können, was unter­schiedliche Öldrücke im Hydraulikzylinder während des Dämpfungs­vorganges bewirkt, ist es vorteilhaft, wenn der Abströmdros­sel 27 eine hydraulische Druckwaage 26a vorgeschaltet wird, welche den Differenzdruck über der Abströmdrossel 27 auf einem konstanten bzw. vorgebbar drehwinkelabhängigen Wert hält. Da die Arbeitsbereiche bei hydraulischen Druckwaagen begrenzt sind, werden vorzugsweise zwei derartige Einrichtungen 26a, 26b parallel geschaltet. So können die beiden Druckwaagen beispiels­weise ab einem Drehwinkel von 80° bzw. 85° mit einer anderen Federvorspannung durch eine Nockenscheibe eingestellt werden, um eine gewünschte Dämpfungscharakteristik unabhängig vom Vor­druck zu erreichen. Das ausströmende Druckfluid gelangt über die Ablaufleitung 28 wieder in den Behälter 18. Die wesentlich kleineren Absperrventile 5a, 5b mit ihren federbelasteten Antrieben 32a, 32b benötigen im allgemeinen keine geson­derte Dämpfungseinrichtung, so daß diese sich beim Öffnen der Ventil 34a, 34b sofort schließen. Soll die Schnellschlußklappe 1 wieder geöffnet werden, so wird der Schalter 35 geschlossen und die Pumpe 19 beginnt Hydraulikfluid zu fördern. Dadurch werden die Ventile 24a, 24b, 34a, 34b geschlossen und über die Ventilsteuerung 31 zunächst die Absperrventilantriebe 32a, 32b mit Druckfluid beaufschlagt, so daß die Ventile 5a, 5b öffnen. Dadurch entsteht ein Druckausgleich in den Leitungsabschnitten 3a, 3b, so daß die Schnellschlußklappe 1 nunmehr leicht durch Betätigung der Hydraulik-Öffnungskolben 6, die ebenfalls mit Druckfuid beaufschlagt werden, geöffnet werden kann. Dabei werden die Federn 7 wieder gespannt, so daß ein Schnellschluß durch Öffnen des Schalters 35 oder einen Ausfall im Hydraulik­system ausgelöst werden kann.
  • Der Aufbau des in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Schalt­antriebes der Schnellschlußklappe 1 ist in Fig. 2 im Längs­schnitt zur Veranschaulichung der Platzverhältnisse detaillier­ter dargestellt. Auf der Drehwelle 11 ist ein Ritzel 12 ange­ordnet, mit welchem sich die Zahnstangenpaare 13, 14 in Ein­griff befinden. Die Zahnstangen 13, 14 werden jeweils in Füh­rungsbuchsen 15 geführt, welche seitlich nur im Bereich des Rit­zels 12 offen sind. Die Führungsbuchsen 15 sind in einen Ge­häuseblock 16 eingearbeitet. Oberhalb des Gehäuseblocks 16 befindet sich ein Steuerungsraum 17, in welchem die Hydraulik­steuerungen und die übrigen Elemente der hydraulischen Schaltung angeordnet sind. Die Drehwelle 11 ragt in diesen Steuerungs­raum 17 hinein und kann ggf. dort Nockenscheiben tragen, die sich im Eingriff mit einzelnen Elementen der hydraulischen Schaltung befinden, sofern diese drehwinkelabhängig verändert werden sollen. Seitlich an dem Gehäuseblock 16 befindet sich ein Behälter 18 mit Hydraulikfluid, in welchem eine Pumpe 19 angeordnet ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Ge­häuseblockes 16 sind Druckspeicher 20 angeordnet. Der gesamte Schaltantrieb 10 ist außerhalb der Dampfleitung 3a, 3b, 3c um die aus dieser herausragende Drehwelle 11 angeordnet.
  • Die vorliegende Erfindung eignet sich als Antrieb für Schnell­schlußklappen in Dampfleitungen von Dampfturbinenanlagen, insbesondere auch für hohe Drücke und große Nennweiten der Dampfleitungen.

Claims (12)

1. Einrichtung zur Betätigung einer Schnellschlußklappe (1) in einer Dampfleitung (3a, 3b, 3c), wobei die Schnellschlußklappe (1) in der Dampfleitung (3a, 3b, 3c) auf einer Drehwelle (11), vorzugsweise doppelexzentrisch, angeordnet ist, die einen Dreh­winkel von etwa 90° hat, und wobei die Drehwelle (11) minde­stens an einem Ende durch die Wand der Dampfleitung (3a, 3b, 3c) nach außen geführt ist und mindestens an diesem Ende me­chanische Mittel (12, 13, 14) zum Drehen der Drehwelle (11) an­greifen, gekennzeichnet durch folgende Merk­male:
a) An dem Ende (12) der Drehwelle (11) greifen mindestens zwei voneinander getrennte, einander entgegenwirkende mechanische Mittel (13, 14) zum Umwandeln einer Linearbewegung in eine Drehbewegung an;
b) die ersten (13) dieser Mittel sind hydraulisch (6) in Öff­nungsrichtung wirkende Mittel;
c) die zweiten (14) dieser Mittel sind durch latente Feder­kräfte (7) in Schließrichtung wirkende Mittel.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die mechanischen Mittel (13, 14) zum Um­wandeln einer linearen Bewegung in eine Drehbewegung mindestens ein auf der Drehwelle (11) befestigtes Ritzel (12) und damit zusammenwirkende Zahnstangen (13, 14) sind, insbesondere Paare von auf gegenüberliegenden Seiten des Ritzels (12) angreifenden Zahnstangen (13, 14).
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Zahnstangen (13, 14) im Querschnitt etwa zylindrisch sind und in zum Ritzel (12) hin offenen Buch­sen (15) geführt sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß die in Öffnungsrichtung wirkenden hydraulischen Mittel (13) Hydraulikzylinder (8) mit Hydraulik-­Öffnungskolben (6) sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schließrichtung wirken­den mechanischen Mittel durch Federpakete (7), insbesondere be­stehend aus Tellerfedern, belastete Zahnstangenpaare (14) sind.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnellschlußklappe (1) in Reihe mit einem Steuerventil (2) geschaltet ist, welches auf der Seite niedrigeren Dampf­druckes angeordnet ist, dadurch gekennzeich­net, daß die Schnellschlußklappe (1) durch eine Umgehungs­leitung (4) überbrückt ist, welche vor der Schnellschlußklappe (1) aus der Dampfleitung (3a) abzweigt, zwischen der Schnell­schlußklappe (1) und dem Steuerventil (2) wieder in die Dampf­leitung (3b) mündet und mindestens ein Absperrorgan (5a, 5b), vorzugsweise ein Schnellschlußventil aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Umgehungsleitung (4) mindestens zwei hintereinandergeschaltete, durch Federkraft schließbare Ab­sperrorgane (5a, 5b) aufweist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (4) und die Absperrorgane (5a, 5b) für einen Dampfdurchfluß ausgelegt sind, der mindestens etwas größer als der Leckagedurchfluß des ge­schlossenen Stellventils (2) ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikzylinder (8) der Hydraulik-Öffnungskolben (6) über Ablaufleitungen (22, 25, 28), Ablaßventile (24a, 24b) und Drosseleinrichtungen (26a, 26b, 27, 29, 30) entleerbar sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Drosseleinrichtungen mindestens eine Abfangdrossel (27) und mindestens eine Druckwaage (26a, 26b) beinhalten, von welchen mindestens eine abhängig von der Stel­lung der Drehwelle (11) verstellbar ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­zeichnet, daß zwei parallel geschaltete Druckwaagen (26a, 26b) vorhanden sind, welche unterschiedliche Arbeits­bereiche haben.
12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Drehwelle (11) eine oder mehrere Nockenscheiben befestigt ist (bzw. sind), die zur Verstellung der Abfangdrossel (27) und/oder der Druckwaa­ge(n) (26a, 26b) im Eingriff mit dieser (bzw. diesen) ist (bzw. sind).
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