DE102007014513B4

DE102007014513B4 - Regeleinrichtung zur Durchflussregelung

Info

Publication number: DE102007014513B4
Application number: DE200710014513
Authority: DE
Inventors: Dr. Bartholomä Klaus; Hubert Hoelz; Tim Jakob
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2027-03-28
Also published as: DE102007014513A1

Abstract

Regeleinrichtung zur Regelung des Durchflusses eines gasförmigen Mediums durch eine vom Medium durchströmte Leitung, mit einer in die Leitung integrierbaren Regelklappe zur Veränderung des Strömungsquerschnitts der Leitung, und mit einem Verstellmotor, um die Regelklappe zur Veränderung des Strömungsquerschnitts der Leitung um eine Drehachse zu verdrehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmotor (13) zusammen mit der Regelklappe (11) um die Drehachse (14 ) der Regelklappe (11) drehbar ist, um den Verstellmotor (13) und die Regelklappe (11) zwischen einer ersten Position, in welcher dieselben einen Normalbetrieb regeln, und einer zweiten Position, in welcher dieselben eine Notstoppfunktion übernehmen, zu überführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Durchflussregelung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsfällen, in welchen der Durchfluss eines insbesondere gasförmigen Mediums durch eine von dem Medium durchströmte Leitung mit Hilfe einer Regeleinrichtung zur Durchflussregelung geregelt werden muss. Hierzu umfasst eine solche Regeleinrichtung eine in der vom Medium durchströmten Leitung positionierte Regelklappe, mit Hilfe derer ein Strmungsquerschnitt der Leitung verändert werden kann, Neben der Rgelklappe umfasst die Regeleinrichtung einen Verstellmotor, um die Regel klappe zur Veränderungdes Strömungsquerschnitts der vom Medium durchströmten Leitung um eine Drehachse zu verdrehen.
So ist es z. B. bekannt, einen Abgasstrom durch eine Abgasleitung, über die das Abgas einer Powerturbine zugeführt werden kann, mit einer solchen Regeleinrichtung zu regeln, wobei in die zur Powerturbine führende Abgasleitung in Reihe zur Regelklappe eine Notstoppklappe geschaltet ist, um bei einem Lastabwurf die Powerturbine gegen Überdrehzahl zu schützen, Bei einem Lastabwurf schließt die in die zur Powerturbine führende Abgasleitung integrierte Notstoppklappe, die in Reihe zur Regelklappe geschaltet ist, und die Abgasströmung wird über eine Bypassleitung an der Powerturbine vorbeigeleitet, wobei in die Bypassleitung ebenfalls eine Regelklappe einer Regeleinrichtung integriert ist. Zu dieser in der Bypassleitung positionierten Regelklappe ist eine Notstoppklappe parallel geschaltet, die im Falle des Lastabwurfs geöffnet wird.
Wie oben ausgeführt, ist sowohl in die zu einer Powerturbine führende Abgasleitung als auch in die Bypassleitung jeweils eine Regelklappe integriert, wobei im Bereich der zur Powerturbine führenden Abgasleitung eine Notstoppklappe in Reihe mit der Regelklappe geschaltet ist, und wobei im Bereich der Bypassleitung eine Notstoppklappe parallel zur Regelklappe geschaltet ist. Die Regelklappen sowie Notstoppklappen sind bei aus der Praxis bekannten Regelreinrichtungen als separate Baugruppen ausgeführt, wodurch ein relativ großer Bauraum benötigt wird.
Weitere Regeleinrichtungen sind beispielsweise aus der DE 19 635 895 A1 , der DE 40 28 702 A1 und der DE 40 22 825 A1 bekannt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine neuartige Regeleinrichtung zur Durchflussregelung zu schaffen. Dieses Problem wird durch eine Regeleinrichtung zur Durchflussregelung nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der Verstellmotor zusammen mit der Regelklappe um die Drehachse der Regelklappe drehbar, um den Verstellmotor und die Regelklappe zwischen einer ersten Position, in welcher dieselben einen Normalbetrieb regeln, und einer zweiten Position, in welcher dieselben eine Notstoppfunktion übernehmen, zu überführen.
Mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ist es erstmals möglich, die Funktion einer Notstoppklappe in die Regelklappe der Regeleinrichtung zu integrieren. Die Regelklappe der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung dient demnach im Normal. betrieb als konventionelle Regelklappe und in einer Notstoppfunktion als Notstoppklappe. Auf eine separate Notstoppklappe kann mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung verzichtet werden. Hierdurch reduziert sich der benötigte Bauraum. Weiterhin kann die Fehleranfälligkeit reduziert werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ahne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung zur Durchflussregelung in Seitenansicht;
2: einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung der 1 im Bereich einer Flanschanbindung in perspektivischer Ansicht;
3: den Ausschnitt der 2 in Draufsicht;
4: eine Alternative zu dem Ausschnitt der 1 in perspektivischer Ansicht;
5: den Ausschnitt der 4 in Draufsicht;
6: eine weitere Alternative zu dem Ausschnitt der 1 in perspektivischer Ansicht; und
7: den Ausschnitt der 6 in Draufsicht.
Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung zur Regelung des Durchflusses eines insbesondere gasförmigen Mediums durch eine von dem Medium durchströmte Leitung beschrieben.
Die in 1 gezeigte Regeleinrichtung 10 verfügt über eine Regelklappe 11, die in eine von dem Medium durchströmte Leitung integrierbar ist, wobei die Regelklappe 11 in einem Gehäuse bzw. einer Aufnahme 12 positioniert ist. Die Regelklappe 11 ist mit Hilfe eines Verstellmotors 13 um eine Drehachse 14 drehbar, wobei die Regelklappe 11 mit dem Verstellmotor 13 über die Drehachse 14 gekoppelt ist.
Durch Verdrehen der Regelklappe 11 mit Hilfe des Verstellmotors 13 ist ein Strömungsquerschnitt der Leitung, in welche die Regelklappe 11 integriert ist, veränderbar, um so den Durchfluss des Mediums durch die durchströmte Leitung einzustellen.
Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung 10 kann die Regelklappe 11 die Funktion einer nach dem Stand der Technik als separate Baugruppe ausgebildeten Notstoppklappe übernehmen, wobei hierzu die Regelklappe 11 zusammen mit dem Verstellmotor 13 um die Drehachse 14 der Regelklappe 11 drehbar ist, um den Verstellmotor 13 und die Regelklappe 11 zwischen einer ersten Position, in welcher dieselben einen Normalbetrieb regeln, und einer zweiten Position, in welcher dieselben eine Notstoppfunktion übernehmen, zu überführen. In der ersten Position dient demnach die Regelklappe 11 als konventionelle Regelklappe und in der zweiten Position als Notstoppklappe.
Die gemeinsame Drehbarkeit des Verstellmotors 13 und der Regelklappe 11 um die Drehachse 14 der Regelklappe 11 wird durch eine spezielle Flanschanbindung 15 gewährleistet, wobei 2 und 3 einen Ausschnitt aus der Regeleinrichtung 10 im Bereich der Flanschanbindung 15 zeigen. An der Flanschanbindung 15 sind sowohl der Verstellmotor 13 als auch die Aufnahme 12 der Regelklappe 11 befestigt, nämlich derart, dass der Verstellmotor 13 an einem ersten Ende 16 der Flanschanbindung 15 und die Aufnahme 12 der Regelklappe 11 an einem zweiten Ende 17 der Flanschanbindung 15 befestigt ist. Das erste Ende 16 der Flanschanbindung 15 ist gegenüber dem zweiten Ende 17 derselben drehbar. Die Drehachse 14, über welche die Regelklappe 11 mit dem Verstellmotor 13 gekoppelt ist, erstreckt sich durch die Flanschanbindung 15 hindurch, wobei die Drehachse 14 gegenüber der Flanschanbindung 15 frei drehbar ist.
Der Flanschanbindung 15 ist eine Verdreheinrichtung 18 zugeordnet, um den Verstellmotor 13 sowie die Regelklappe 11 von der zweiten Position, in welcher dieselben die Notstoppfunktion übernehmen, in die erste Position, in welche dieselben den Normalbetrieb regeln, zu verdrehen. Die Verdreheinrichtung 18 ist im Ausführungsbeispiel der 2 und 3 als Elektromotor ausgebildet, wobei ein mit dem Elektromotor 18 gekoppeltes Zahnrad 19 in ein Zahnrad 20 eintreibt, welches dem ersten Ende 16 der Flanschanbindung 15 zugeordnet ist.
Mit Hilfe des Elektromotors 18 und der in Eingriff stehenden Zahnräder 19, 20 ist das erste Ende 16 der Flanschanbindung 15, an welchem der Elektromotor 13 sowie über die Drehachse 14 die Regelklappe 11 angreift, gegenüber dem zweiten Ende 15 der Flanschanbindung, an welchem die Aufnahme 12 der Regelklappe 11 angreift, verdrehbar, und zwar derart, dass nach dem Verdrehen des ersten Endes 16 der Flanschanbindung 15 gegenüber dem zweiten Ende 17 derselben über den Elektromotor 18 der Verstellmotor 13 sowie die Regelklappe 11 die erste Position einnehmen, in welcher dieselben den Normalbetrieb regeln.
Über eine Arretiereinrichtung 21 werden Verstellmotor 13 und Regelklappe 11 in der ersten Position arretiert, wobei die Arretiereinrichtung 21 im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 zwei Elektromagneten 22 umfasst, die den Elektromotor 18 entgegen der Federkraft von Federn 23 derart in radialer Richtung gegen die Flanschanbindung 15 drücken, dass die beiden Zahnräder 19, 20 in einem Eingriff bleiben. Hierdurch werden der Verstellmotor 13 sowie die Regelklappe 14 in der ersten Position, in welcher dieselben den Normalbetrieb regeln, gehalten.
Bei entriegelter Arretiereinrichtung 21 sind die Elektromagneten 22 unbestromt, so dass die Federn 23 den Elektromotor 18 in radialer Richtung von der Flanschanbindung 15 wegziehen und so die Zahnräder 19, 20 außer Eingriff bringen. Bei einer derart entriegelten Arretiereinrichtung 21 kehren Verstellmotor 13 und Regelklappe 11 selbsttätig in die zweite Position, in welcher dieselben eine Notstoppfunktion übernehmen, zurück, wobei die Verdrehung des Verstellmotors 13 sowie der Regelklappe 11 von einer Spiralfeder 24 vorgenommen wird, die in der ersten Position von Verstellmotor 13 und Regelklappe 11 gespannt ist. Die Spiralfeder 24 greift mit einem Ende am ersten Ende 16 der Flanschanbindung und mit einem anderen Ende am zweiten Ende 17 der Flanschanbindung 15 an. Bei Überführen des Verstellmotors 13 sowie der Regelklappe 11 von der zweiten Position in die erste Position mit Hilfe des Elektromotors 18 wird bedingt dadurch, dass das erste Ende 16 der Flanschanbindung 15 gegenüber dem zweiten Ende 17 derselben verdreht wird, die Spiralfeder 24 gespannt.
Bei der Flanschanbindung 15 der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung 10 ist demnach das erste Ende 16 der Flanschanbindung 15, an welchem der Verstellmotor 13 sowie über die Drehachse 14 auch die Regelklappe 11 angreift, gegenüber dem zweiten Ende 17 der Flanschanbindung 15 drehbar, wobei am zweiten Ende 17 der Flanschanbindung 15 die Aufnahme 12 der Regelklappe 11 befestigt ist. Um die Verstelleinrichtung 13 sowie die Regelklappe 11 in die erste Position, in welcher dieselben den Normalbetrieb regeln, zu überführen, ist das erste Ende 16 der Flanschanbindung 15 gegenüber dem zweiten Ende 17 derselben um 90° drehbar, wobei hierbei die Spiralfeder 24 gespannt wird. Das Verdrehen des ersten Endes 16 gegenüber dem zweiten Ende 17 der Flanschanbindung 15 erfolgt unter Verwendung des Elektromotors 18, dessen Zahnrad 19 mit dem Zahnrad 20 des ersten Endes 16 der Flanschanbindung 15 in Eingriff steht. Dann, wenn die Regelklappe die Funktion einer Notstoppklappe übernehmen soll, wird die Arretiereinrichtung 21 entriegelt, wodurch der Elektromotor 18 in radialer Richtung gegenüber der Flanschanbindung 15 verschoben wird, so dass die Zahnräder 19, 20 außer Eingriff gelangen. Die Spiralfeder 24 überführt dann den Verstellmotor 13 sowie die Regelklappe 11 durch Verdrehen derselben um 90° in die zweite Position, in der dieselben die Notstoppfunktion übernehmen.
Alternativ ist es möglich, dass die Spiralfeder 24 manuell oder über den Verstellmotor 13 gespannt wird. In diesen Fällen dient dann der Elektromotor 18 nicht mehr dem Spannen der Spiralfeder. Ein Auslösemechanismus, um über die gespannte Spiralfeder 24 die Regelklappe 11 selbsttätig in die zweite Position zurückführen, kann in diesen Fällen mit einem Sperrrad realisiert werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass beim Verdrehen des Verstellmotors 13 sowie der Regelklappe 11 in die erste Position, in welcher dieselben den Normalbetrieb regeln, mit Hilfe eines Endlagenschalters die Position des Zahnrads 19 erkannt wird, um so den Elektromotor 18 abzuschalten, sobald die Endlage des Zahnrads 19 erreicht ist. Der Elektromotor 18 kann mit Hilfe einer großen Übersetzung und einer relativ langen Zeitvorgabe zum Spannen der Torsionsfeder 24 leistungsmäßig klein ausgelegt werden.
Mit Hilfe eines Dämpfers 25 kann die Drehung der Regelklappe 11 gedämpft werden, um so zu verhindern, dass ein Dichtring zwischen Regelklappe 11 und Aufnahme 12 der Regelklappe 11 beschädigt wird. Der Dämpfer 25 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel von einer Nocke gebildet, die mit dem Zahnrad 20, welches dem zweiten Ende 16 der Flanschanbindung 15 zugeordnet ist, zusammenwirkt.
4 und 5 zeigen eine alternative Ausgestaltung des Details der 2 und 3, wobei sich das Ausführungsbeispiel der 4 und 5 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass das dem Elektromotor 18 zugeordnete Zahnrad 19 im Ausführungsbeispiel der 4 und 5 mit einem eine Innenverzahnung aufweisenden Zahnrad 20 und im Ausführungsbeispiel der 2 und 3 mit einem eine Außenverzahnung aufweisenden Zahnrads 20 zusammenwirkt. Hinsichtlich der übrigen Details stimmt jedoch das Ausführungsbeispiel der 4, 5 mit dem Ausführungsbeispiel der 2, 3 überein, so dass zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden.
6 und 7 zeigen eine weitere alternative Ausgestaltung des Details der 2, 3. Im Ausführungsbeispiel der 6, 7 wird die Funktion der Verdreheinrichtung, mit Hilfe derer das erste Ende 16 der Flanschanbindung 15 gegenüber dem zweiten Ende 17 derselben verdreht werden kann, sowie die Funktion der Arretiereinrichtung, die der Arretierung der Flanschanbindung 15 und damit der Regelklappe 11 sowie des Verstellmotors 13 in der zweiten Position dient, von einem Pneumatikzylinder 26 bereitgestellt. Der Pneumatikzylinder 26 wirkt über einen Hebelarm 27 auf die Flanschanbindung 15 ein, um das erste Ende 16 gegenüber dem zweiten Ende 17 zu verdrehen. Ein erstes Ende 28 des Hebelarms 27 greift ein Pneumatikzylinder 26 gelenkig an, ein zweites Ende 29 des Hebelarms 27 greift hingegen ungelenkig an der Flanschanbindung 15 an. Bei Verwendung des Pneumatikzylinders 26 als Verstelleinrichtung sowie Arretiereinrichtung kann auf die in den Ausführungsbeispielen der 2, 3 sowie 4, 5 benötigten Elektromotoren 18, Magneten 22, Dämpfer 25, Zahnräder 19 und 20, Federn 23 sowie Spiralfedern 24 verzichtet werden.
Bezugszeichenliste

10: Regeleinrichtung
11: Regelklappe
12: Aufnahme
13: Verstellmotor
14: Drehachse
15: Flanschanbindung
16: erstes Ende
17: zweites Ende
18: Verdreheinrichtung
19: Zahnrad
20: Zahnrad
21: Arretiereinrichtung
22: Elektromagnet
23: Feder
24: Spiralfeder
25: Dämpfer
26: Pneumatikzylinder
27: Hebelarm
28: erstes Ende
29: zweites Ende

Claims

Regeleinrichtung zur Regelung des Durchflusses eines gasförmigen Mediums durch eine vom Medium durchströmte Leitung, mit einer in die Leitung integrierbaren Regelklappe zur Veränderung des Strömungsquerschnitts der Leitung, und mit einem Verstellmotor, um die Regelklappe zur Veränderung des Strömungsquerschnitts der Leitung um eine Drehachse zu verdrehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmotor (13) zusammen mit der Regelklappe (11) um die Drehachse (14 ) der Regelklappe (11) drehbar ist, um den Verstellmotor (13) und die Regelklappe (11) zwischen einer ersten Position, in welcher dieselben einen Normalbetrieb regeln, und einer zweiten Position, in welcher dieselben eine Notstoppfunktion übernehmen, zu überführen.
Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmotor (13) und eine Aufnahme (12) der Regelklappe (11) an einer Flanschanbindung (15) derart befestigt sind, dass der Verstellmotor (13) an einem ersten Ende (16) der Flanschanbindung (15) und die Aufnahme (12) der Regelklappe (11) an einem zweiten Ende (17) der Flanschanbindung (15) angreifen, wobei das erste Ende (16) der Flanschanbindung gegenüber dem zweiten Ende (17) der Flanschanbindung drehbar ist.
Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelklappe (11) und der Verstellmotor (13) über die Drehachse (14) gekoppelt sind, wobei sich die Drehachse (14) durch die Flanschanbindung (15) hindurch derart erstreckt, dass die Drehachse (14) gegenüber der Flanschanbindung (15) drehbar ist.
Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Verdreheinrichtung (18), um den Verstellmotor (13) und die Regelklappe (11) von der zweiten Position, in welcher dieselben die Notstoppfunktion übernehmen, in die erste Position, in welcher dieselben den Normalbetrieb regeln, zu verdrehen, und durch eine Arretiereinrichtung (21), um den Verstellmotor (13) und die Regelklappe (11) in der ersten Position zu arretieren, wobei nach Entriegeln der Arretiereinrichtung der Verstellmotor und die Regelklappe selbsttätig in die zweite Position zurückkehren.
Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Verdreheinrichtung (18; 26) das erste Ende (16) der Flanschanbindung (15) gegenüber dem zweiten Ende (17) der Flanschanbindung (15) drehbar ist, wobei sich in einer ersten Relativposition des ersten Endes (16) der Flanschanbindung gegenüber dem zweiten Ende (17) derselben der Verstellmotor (13) und die Regelklappe (11) in der ersten Position befinden, und wobei sich in einer zweiten Relativposition des ersten Endes (16) der Flanschanbindung gegenüber dem zweiten Ende (17) derselben der Verstellmotor (13) und die Regelklappe (11) in der zweiten Position befinden.
Regeleinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdreheinrichtung (18) als Elektromotor ausgebildet ist, wobei ein mit dem Elektromotor gekoppeltes Zahnrad (19) in ein mit dem ersten Ende (16) der Flanschanbindung (15) gekoppeltes Zahnrad (20) eintreibt, und dass die Arretiereinrichtung (21) in verriegeltem Zustand die beiden Zahnräder (19, 20) in Eingriff hält und in entriegeltem Zustand die beiden Zahnräder (19, 20) außer Eingriff bringt.
Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in entriegeltem Zustand der Arretiereinrichtung (21) Federn (23) den Elektromotor radial verschieben und so die Zahnräder (19, 20) außer Eingriff bringen.
Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in verriegeltem Zustand der Arretiereinrichtung Magneten (22) derselben den Elektromotor entgegen der Federkraft der Federn radial verschieben und so die Zahnräder (19, 20) in Eingriff bringen.
Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet durch eine der Flanschanbindung zugeordnete Spiralfeder (24), die bei Verdrehen des Verstellmotors (13) und der Regelklappe (11) von der zweiten Position, in welcher dieselben die Notstoppfunktion übemehmen, in die erste Position, in welcher dieselben den Normalbetrieb regeln, spannbar ist, sodass nach Entriegeln der Arretiereinrichtung (21) die Spiralfeder (24) den Verstellmotor (13) und die Regelklappe (11) selbsttätig in die zweite Position zurückführt.
Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (24) einerseits am ersten Ende (16) der Flanschanbindung und andererseits am zweiten Ende (17) der Flanschanbindung angreift.
Regeleinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (24) über die Verdreheinrichtung (18) oder über den Verstellmotor (13) oder manuell spannbar ist.
Regeleinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdreheinrichtung und die Arretiereinrichtung von einem Pneumatikzylinder 26 gebildet sind, der über einen Hebelarm (27) an der Flanschanbindung angreift, wobei ein erstes Ende (28) des Hebelarms (27) am Pneumatikzylinder 26 gelenkig angreift, und wobei ein zweites Ende (29) des Hebelarms (27) an der Flanschanbindung ungelenkig angreift.