DE102009021668A1

DE102009021668A1 - Stellanordnung, Schaltantrieb für eine derartige Stellanordnung und Ventilanordnung für eine derartige Stellanordnung

Info

Publication number: DE102009021668A1
Application number: DE200910021668
Authority: DE
Inventors: Udo FRÖHLICH; Ibrahim Doertoluk; Richard Tauber; Frank Weis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-05-16
Filing date: 2009-05-16
Publication date: 2010-11-18

Abstract

Offenbart sind eine Stellanordnung zur Betätigung eines Steuerelementes, beispielsweise eines einen Prozessstrom steuernden Ventils oder eines Aktors zur Verstellung einer Vorrichtung, eine für eine derartige Stellanordnung geeignete Schalteinheit sowie eine Ventilanordnung mit einer derartigen Stel einen Regelantrieb und einen diesem zugeordneten Schaltantrieb, die im Störfall beide unabhängig voneinander eine Rückstellung des Steuerelementes in eine vorbestimmte Grundposition ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stellanordnung mit einem Regelantrieb zur Betätigung eines Steuerelements, einen für eine derartige Stellanordnung vorgesehene Schaltantrieb sowie eine Ventilanordnung mit einer derartigen Stellanordnung.
In der EP 1 413 810 A1 ist eine gattungsgemäße Stellanordnung für ein Turbinenventil zur Steuerung der Gas- oder Dampfzufuhr einer Turbine oder für eine Prozessarmatur zur Steuerung eines Prozessstroms oder für eine Pitch-Verstellung eines Windrades oder dergleichen offenbart. Derartige Stellanordnungen haben üblicher Weise einen Stellantrieb, der beim Gegenstand der EP 1 413 810 A1 als elektrischer Spindeltrieb ausgeführt ist. Bei einer Gasturbine lässt sich beispielsweise mittels einer derartigen Stellanordnung ein Öffnungsquerschnitt einer Armatur zur Einstellung der Gaszufuhr verstellen. In einem Notfall, beispielsweise bei einem Stromausfall oder einer Störung soll die Armatur zurückgestellt werden, um eine Beschädigung der Anlage zu vermeiden. Dazu ist bei der bekannten Lösung dem Spindeltrieb ein Kniehebelmechanismus zugeordnet, der im regulären Betrieb, d. h. bei hinreichender Stromversorgung in einer Strecklage arretiert ist, in der eine Vorspannfeder gespannt ist. Dieser Kniehebel wirkt auf einen Ventilkörper der Armatur (bei einer Gasturbine) oder auf den Stellmechanismus zur Einstellung des Pitch-Winkels bei einem Windrad. Die Verriegelung des Kniehebels erfolgt nur bei hinreichender Stromversorgung – bei einem Stromausfall gibt der Verriegelungsmechanismus den Kniehebel frei, so dass er über die Vorspannfeder aus seiner Streckstellung in seine Knickstellung verstellt wird und entsprechend dieses Verstellweges das Ventilglied – oder allgemein gesprochen – das betätigte Steuerelement in seine vorbestimmte Grundposition zurück verstellt wird.
Nachteilig bei einer derartigen Lösung ist, dass der Kniehebelmechanismus einen erheblichen Bauraum erfordert und des Weiteren relativ komplex im Aufbau ist, so dass der vorrichtungstechnische Aufwand erheblich ist.
In der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit Aktenzeichen 10 2008 036 980.2 der Anmelderin ist eine gattungsgemäße Stellanordnung offenbart, bei der anstellte des Kniehebels eine hydraulisch vorgespannte Notbetätigungseinrichtung verwendet wird. Dabei ist ein Kolben über eine Feder oder einen sonstigen Energiespeicher in Rückstellrichtung mit einer Kraft beaufschlagt. Der Kolben begrenzt des Weiteren einen Druckraum, der zum Laden/Spannen des Energiespeichers mit einem hydraulischen Druck beaufschlagbar ist und im Fall einer Notbetätigungseinrichtung mit Niederdruck verbunden werden kann, so dass die im Energiespeicher gespeicherte Energie zur Rückstellung des Stellantriebs verwendet werden kann. Im Hinblick auf weitere Einzelheiten dieser Stellanordnung wird der Einfachheit halber auf die oben genannte nachveröffentlichte Patentanmeldung verwiesen, deren Offenbarung zu derjenigen der vorliegenden Anmeldung zählt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit einer derartigen Stellanordnung weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Stellanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, eine Schalteinheit gemäß Patentanspruch 15 und eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruches 16 gelöst.
Die erfindungsgemäße Stellanordnung zur Betätigung eines Steuerelementes, beispielsweise eines einen Prozessstrom steuernden Ventils oder eines Aktors zur Verstellung einer Vorrichtung, beispielsweise einer Pitch-Verstellung eines Windrades oder dergleichen, hat einen Regelantrieb mit einem elektrischen Stellantrieb, über den das Steuerelement (Ventil/Aktor) mittels eines Stellglieds in eine erste Wirkrichtung verstellbar ist. Dem Steuerelement ist eine Notbetätigungseinrichtung zum Rückstellen des Stellglieds bei einer Störung entgegen der Wirkrichtung zugeordnet. Diese Notbetätigungseinrichtung hat einen vorgespannten Energiespeicher, dessen gespeicherte Energie zum Rückstellen ausnutzbar ist. Des Weiteren ist in Reihe zu dem Steuerelement ein Schaltelement, beispielsweise ein Schaltventil oder ein Schaltaktor, vorgesehen, das über einen Schaltenergiespeicher hydraulisch in eine der Wirkrichtung entsprechende Position vorgespannt ist und bei einer Störung entgegen der Wirkrichtung rückstellbar ist.
Mit anderen Worten gesagt, gemäß der Erfindung wird einem durch das Steuerelement mit elektrischem Antrieb und Notbetätigungseinrichtung gebildeten Regelantrieb ein Schaltantrieb zugeordnet, der zur Notbetätigung ebenfalls zurückgestellt wird, sodass der vom Steuerelement geregelte Prozessstrom oder die von einem Aktor verstellte Vorrichtung bei einer Störung über das Schaltelement zusätzlich zurückgestellt wird.
Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird es bevorzugt, wenn der Schaltenergiespeicher ein Federspeicher ist, dessen Kolben mittels einer Feder in Rückstellrichtung beaufschlagt ist und der einen Druckraum begrenzt, der zum Entladen mit Niederdruck verbunden wird. Ein derartiger hydraulisch vorgespannter Federspeicher ist äußerst einfach und kompakt aufgebaut, so dass die Investitionskosten minimal sind und eine hinreichende Funktion auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen gewährleistet werden kann.
Der den Schaltenergiespeicher vorspannende Druckraum ist bei einer Variante der Erfindung über eine Druckleitung und ein stromlos offenes Schaltventil mit einem Niederdruck(ND)-Schalthydrospeicher verbindbar. Im regulären Betrieb der Anlage ist dieses Schaltventil bestromt, so dass die Druckmittelverbindung zum Hydrospeicher abgesperrt ist und der Schaltenergiespeicher aufgeladen bleibt.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die Druckbeaufschlagung des Schaltenergiespeichers über ein Pumpaggregat.
Bei einer Variante der Erfindung ist dieses Pumpaggregat durch eine Spannpumpe gebildet, deren Hochdruckanschluss mit dem Druckraum verbindbar ist. Dabei kann die Spannpumpe dem Schaltenergiespeicher alleine oder sowohl diesem als auch dem Energiespeicher der Regeleinheit zugeordnet sein kann.
Bei erhöhten Anforderungen an die Sicherheit kann der Spannpumpe eine redundante Spannpumpe zugeordnet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird es bevorzugt, eine Umlaufleitung mit einem Umlaufventil vorzusehen, um zum Anlaufen der Pumpen deren Druckanschluss mit Niederdruck zu verbinden.
Bei einem besonders einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel ist das Pumpaggregat durch einen Fangzylinder zum Dämpfen der Bewegung des Steuerelements in einem Endlagenbereich ausgeführt. Dieser Fangzylinder wirkt dabei als Kolbenpumpe, die über den elektrischen Stellantrieb der Stellanordnung betätigt wird.
Bei einem besonders einfach ausgeführten Ausführungsbeispiel ist dieser Fangzylinder als Differentialzylinder ausgeführt.
Um ein Rückströmen von Druckmittel zum Pumpaggregat zu verhindern, kann diesem erfindungsgemäß ein eine Druckmittelströmung vom Energiespeicher bzw. vom Schaltenergiespeicher zum jeweiligen Pumpaggregat hin verhinderndes Sperrventil zugeordnet werden.
Zur Vermeidung einer mechanischen Überlastung der Bauelemente kann der Schaltenergiespeicher mit einer Endlagendämpfung ausgeführt sein.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein stark vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Stellanordnung mit einer Regeleinheit und einer Schalteinheit;
2 ein Schaltschema einer Schalteinrichtung für eine Stellanordnung gemäß 1;
2.1 eine Variante der Schaltung aus 2;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stellanordnung mit hydraulisch gekoppelter Regel- und Schalteinheit;
4 eine Variante der Ausführungsform gemäß 3 mit integrierter Pumpe und
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stellanordnung mit einer der Regeleinheit zugeordneten Pumpe.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele erläutert, bei denen die erfindungsgemäße Stellanordnung zur Einstellung eines Gas- oder Dampfvolumenstroms einer Gas- bzw. Dampfturbine verwendet wird. Prinzipiell ist die erfindungsgemäße Stellanordnung jedoch allgemein bei Armaturen zur Steuerung von Prozessfluiden, bei Pipelines, bei Druckänderungs- oder Verteilstationen oder noch allgemeiner gesehen, bei Einrichtungen anwendbar, bei denen aus Sicherheitsgründen bei einer Störung eine Rückeinstellung in eine vorbestimmte Wirkposition erfolgen muss, wobei dann gespeicherte Energie zur Rückstellung verwendet wird. Dabei kann es sich um lineare oder rotative Bewegungen handeln.
1 zeigt ein stark vereinfachtes Schaltschema einer Gasturbine 1, deren Gasvolumenstrom über eine erfindungsgemäße Stellanordnung 2 mit einem Gasturbinen-Regelventil 4 und ein Gasturbinen-Schaltventil 6 einstellbar ist. Die Betätigung des Regelventils 4 erfolgt über einen Regelantrieb 8, über den der Öffnungsquerschnitt des Regelventils 4 proportional verstellbar ist, um die Gaszufuhr zur Gasturbine 1 zu regeln. Der Regelantrieb 8 besteht im Wesentlichen aus einem elektrisch angetriebenen Spindeltrieb 10, über den ein Ventilkörper des Regelventils 4 verstellbar ist. Im Fall einer Störung, beispielsweise einem Stromausfall könnte das Regelventil 4 über den elektrischen Spindeltrieb 10 nicht zurück gestellt werden – diese Rückstellung erfolgt erfindungsgemäß über eine Notbetätigungseinrichtung 12, die im Wesentlichen aus einem hydraulisch vorgespannten Federspeicher besteht. Bei einem Stromausfall wird der Federspeicher der Notbetätigungseinrichtung 12 entriegelt, so dass die Armatur in ihre Schließstellung zurückgefahren wird. Um eine übermäßige Beschleunigung der Armatur zu vermeiden, ist der Notbetätigungseinrichtung 12 eine Dämpfungseinrichtung 16 zugeordnet, über die die Bewegung der Armatur im Bereich der Endlage gedämpft wird. Die Betätigung des Gasturbinen-Schaltventils 6 erfolgt mittels eines Schaltantriebs 18. Durch diesen wird das Schaltventil 6 im regulären Betrieb der Gasturbine 1 in einer Öffnungsstellung gehalten. Bei einer Störung, beispielsweise dem vorbeschriebenen Stromausfall, wird das Schaltventil 6 über den Schaltantrieb 18 abgesperrt, so dass die Gaszufuhr über die Gasleitung 21 durch zwei unabhängig voneinander wirksame Einrichtungen abgesperrt wird. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht der Schaltantrieb 18 im Wesentlichen aus einem Federspeicher 20, der über einen Kolben 22 vorgespannt ist. Dieser ist seinerseits vom Druck in einem Druckraum 24 in Vorspannrichtung beaufschlagt. Im Fall einer Störung wird dieser Druckraum 24 mit Niederdruck verbunden, so dass das Schaltventil 6 durch die Kraft des Federspeichers 20 aus seiner Öffnungsposition in die vorbeschriebene Sperrposition verstellt wird.
2 zeigt ein detailliertes Schaltbild eines Schaltantriebs 18, wie er bei einer Stellanordnung 2 gemäß 1 einsetzbar ist.
Gemäß 2 greift der Schaltantrieb 18 an einem Schaltmitnehmer 26 an, der mit dem nicht dargestellten Ventilkörper des Schaltventils 6 verbunden ist und dessen Öffnungs- und Schließbewegung mitmacht. In der in 2 gewählten Orientierung erfolgt die Öffnung des Schaltventils 6 durch Verstellen des Mitnehmers 26 nach unten, während die Schließbewegung durch Verstellen des Schaltmitnehmers 26 nach oben (2) erfolgt, wobei der Schließhub des Schaltmitnehmers 26 durch Auflaufen auf einen Schaltanschlag 28 begrenzt ist. Der Schaltantrieb 18 hat einen Schaltenergiespeicher 30, der im Wesentlichen aus einem Federspeicher 32 besteht, der hydraulisch vorgespannt ist. Diese hydraulische Vorspannung erfolgt über einen Spannzylinder 34, in dem ein Kolben 36 geführt ist, der einerseits den Federspeicher 32 beaufschlagt und andererseits mit dem Spannzylinder 34 den vorgenannten Druckraum 24 begrenzt. Durch Aufbau eines hinreichenden Spanndrucks im Druckraum 24 wird der Federspeicher 32 über den Kolben 36 vorgespannt, wobei diese Vorspannkraft so ausgelegt ist, dass sie ausreicht, den nicht dargestellten Ventilkörper auch bei hohen Gasvolumenströmen in seine Schließrichtung zu verfahren. Diese Schließbewegung des Federspeichers 32 wird über den Kolben 36 und eine Kolbenstange 38 auf den Mitnehmer 26 und somit das Ventilglied des Schaltventils 6 übertragen.
Der Spanndruck wird über eine Spannpumpe 40 aufgebracht, deren Druckanschluss über eine Druckleitung 42 mit dem Druckraum 24 verbunden ist. Der Sauganschluss der Spannpumpe 40 ist an einen Niederdruck(ND)-Schalthydrospeicher 44 angeschlossen. Die Spannpumpe 40 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel elektrisch, beispielsweise durch einen Asynchronmotor 46 angetrieben – selbstverständlich können auch andere Motorbauarten verwendet werden.
Wie in 2 weiter ausgeführt ist, ist der Spannzylinder 34 mit einer Endlagendämpfung 48 ausgeführt, bei der die Bewegung des Kolbens 36 kurz vor Erreichen des Schaltanschlags 28 dadurch gedämpft wird, dass das aus dem Druckraum 24 ausgeschobene Druckmittel durch einen im Endlagenbereich wirksamen Dämpfungsspalt abströmen muss. Um das Befüllen in diesem Endlagenbereich zu erleichtern, ist die Endlagendämpfung 48 mit einem den Dämpfungsspalt umgehenden Füllpfad ausgeführt, in dem ein zum Druckraum 24 hin öffnendes Dämpfungsrückschlagventil 50 angeordnet ist.
In der Druckleitung 42 ist des Weiteren ein in Richtung zum Druckraum 24 öffnendes Rückschlagventil 52 vorgesehen, das ein Rückströmen des Druckmittels vom Druckraum 24 zur Spannpumpe 40 verhindert.
Im Druckmittelströmungspfad zwischen dem Rückschlagventil 52 und dem Druckraum 24 zweigt eine Entlastungsleitung 54 ab, die die Spannpumpe 40 umgeht und in eine Saugleitung 55 einmündet, über die der ND-Schalthydrospeicher 44 mit dem Sauganschluss der Spannpumpe 40 verbunden ist. In der Entlastungsleitung 54 ist ein als 2/2-Wegeventil ausgeführtes, elektrisch betätigtes Schaltventil 56 vorgesehen, das stromlos in eine Öffnungsstellung vorgespannt ist und bei Bestromen eines Schaltmagneten in eine Sperrstellung bringbar ist, in der die Entlastungsleitung 54 abgesperrt ist. Dieses Schaltventil 56 ist vorzugsweise als Sitzventil ausgeführt, um eine leckagefreie Absperrung des Druckraums 24 zu gewährleisten. Dem Schaltventil 56 ist eine Blende 57 vorgeschaltet.
Im normalen Betrieb der Gasturbine 1 ist das Schaltventil 56 bestromt und somit in seine Sperrstellung umgeschaltet, so dass die Entlastungsleitung 54 abgesperrt ist. Bei Inbetriebnahme der Anlage wird über die Spannpumpe 40 der Druckraum 24 mit dem Spanndruck beaufschlagt, so dass der Federspeicher 32 in der eingangs beschriebenen Weise vorgespannt ist. Bei Erreichen des gewünschten Spanndrucks im Druckraum 24 wird die Spannpumpe 40 abgeschaltet, sodass das Druckmittel im Druckraum 24 durch das Schaltventil 56 und das Rückschlagventil 52 eingesperrt ist und der Federspeicher 32 vorgespannt bleibt. Diese hinreichende Federvorspannung kann beispielsweise durch einen Druckaufnehmer im Druckraum 24 oder durch einen Wegaufnehmer zur Erfassung des Kolbenhubs oder des Federhubs überwacht werden.
Im Falle eines Stromausfalls oder dergleichen wird das Schaltventil 56 nicht bestromt, so dass es selbsttätig in seine dargestellte Öffnungsstellung umschaltet und der Druckraum 24 über die Druckleitung 42 (der Dämpfungsspalt der Endlagendämpfung 48 ist dabei noch nicht wirksam) und die aufgesteuerte Entlastungsleitung 54 mit dem ND-Schalthydrospeicher 44 verbunden ist und somit der Druck im Druckraum 24 zum Schalthydrospeicher 44 abgebaut wird. Durch die Kraft des Federspeichers 32 wird der Kolben 36 und damit der Mitnehmer 26 in Schließrichtung des Schaltventils 6 verstellt, wobei das Druckmittel aus dem Druckraum 24 ausgeschoben wird. Wie vorstehend erläutert, wird kurz vor Erreichen des Schaltanschlags 28 die Endlagendämpfung 48 wirksam, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 36 und somit des Mitnehmers 26 gedämpft wird. Bei Erreichen des Schaltanschlags 28 ist das Schaltventil 6 in seine Sperrstellung verstellt, so dass die Gasleitung 21 unabhängig von der Position des Regelventils 4 abgesperrt ist.
Nach dieser Notfunktion muss dann der Federspeicher 32 wieder in der vorbeschriebenen Weise aufgeladen werden.
Prinzipiell kann die Verstellung des Mitnehmers 26 zum Öffnen und Schließen des Ventilglieds des Schaltventils 6 über den Kolben 36 erfolgen, wobei die Öffnungsbewegung dann durch Aufbau des Spanndrucks im Druckraum 24 erfolgt, während die Schließbewegung in der vorbeschriebenen Weise durch Stromlosschalten des Schaltventils 56 eingeleitet wird. In diesem Fall müsste dann die Kolbenstange 38 mit dem Mitnehmer 26 verbunden sein.
Bei der Verwendung einer externen Spannpumpe 40 gemäß 2 kann seitens der Betreiber die Forderung bestehen, dass eine redundante Lösung geschaffen wird. Eine derartige Variante ist in 2.1 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist parallel zur Spannpumpe 40 eine redundante Spannpumpe 118 vorgesehen, die mit einer hydraulischen Umlaufschaltung ausgeführt ist. Bei der in 2.1 konkret dargestellten Lösung zweigt stromaufwärts des Rückschlagventils 42 eine Redundanzleitung 120 ab, die in die Saugleitung 55 einmündet und in der die redundante Spannpumpe 118 vorgesehen ist, die über einen weiteren Pumpenmotor, beispielsweise einen Asynchronmotor 119 angetrieben wird. In dem Leitungsabschnitt zwischen dem Druckanschluss der redundanten Spannpumpe 118 und dem Rückschlagventil 52 ist ein eine Rückströmung zur redundanten Spannpumpe 118 sperrendes Sperrventil 115 vorgesehen. Ein entsprechendes Sperrventil 116 ist dann im Druckmittelpfad zwischen dem Druckausgang der Spannpumpe 40 und der Einmündung der Redundanzleitung 120 vorgesehen. Um ein sicheres Anlaufen der Spannpumpen 40, 118 auch unter Last zu ermöglichen, zweigt im Bereich zwischen den Sperrventilen 52, 116 eine in der Saugleitung 55 mündende Umlaufleitung 122 ab, in der ein Umlaufventil 117 vorgesehen ist. Dieses ist als 2-Wege-Schaltventil in Sitzbauweise ausgeführt und in eine Sperrstellung vorgespannt und lässt sich durch Bestromen eines Schaltmagneten in eine Durchgangsstellung umschalten, in der das Druckmittel im drucklosen Umlauf gefördert werden kann. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel demjenigen aus 2, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
Das in den 2 und 2.1 dargestellte Schaltventil 56 ist als Sitzventil ausgeführt, dennoch kann aufgrund von Leckage der Kolben 36 eine Bewegung in Richtung des Schaltanschlags 28 ausführen. Diese Bewegung kann mit geeigneten Sensoren detektiert werden. Durch Bestromen des Umlaufventils 117 und Aktivieren der Spannpumpe 40 und der redundanten Spannpumpe 118 wird das drucklose Anlaufen der beiden Spannpumpen 40, 118 ermöglicht. Danach kann durch stromlos schalten des Umlaufventils 117 der Druckraum 24 mit Druck beaufschlagt und der Kolben 36 wieder in Richtung zum Schaltanschlag 28 bewegt werden, so dass der Federspeicher 32 geladen wird. Das Schaltventil 56 bleibt während des gesamten Vorgangs stromlos. Das Sperrventil 115 zur redundanten Spannpumpe 116 verhindert dass Druckmittel von der Spannpumpe 40 zur redundanten Spannpumpe 118 gefördert wird. Das Sperrventil 116 zur Spannpumpe 40 sperrt die Förderung des Druckmittels von der redundanten Spannpumpe 118 hin zur Spannpumpe 40.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2 und 2.1 sind das Regelventil 4 und das Schaltventil 6 als unabhängig voneinander wirksame Bauelemente ausgeführt. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Regelantrieb 8 und der Schaltantrieb 18 hydraulisch gekoppelt sind.
Einzelheiten des Regelantriebs 8 sind bereits ausführlich in der eingangs beschriebenen älteren Patentanmeldung erläutert, so dass hier nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauelemente beschrieben werden und im Übrigen auf die ältere Anmeldung verwiesen wird.
Demgemäß ist das nicht dargestellte Ventilglied des Regelventils 4 mit einem Mitnehmer 58 gekoppelt, der seinerseits von dem Spindeltrieb 10 verstellt wird, um die Gaszufuhr zur Gasturbine 1 zu regeln. Dieser Spindeltrieb 10 besteht in herkömmlicher Weise aus einer beispielsweise mit dem Mitnehmer 58 gekoppelten Spindelmutter 60, die mit einer an einem nicht dargestellten Gestell drehbar gelagerten Spindel 62 kämmt, die ihrerseits von einem Spindelmotor 64 angetrieben ist. Bei Antrieb der Spindel 62 führt die Spindelmutter 60 einen Axialhub durch, der direkt auf den Mitnehmer 58 und somit auf den Ventilkörper des Regelventils 4 übertragen wird. Der Endhub des Mitnehmers 58 in Schließrichtung ist durch einen Anschlag 65 begrenzt.
Um den Spindeltrieb 10 und damit das Regelventil 4 beim Stromausfall in seine Schließstellung zurück zu verstellen, steht der Mitnehmer 58 in Wirkverbindung mit der eingangs beschriebenen Notbetätigungseinrichtung 12, deren Aufbau im Wesentlichen demjenigen des Schaltantriebs 18 entspricht. Demgemäß hat die Notbetätigungseinrichtung 12 einen Federspeicher, im Folgenden Feder 66 genannt, die über einen in einem Betätigungszylinder 68 geführten Betätigungskolben 70 vorgespannt ist. Letzterer begrenzt mit dem Betätigungszylinder 68 einen Spannraum 72, indem zum Spannen der Feder 66 ein Spanndruck aufgebaut werden kann. Eine Kolbenstange 74 des Kolbens 70 ragt in Axialrichtung aus dem Betätigungszylinder 68 hervor und trägt an ihrem Endabschnitt eine Aufprallfeder 76, die während des Normalbetriebs, d. h. bei Verstellung des Gasvolumenstroms über den Regelantrieb 8 im Abstand zum Mitnehmer 58 angeordnet ist.
Der Druckraum 72 ist über eine Leitung 78 mit einer Verbindungsleitung 80 verbunden, die einerseits in die Druckleitung 42 einmündet. In diesem Bereich der Verbindungsleitung 80 ist ein Verbindungsventil 82 vorgesehen, das als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist und stromlos in eine Sperrstellung vorgespannt ist. Bei Bestromen eines Schaltmagneten kann das Verbindungsventil 82 in eine Öffnungsstellung umgeschaltet werden, in der eine Druckmittelverbindung zur Druckleitung 42 aufgesteuert ist.
Zur Endlagendämpfung ist dem Spindeltrieb 10 bzw. dem Mitnehmer 58 als Dämpfungseinrichtung 16 ein Fangzylinder 84 zugeordnet, dessen Fangkolben 86 einen bodenseitigen Zylinderraum 88 von einem von einer Fangkolbenstange 89 durchsetzten Ringraum 90 trennt. Beide Druckräume sind über eine Niederdruckleitung mit einem als Ausgleichsbehälter wirkenden Niederdruckspeicher 94 verbunden. Der Fangzylinder 84 ist mit einer Endlagendämpfung 96 ausgeführt, deren Aufbau beispielsweise der Endlagendämpfung 48 entspricht. Da in beiden Druckräumen 88, 90 der gleiche Druck wirkt, wird die Fangkolbenstange 89 aufgrund der höheren in Ausfahrrichtung wirksamen Kraft in Anlage gegen den Mitnehmer 58 beaufschlagt.
Die Niederdruckleitung 92 ist über einen Kanal 98 und ein Fangventil 100 mit der Verbindungsleitung 80 verbindbar. Das als 3/2-Wegeventil ausgeführte Fangventil 100 ist über einen Betätigungsmagnet umschaltbar und stromlos in eine Öffnungsstellung vorgespannt ist, in der die Niederdruckleitung 92 mit der Verbindungsleitung 80 verbunden ist. Ein dritter Anschluss des Fangventils 100 ist in dieser Grundposition zur Niederdruckleitung 92 hin abgesperrt und an eine Speicherleitung 102 angeschlossen, die in den Ringraum 90 einmündet.
Bei Bestromung des Fangventils 100 wird diese Speicherleitung 102 über den Kanal 98 mit der Niederdruckleitung 92 verbunden, während die Verbindung zur Verbindungsleitung 80 abgesperrt ist. In dem Druckmittelströmungspfad zwischen der Verbindungsleitung 80 und dem Fangventil 100 ist bei der dargestellten Lösung eine Dämpfungsblende 104 vorgesehen.
Der Aufbau der Schalteinheit 18 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 mit der Ausnahme, dass bei der Lösung gemäß 3 in der Druckleitung 42 eine Dämpfungsblende 106 und ein Sperrventil 108 vorgesehen sind. Letzteres ist als 2/2-Wegeventil ausgeführt, das in eine Öffnungsstellung vorgespannt ist und durch Bestromen eines Schaltmagneten in eine Sperrstellung umgeschaltet wird, in der das Druckmittel im Druckraum 24 eingesperrt ist. Wie schon angedeutet, sind alle Schaltventile 82, 100, 108 als Sitzventile ausgeführt, um eine leckagefreie Absperrung der jeweiligen Druckmittelpfade zu gewährleisten.
Im regulären Betrieb erfolgt die Verstellung des Regelventils 4 alleine über den Spindeltrieb 10 durch Ansteuerung des elektrischen Spindelmotors 64. Dabei sind die Schaltmagnete der Ventile 56, 82, 100, 108 bestromt, so dass das Druckmittel in den Druckräumen 72, 24 eingespannt ist und die beiden Federspeicher 32, 66 entsprechend aufgeladen sind. Das Schaltventil 6 ist in seine Öffnungsstellung umgeschaltet. Der Ringraum 90 des Fangzylinders 84 ist über die Speicherleitung 102 und das umgeschaltete Fangventil 100 direkt bei Umgehung der Endlagendämpfung 96 mit dem Niederdruckspeicher 94 verbunden, so dass der Kolben 86 der Stellbewegung des Mitnehmers 58 nahezu verlustfrei folgen kann. Die Aufprallfeder 76 ist während der Normalfunktion der Stellanordnung 1 stets im Abstand zum Mitnehmer 58.
Bei einem Stromausfall oder Störfall bleibt der Spindeltrieb 10 aufgrund der Nichtbestromung des elektrischen Spindelmotors 64 stehen, so dass das Regelventil 4 nicht mehr durch Ansteuerung des Spindeltriebs 10 zurück gestellt werden kann. Bei einem derartigen Notfall werden die Ventile 56, 82, 100, 108 stromlos, so dass sie in ihre jeweilige Grundposition umgeschaltet werden. Dabei wird über das Fangventil 100 die Druckmittelverbindung der Speicherleitung 102 zum Niederdruckspeicher 94 abgesperrt, so dass die Endlagendämpfung 96 des Fangzylinders 84 wirksam wird. Des Weiteren wird über das Fangventil 100 der Spannraum 72 des Betätigungszylinders 68 mit dem Niederdruckspeicher 94 verbunden, so dass der Betätigungskolben 70 durch die Kraft der Feder 66 ausgefahren wird und dabei Druckmittel aus dem Spannraum 72 zum Niederdruckspeicher 94 ausgeschoben wird. Die hydraulische Kopplung zwischen dem Schaltventil 6 und dem Regelventil 4 ist dabei durch das Sperrventil 82 abgesperrt. Nach einem gewissen Hub des Betätigungskolbens 70 läuft die Aufprallfeder 76 auf den Mitnehmer 58 auf und wird durch die wesentlich größere Kraft der Feder 66 weiter komprimiert bis schließlich der Mitnehmer 58 in Schließrichtung mitgenommen wird, so dass entsprechend das Regelventil 4 zugesteuert wird. Nach einem gewissen Hub läuft der Mitnehmer 58 auf den Anschlag 65 auf, wobei in diesem Endhubbereich die Endlagendämpfung 96 wirksam ist, sodass die Verstellbewegung des Mitnehmers 58 abgebremst wird und der Mitnehmer 58 vergleichsweise sanft auf den Anschlag 65 aufläuft.
Parallel zu dieser Rückstellbewegung des Regelventils 4 erfolgt auch ein Umschalten des Schaltventils 6 in seine Schließposition. Dabei wird durch die Kraft der Feder 32 der Kolben 36 in Ausfahrrichtung bewegt, wobei der mit dem Ventilkörper des Schaltventils 6 gekoppelte Mitnehmer 26 in Schließrichtung verstellt wird. Dabei ist der Druckraum 24 über das geöffnete Sperrventil 108 und das geöffnete Schaltventil 56 mit dem ND-Schalthydrospeicher 44 verbunden, so dass durch die Kraft der Feder 32 das Druckmittel aus dem Druckraum 24 zum ND-Schalthydrospeicher 44 ausgeschoben wird – der Mitnehmer 26 bewegt sich in Richtung zum Anschlag 28, wobei die Verstellbewegung kurz vor Auflaufen auf den Anschlag 28 durch die Endlagendämpfung 48 abgebremst wird. Durch dieses Rückstellen des Schaltventils 6 wird die Gasleitung 21 zusätzlich abgesperrt.
Bei Wiederinbetriebnahme der Anlage müssen die beiden Federspeicher 32, 66 wieder aufgeladen werden. Dabei können entweder beide Federspeicher gleichzeitig oder jeweils nur einer der Federspeicher geladen werden. Das Laden erfolgt in allen Fällen über die Spannpumpe 40.
In dem Fall, in dem sowohl der Federspeicher 32 als auch die Feder 66 gespannt werden sollen, bleibt das Sperrventil 108 stromlos, während die drei anderen Ventile 56, 82 und 100 bestromt werden und somit in ihre jeweilige Schaltstellung umgeschaltet werden. Bei Ansteuerung der Spannpumpe 40 wird dann Druckmittel über die Druckleitung 42 zum Druckraum 24 und über das geöffnete Verbindungsventil 82, die Verbindungsleitung 80 und die Leitung 78 in den Spannraum 72 gefördert, so dass über den von der Spannpumpe 40 aufgebrachten Druck die Kolben 36, 70 einfahren und entsprechend die Federn 32, 66 gespannt werden. Nach Einstellen der gewünschten Vorspannung werden alle Ventile 56, 82, 98, 108 nicht bestromt, so dass sowohl der Regelantrieb 8 als auch der Schaltantrieb 18 wieder betriebsbereit sind.
In dem Fall, in dem lediglich der Federspeicher 32 gespannt werden muss, werden das Verbindungsventil 82 und das Sperrventil 108 stromlos geschaltet und das Schaltventil 56 bestromt – die Position des Fangventils 100 ist dabei unerheblich. Durch Ansteuerung der Spannpumpe 40 wird dann das Druckmittel nur in den Druckraum 24 gefördert.
Zum Spannen der Feder 66 werden in entsprechender Weise alle Ventile 82, 56, 108, 100 bestromt und die Spannpumpe 40 angesteuert. Die Druckmittelverbindung zum Druckraum 24 ist dabei über das Sperrventil 108 abgesperrt, während die Druckmittelverbindung zum Spannraum 72 über das Verbindungsventil 82 geöffnet ist. Die jeweiligen Druckmittelverbindungen zu den Niederdruckspeichern 44, 94 sind über die Ventile 56 bzw. 100 abgesperrt. Dementsprechend wird dann über die Pumpe 40 Druckmittel in den Spannraum 72 gefördert und entsprechend die Feder 66 aufgeladen.
Beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Schalteinheit 18 eine eigene Spannpumpe 40 zugeordnet. 4 zeigt eine Variante, bei der die Funktion der Spannpumpe 40 durch den Fangzylinder 16 übernommen wird. Der Grundaufbau des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels entspricht weitgehend demjenigen aus 3, so dass nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
Auch bei der in 4 dargestellten Variante ist in der zum Druckraum 24 des Spannzylinders 34 führenden Druckleitung 42 das Sperrventil 108 vorgesehen, das stromlos in eine Öffnungsstellung vorgespannt ist und durch Bestromen des Schaltmagneten in eine leckagefreie Schaltstellung umschaltbar ist, in der das Druckmittel im Druckraum 24 eingesperrt ist. An den anderen Anschluss des Sperrventils 108 ist die Verbindungsleitung 80 angeschlossen, die bei dieser Variante direkt in die zum Niederdruckspeicher 94 führende Niederdruckleitung 92 einmündet. Im Druckmittelströmungspfad zwischen der Einmündung der Verbindungsleitung 80 und dem Niederdruckspeicher 94 ist ein als 2/2-Wegeventil ausgeführtes Schließventil 110 angeordnet, das stromlos in eine Öffnungsstellung vorgespannt ist und durch Bestromen eines Elektromagneten in eine Schließstellung umschaltbar ist. Dieses Schließventil 110 muss nicht notwendiger Weise als Sitzventil ausgeführt sein.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind die beiden Druckräume 88, 90 des Fangzylinders 84 ebenfalls mit der Niederdruckleitung 92 verbunden, wobei in dem zum Ringraum 90 führenden Zweig ein in Richtung zu diesem öffnendes Rückschlagventil 112 vorgesehen ist, das ähnlich wie das Rückschlagventil 50 eine Druckmittelströmung zum Ringraum 90 (24) hin zulässt und in Gegenrichtung sperrt. Der Ringraum 90 des Fangzylinders 84 und der Spannraum 72 des Betätigungszylinders 68 sind wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 über die Leitungen 102 bzw. 78 mit den entsprechenden Anschlüssen des Fangventils 100 verbunden, dessen Ausgangsanschluss über den Kanal 98 an die Niederdruckleitung 92 angeschlossen ist.
Im Hinblick auf die reguläre Funktion dieser Stellanordnung besteht kein Unterschied zur zuvor beschriebenen Lösung – das Schaltventil 6 befindet sich in seiner Öffnungsstellung, während der Gasvolumenstrom zur Turbine 1 über den Regelantrieb 8 geregelt wird. Die beiden Federn 32, 66 sind vorgespannt, wobei das Druckmittel in den Druckräumen 24, 72 durch Bestromung der Ventile 100, 108 eingespannt ist.
Bei einem Stromausfall kann der Spindelmotor 64 nicht mehr angesteuert werden, die Ventile 100, 108 und 110 werden jeweils in ihre Grundposition umgeschaltet. Dabei ist der Druckraum 24 über das geöffnete Sperrventil 108 und das Schließventil 110 mit dem Niederdruckspeicher 94 verbunden. Entsprechend ist der Spannraum 72 des Betätigungszyinders 68 über die Leitung 78, das Fangventil 100, den Kanal 98 und das geöffnete Schließventil 110 ebenfalls mit dem Niederdruckspeicher 94 verbunden, so dass die beiden Mitnehmer 26, 58 im Wesentlichen gleichzeitig in Richtung der Schließposition verstellt werden und entsprechend sowohl das Schaltventil 6 als auch das Regelventil 4 zurück gestellt werden, um die Gaszufuhr zur Gasturbine 1 zu sperren.
Sobald die Stromversorgung wieder gewährleistet ist, muss zunächst die Notbetätigungseinrichtung 12 des Regelantriebs 8 und der Schaltantrieb 18 des Schaltventils 6 gespannt werden. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Druckbeaufschlagung der entsprechenden Druckräume 72, 24 über den Fangzylinder 84, wobei dessen Kolben 86 über den Spindeltrieb 10 aus- oder eingefahren wird.
Zur Vorbereitung der Pumpfunktion werden zunächst die beiden Ventile 110, 108 und 100 stromlos geschaltet. Anschließend wird der Spindelmotor 64 derart angesteuert, dass der Fangkolben 86 eine Einfahrbewegung ((–) in 4) durchführt, so dass das Druckmittel aus dem sich verkleinernden Zylinderraum 88 ausgeschoben wird. Sobald der Kolben 86 seinen vorgegebenen Umkehrpunkt erreicht hat, wird der Spindelmotor 64 in der Drehrichtung umgekehrt und zum Ansaugen von Druckmittel in den Zylinderraum 88 die beiden Ventile 100, 108 bestromt, sodass die Druckmittelverbindung zwischen dem Niederdruckspeicher 94 und den beiden Druckräumen 72, 24 abgesperrt ist. Durch die Drehrichtungsumkehr des Spindelmotors 64 wird der Kolben 86 ausgefahren ((+) in 4), so dass Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher 94 in den Zylinderraum 88 angesaugt wird, wobei das Druckmittel aus dem sich verkleinernden Ringraum 90 über die Speicherleitung 102 und das Fangventil 100 ausgeschoben und zu dem zum Zylinderraum 88 strömenden Volumenstrom summiert wird.
Das im Zylinderraum 88 aufgenommene Druckmittel kann dann entweder einem der Druckräume 24, 72 oder beiden gemeinsam zugeführt werden.
Zum Spannen des Federspeichers 32 des Schaltantriebs 18 wird das Sperrventil 108 stromlos geschaltet, während die beiden anderen Ventile 100, 110 bestromt sind. Die Drehrichtung des Spindelmotors 64 wird gegenüber dem vorbeschriebenen Ansaugvorgang umgekehrt, so dass der Kolben 86 einfährt und entsprechend das Druckmittel aus dem Zylinderraum 88 über die Niederdruckleitung 92, die Verbindungsleitung 80, das geöffnete Sperrventil 108 und die Druckleitung 42 in den Druckraum 24 gefördert wird. Nachdem das Druckmittel aus dem Zylinderraum 88 ausgeschoben wird, erfolgt wiederum der vorbeschriebene Ansaugvorgang durch Bestromen des Fangventils 100 und des Sperrventils 108 und durch Stromlosschalten des Schließventils 110. Anschließend wird das Druckmittel in der vorbeschriebenen Weise in den Druckraum 24 verschoben. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis der Federspeicher 32 aufgeladen ist.
Zum alleinigen Aufladen der Feder 66 nach der Vorbereitung der Pumpfunktion verbleibt das Sperrventil 108 in seiner bestromten Sperrposition. Das Schließventil 110 wird bestromt, so dass das Druckmittel bei nicht bestromten Fangventil 100 aus dem Zylinderraum 88 ausgeschoben und über die Niederdruckleitung 92, das Fangventil 100 und die Leitung 78 in den Spannraum 72 gefördert wird. Auch in diesem Fall wird der vorbeschriebene Pumpvorgang wiederholt, bis die Feder 66 vorgespannt ist.
Zum gleichzeitigen Aufladen beider Federspeicher 32, 66 werden nach dem Ansaugen von Druckmittel das Sperrventil 108 und das Fangventil 100 stromlos geschaltet, während das Schließventil 110 in seine Sperrstellung umgeschaltet wird, so dass das Druckmittel durch entsprechende Ansteuerung des Spindelmotors 64 aus dem Zylinderraum 88 ausgeschoben und parallel in die beiden Druckräume 24, 72 gefördert wird. Auch dieser Pumpvorgang wird solange wiederholt, bis die beiden Federspeicher 32, 66 aufgeladen sind.
Die vorbeschriebene Variante erfordert zwar einen minimalen vorrichtungstechnischen Aufwand – das Aufladen der Federspeicher ist jedoch vergleichsweise aufwendig, wobei das Regelventil 4 mehrmals auf- und zugesteuert werden muss.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Spannpumpe 40 regelventilseitig angeordnet ist.
Der Grundaufbau dieser in 5 dargestellten Variante entspricht weitgehend der in 4 dargestellten Ausführungsform, wobei die Verbindungsleitung 80 im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 4 nicht direkt in die Niederdruckleitung 92 einmündet sondern mit der Leitung 78 verbunden ist, die zum Spannraum 72 des Betätigungszylinders 68 führt. In dieser Leitung 78 ist ein Absperrventil 114 angeordnet, das als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist und in eine Öffnungsstellung vorgespannt ist und bei Bestromung in eine Sperrstellung umschaltbar ist. In dieser Sperrstellung ist das Druckmittel im Spannraum 72 eingespannt.
Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist die Leitung 78 mit einem Anschluss des Fangventils 100 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Fangventils 100 ist wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen an die Speicherleitung 102 des Fangzylinders 84 angeschlossen. Der dritte Anschluss des Fangventils 100 ist über den Kanal 98 mit der zum Niederdruckspeicher 94 führenden Niederdruckleitung 92 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Niederdruckspeicher 94 an den Sauganschluss der Spannpumpe 40 angeschlossen, deren Druckanschluss mit der Verbindungsleitung 80 und der Leitung 78 verbunden ist. Im Druckmittelströmungspfad vom Druckanschluss der Spannpumpe 40 zu den Ventilen 108, 114 ist das bereits in 2 und 3 dargestellte Rückschlagventil 52 angeordnet, das eine Druckmittelströmung in Richtung zu den Druckräumen 24, 72 ermöglicht und in Gegenrichtung zur Spannpumpe 40 hin absperrt.
Der schaltventilseitige ND-Schalthydrospeicher 44 ist über die Entlastungsleitung 54 und das Schaltventil 56 mit der Druckleitung 42 verbunden. In dieser ist ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 eine Dämpfungsblende 106 angeordnet. Des Weiteren ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Spannzylinder 34 mit einer Endlagendämpfung 48 ausgeführt. Im Übrigen entspricht das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel den Varianten gemäß den 3 und 4, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
Die normale Regelfunktion der Stellanordnung 2 erfolgt in vorbeschriebener Weise, wobei das Schaltventil 6 über den Schaltantrieb 18 geöffnet ist und der Gasvolumenstrom durch Einstellung des Regelventils 4 über den Spindeltrieb 10 erfolgt.
Bei einer Störung werden die Ventile 56, 100, 108, 114 stromlos geschaltet, so dass der Niederdruckspeicher 94 über die Niederdruckleitung 92, das Fangventil 100 und das Absperrventil 114 mit dem Spannraum 72 verbunden ist. Der Druckraum 24 des Spannzylinders 34 ist über die Druckleitung 42 und das geöffnete Schaltventil 56 mit dem ND-Schalthydrospeicher 44 verbunden. In dieser Konstellation können die Federspeicher 32, 66 die zugeordneten Kolben 36, 70 ausfahren, sodass das Druckmittel aus den jeweiligen Druckräumen 24, 72 zum jeweils zugeordneten Niederdruckspeicher 44, 94 ausgeschoben wird. Durch die Kraft der Federspeicher 32, 66 werden dann die zugeordneten Mitnehmer 26, 58 in Richtung auf die jeweiligen Anschläge 28, 65 bewegt, so dass das Schaltventil 6 in seine Sperrstellung umgeschaltet wird und das Regelventil 4 in seine Schließstellung zurückgefahren wird, wobei – wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen – der Spindeltrieb entsprechend mitläuft – dies ist aufgrund des nicht selbsthemmenden Gewindeeingriffs zwischen der Spindelmutter 60 und der Spindel 62 möglich.
Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen können die beiden Federspeicher 32, 66 getrennt voneinander oder gleichzeitig aufgeladen werden. Zum Spannen des Federspeichers 32 des Schaltantriebs 18 werden die Ventile 56, 100, 114 bestromt und das Sperrventil 108 stromlos geschaltet. Das Fangventil 100 wird dadurch in seine Schaltstellung umgeschaltet, in der die Speicherleitung 102 des Fangzylinders 84 mit der Niederdruckleitung 92 verbunden ist. Über das Fangventil 100 wird darüber hinaus die Druckmittelverbindung zwischen der Verbindungsleitung 80 bzw. der Leitung 78 mit der Niederdruckleitung 92 abgesperrt und über das Absperrventil 114 die Druckmittelverbindung zum Spannraum 72 - geschlossen. Bei Ansteuerung der Spannpumpe 40 kann dann Druckmittel über die Verbindungsleitung 80, das in seiner Grundstellung befindliche Sperrventil 108, die Druckleitung 42, die Dämpfungsdrossel 106 und das Dämpfungsrückschlagventil 50 in den Druckraum 24 gefördert werden, so dass in Abhängigkeit von dem über die Spannpumpe 40 aufgebrachten Druck der Kolben 36 eingefahren und entsprechend der Federspeicher 32 gespannt wird.
Zum Spannen der Feder 66 des Regelantriebs 8 werden die beiden Ventile 108 und 100 bestromt, während das Absperrventil 114 stromlos geschaltet wird, die Schaltstellung des Schaltventils 56 kann dabei beliebig gewählt sein.
Bei Ansteuerung der Spannpumpe 40 wird dann das Druckmittel über das Rückschlagventil 52 un das geöffnete Absperrventil 114 in den Spannraum 72 gefördert, so dass der Kolben 70 einfährt und entsprechend die Feder 66 spannt. Die Druckmittelzufuhr zum Spannraum 72 wird unterbrochen, wenn die gewünschte Vorspannung erreicht ist. Im Anschluss daran werden sämtliche Ventile bestromt, so dass das Druckmittel in den jeweiligen Druckräumen 24, 72 eingespannt ist und entsprechend die Federspeicher 32, 66 vorgespannt sind.
Zum gleichzeitigen Spannen dieser Federspeicher 32, 66 werden die beiden Ventile 108 und 114 stromlos geschaltet, während die beiden anderen Ventile 56 und 100 bestromt werden und somit die Druckmittelverbindung zum jeweiligen Niederdruckspeicher 44 bzw. 94 absperren. Bei Ansteuerung der Spannpumpe 40 über den Pumpenmotor, beispielsweise einen Asynchronmotor 46 wird dann Druckmittel über das Rückschlagventil 52 und das geöffnete Absperrventil 114 in den Spannraum 72 und über das Sperrventil 108 und die Druckleitung 42 in den Druckraum 24 gefördert, so dass beide Federspeicher 32, 66 gleichzeitig gespannt werden. Nach Erreichen der gewünschten Vorspannung wird die Spannpumpe 40 abgeschaltet und auch die beiden Ventile 108, 114 bestromt, so dass das Druckmittel im Druckraum 24 bzw. im Spannraum 72 eingespannt ist. Die Stellanordnung kann dann in der vorbeschriebenen Weise zur Einstellung des Gasvolumenstroms zur Gasturbine 1 angesteuert werden.
Offenbart sind eine Stellanordnung zur Betätigung eines Steuerelementes, beispielsweise eines einen Prozessstrom steuernden Ventils oder eines Aktors zur Verstellung einer Vorrichtung, eine für eine derartige Stellanordnung geeignete Schalteinheit sowie eine Ventilanordnung mit einer derartigen Stellanordnung. Erfindungsgemäß hat die Stellanordnung einen Regelantrieb und einen diesem zugeordneten Schaltantrieb, die im Störfall beide unabhängig voneinander eine Rückstellung des Steuerelementes in eine vorbestimmte Grundposition ermöglichen.

1: Gasturbine
2: Stellanordnung
4: Regelventil
6: Schaltventil
8: Regelantrieb
10: Spindelantrieb
12: Notbetätigungseinrichtung
16: Dämpfungseinrichtung
18: Schaltantrieb
20: Federspeicher
21: Gasleitung
22: Schaltkolben
24: Druckraum
26: Schaltmitnehmer
28: Schaltanschlag
30: Schaltenergiespeicher
32: Federspeicher
34: Spannzylinder
36: Kolben
38: Kolbenstange
40: Spannpumpe
42: Druckleitung
44: ND-Schalthydrospeicher
46: Asynchronmotor
48: Endlagendämpfung
50: Dämpfungsrückschlagventil
52: Rückschlagventil
54: Entlastungsleitung
55: Saugleitung
56: Schaltventil
57: Blende
58: Mitnehmer
60: Spindelmutter
62: Spindel
64: Spindelmotor
65: Anschlag
66: Feder
68: Betätigungszylinder
70: Betätigungskolben
72: Spannraum
74: Kolbenstange
76: Aufprallfeder
78: Leitung
80: Verbindungsleitung
82: Verbindungsventil
84: Fangzylinder
86: Fangkolben
88: Zylinderraum
89: Fangkolbenstange
90: Ringraum
92: Niederdruckleitung
94: Niederdruckspeicher
96: Endlagendämpfung
98: Kanal
100: Fangventil
102: Speicherleitung
104: Dämpfungsblende
106: Dämpfungsblende
108: Sperrventil
110: Schließventil
112: Rückschlagventil
114: Absperrventil
115: Sperrventil
116: Sperrventil
117: Umlaufventil
118: redundante Spannpumpe
119: Asynchronmotor
120: Redundanzleitung
122: Umlaufleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1413810 A1 [0002, 0002]
- DE 102008036980 [0004]

Claims

Stellanordnung mit einer Regeleinheit zur Betätigung eines Steuerelementes, beispielsweise eines einen Prozessstrom steuernden Ventils (4, 6) oder eines Aktors zur Verstellung einer Vorrichtung, mit einem elektrischen Stellantrieb zur proportionalen Betätigung des Steuerelementes in einer Wirkrichtung, wobei diesem eine Notbetätigungseinrichtung (12) zum Rückstellen bei einer Störung entgegen der Wirkrichtung zugeordnet ist, wobei die Notbetätigungseinrichtung (12) einen vorgespannten Energiespeicher (32) hat, dessen gespeicherte Energie zum Rückstellen ausnutzbar ist, und mit einer Schalteinheit (18) zur Betätigung eines Schaltelementes, beispielsweise eines Schaltventils (6) oder eines Schaltaktors, das über einen hydraulisch entgegen der Wirkrichtung vorgespannten Schaltenergiespeicher (30) bei einer Störung entgegen der Wirkrichtung zurückstellbar ist.
Stellanordnung nach Patentanspruch 1, wobei der Schaltenergiespeicher (30) ein Federspeicher (32) ist, der mittels eines Kolbens (36) in Rückstellrichtung beaufschlagt ist, wobei der Kolben (36) einen Druckraum (24) begrenzt, der zum Entladen mit Niederdruck beaufschlagbar ist.
Stellanordnung nach Patentanspruch 2, wobei der Druckraum (24) über eine Druckleitung (42) und ein stromlos offenes Schaltventil (56) mit einem ND-Schalthydrospeicher (44) verbindbar ist, das in seiner Schaltposition die Druckmittelverbindung zum ND-Schalthydrospeicher (44) absperrt.
Stellanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Pumpaggregat (40, 84) zum Beaufschlagen des Druckraums (24) mit einem Spanndruck.
Stellanordnung nach Patentanspruch 4, wobei das Pumpaggregat eine Spannpumpe (40) ist, deren Hochdruckanschluss mit dem Druckraum (24) oder einem Spannraum (72) verbindbar ist.
Stellanordnung nach Patentanspruch 4, wobei die Spannpumpe (40) dem Schaltantrieb (18) zugeordnet ist und mit ihrem Niederdruckanschluss an den ND-Schalthydrospeicher (44) angeschlossen ist.
Stellanordnung nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei die Spannpumpe (40) sowohl zum Laden des regelantriebsseitigen Energiespeichers (66) als auch des schaltantriebsseitigen Schaltenergiespeichers (30) vorgesehen ist.
Stellanordnung nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, wobei der Spannpumpe (40) eine redundante Spannpumpe (118) parallel geschaltet ist.
Stellanordnung nach einem der Patentansprüche 5 bis 8, mit einer Umlaufleitung (122), über die der Druckanschluss der Spannpumpe (40, 118) mit Niederdruck verbindbar ist.
Stellanordnung nach Patentanspruch 4, mit einem Fangzylinder (84) zum Dämpfen der Stellbewegung des Steuerelementes im Endlagenbereich, der als Spannpumpe zum Laden des Energiespeichers (66) und des Schaltenergiespeichers (30) ansteuerbar ist.
Stellanordnung nach Patentanspruch 10, wobei das Pumpen durch Verstellen eines Fangkolbens (86) des Fangzylinders (84) mittels des elektrischen Stellantriebs (10) erfolgt.
Stellanordnung nach Patentanspruch 10 oder 11, wobei der Fangzylinder (84) als Differentialzylinder ausgeführt ist und beide Druckräume (24, 72) mit Niederdruck verbunden sind.
Stellanordnung nach einem der Patentansprüche 4 bis 12, wobei dem Pumpaggregat (40) ein Rückschlagventil (52) zugeordnet ist, das im Normalbetrieb der Spannanordnung eine Druckmittelströmung zum Pumpaggregat (40) hin verhindert.
Stellanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Schaltenergiespeicher (30) eine Endlagendämpfung (48) hat.
Schalteinheit für eine Stellanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Federspeicher (32), der mittels eines Spannzylinders (34) vorspannbar ist, dessen Kolben einerseits den Federspeicher (32) beaufschlagt und andererseits einen Druckraum (24) begrenzt, der über ein Pumpaggregat (40) mit einem Spanndruck beaufschlagbar ist.
Ventilanordnung mit einem Regelventil (4) und einem Schaltventil (6), die mittels einer Stellanordnung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 14 verstellbar sind.