DE2248706B1 - Ventil mit antrieb durch einen elektromotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit Antrieb durch einen Elektromotor, der über ein Schraubengetriebe auf die Spindel des Ventils einwirkt, wobei Mittel vorgesehen sind, durch die — wenn der Zustand des vom Ventil beeinflußten Mediums einen Sicherheitsgrenzwert überschreitet — das Ventil unter dem Einfluß einer von der Motorkraft unabhängigen Kraft in eine vorbestimmte Endlage fährt.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1550 639 ist ein Ventil bekannt, bei dem die Ventilspindel über ein selbsthemmendes Schraubengetriebe vom Elektromotor angetrieben wird. Der das Muttergewinde aufweisende Teil des Schraubengetriebes ist einerseits in einer vom Elektromotor angetriebenen Hülse drehfest und axial verschiebbar gelagert und andererseits mit einem ringförmigen Widerlagerteil verbunden, der unter dem Einfluß einer im Gehäuse abgestützten Feder steht. Im Widerlagerteil ist eine Nut angebracht, in die im Normalbetrieb des Ventils ein unter dem Einfluß eines Elektromagneten stehender Arretierstift eingreift, so daß dann die Ventilspindel über das Schraubengetriebe vom Elektromotor verstellt wird. Fällt der Strom für den Elektromotor aus, so schaltet der Elektromagnet ab, und der Arretierstift gibt den Widerlagerteil frei. Unter dem Einfluß der Feder wird dann der Widerlagerteil mit dem Schraubengetriebe schlagartig axial verschoben, wobei die Ventilspindel in eine Endlage und damit der Verschlußteil in die Sicherheitsstellung gelangt.

Nachteilig ist hierbei, daß der Verschlußteil in die Endlage schlägt. Solche heftige Schläge können Beschädigungen am Ventilsitz oder am Anschlag für die Öffnungsbewegung des Verschlußteils hervorrufen. Diese Schläge können weiter Druckspitzen in der am Ventil angeschlossenen Leitung zur Folge haben, die besonders unangenehm sind, wenn das Ventil in hydraulischen Anlagen verwendet wird, aber auch bei Anlagen, in denen Dampf unter hohem Druck steht. Ein weiterer Nachteil des Ventils besteht darin, daß die Mittel, durch die das Ventil in eine vorbestimmte Endlage fährt, im Laufe der Zeit funktionsunfähig werden können. Dies gilt für den Arretierstift, der eine gut passende Führung haben muß. Zwischen dem Stift und der Führung kann Passungsrost auftreten, der ein Zurückholen des Stiftes verhindern kann.

»5 Aus der deutschen Patentschrift 844386 ist ein Ventil bekannt, das von einem Elektromotor über Ritzel und Zahnstange angetrieben wird. Zwischen dem Verschlußteil und der Ventilspindel ist eine elektromagnetische Kupplung vorgesehen, die unter Strom den Verschlußteil an der Spindel hält. Bei Stromausfall, z.B. wegen Öffnens eines von einem Temperaturfühler betätigten Schalters im Stromkreis des Elektromotors und der Spule der elektromagnetischen Kupplung, löst sich der Verschlußteil und wird mittels einer Feder schlagartig auf den Ventilsitz bewegt.

Die Erfindung bezweckt, ein Ventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es, wenn das von ihm beeinflußte Medium einen Sicherheitsgrenzwert überschreitet, möglichst rasch ganz öffnet oder ganz schließt, ohne schlagartig in die Sicherheitsstellung zu fahren.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Schraubengetriebe nicht selbsthemmend ist und

die Mittel so ausgebildet sind, daß sie bei Überschreiten des Sicherheitsgrenzwertes die Kraftwirkung vom Elektromotor auf das Schraubengetriebe unterbrechen und die unabhängige Kraft auf die Spindel einwirkt.

Durch diese Ausbildung erfüllt das erfindungsgemäße Ventil ebenfalls außer der Stellfunktion auch die Sicherheitsfunktion, wobei im letztgenannten Fall· der Verschlußteil des Ventils zwar rasch in seine Endlage fährt, jedoch nicht schlagartig in diese gelangt.

Damit sind Beschädigungen am Ventilsitz oder am Anschlag für die Öffnungsbewegung vermieden. Als von der Motorkraft unabhängige Kraft kommt außer der in einer Feder gespeicherten Energie auch die Druckenergie des vom Ventil beeinflußten Mediums in Frage, und zwar entweder allein oder auch zusammen mit der Energie einer Feder. Das neue Ventil läßt sich in Dampfkraftanlagen einbauen, wobei es als Überströmventil in einer die Kraftmaschine umgehenden Leitung angeordnet ist und zugleich die Funktion des sonst gesondert anzubringenden Sicherheitsventils übernimmt. In diesem Falle ist die voll geöffnete Stellung die Sicherheitsstellung des Ventils. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht bei nu-

klearen Dampfkraftanlagen, in denen das Ventil in der Dampfleitung zwischen Dampferzeuger und Kraftmaschine angeordnet ist. Hierbei ist die geschlossene Stellung die Sicherheitsstellung des Ventils. In den meisten Fällen wird der Druck des vom Ventil beeinflußten Mediums den Sicherheitsgrenzwert bestimmen; es ist jedoch auch möglich, daß die Temperatur des Mediums dafür verwendet wird.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1051 593 ist ein elektromotorischer Antrieb für Schieber mit einer als Zahnstange ausgebildeten Schieberspindel bekannt, auf der ein Ritzel kämmt, wobei zwei Elektromagnetkupplungen vorgesehen sind, von denen die eine Kupplung als Antriebskupplung und die andere als Haltevorrichtung für die Schieberspindel ausgebildet '5 ist, wenn diese ihre Offenstellung einnimmt. Bei Ausfall des Stromes für den Elektromotor öffnet die Haltevorrichtung, und die Schieberplatte fällt in Schließstellung.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1091 826 ist ein elektromotorischer Stellantrieb für Ventile, Schieber u. dgl. bekannt, wobei ein vom Ventilweg unabhängiges Zeitelement vorgesehen ist, das mechanisch vom Stellantrieb getrennt ist und durch einen Kontakt des Motorschützes im Einschaltzeitpunkt in Funktion ge- as setzt wird, um dann nach einer einstellbaren Zeit zur Abschaltung des Antriebsmotors unmittelbar auf die Motorschaltschütze einzuwirken. Als Zeitelement wird dabei z. B. ein Heißleiter verwendet, dessen Änderung des Widerstandes durch Vor- oder Parallelwi- 3" derstände einstellbar ist. Mit dieser Einrichtung sollen mechanische Endlagenschalter am Ventil vermieden werden.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten, für die Schutz nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch begehrt wird.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Dampfkraftanlage, in der das erfindungsgemäße Ventil angewendet ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Ventil und dessen Antrieb,

Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend der Linie A-B in Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt entsprechend der Linie C-D in Fig. 2, und

F i g. 5 und 6 je einen Längsschnitt durch abgewandelte Antriebe.

Gemäß Fig. 1 weist die Anlage, in der das erfindungsgemäße Ventil beispielsweise angewendet wird, einen Dampferzeuger 1 auf, der über eine Frischdampfleitung 2 mit einem Dampfverbraucher 3, z. B. eine einen elektrischen Generator antreibende Türbine, verbunden ist. Der Dampfverbraucher ist über einen Kondensator 4 und eine Pumpe 5 mit dem Dampferzeuger 1 verbunden. Von der Frischdampfleitung 2 zweigt eine den Dampfverbraucher 3 umgehende Überströmleitung 6 ab, die in den Kondensator 4 mündet. In der Leitung 6 ist ein Ventil 7 angeordnet, dessen Antrieb durch einen Block 8 angedeutet ist, der in Fig. 2 näher dargestellt ist. Das Ventil 7 steht normalerweise, d.h. während des Anfahrens, bei Teillast und Vollast der Dampfkraftanlage, unter dem Einfluß eines Druckfühlers 10, der über einen Regler 9 auf den Antrieb 8 des Ventils 7 wirkt. Beim Anfahren und bei Teillast wird abhängig vom Druck, der vom Druckfühler 10 gemessen wird, das Ventil 7 in eine teilweise geöffnete Stellung gebracht, während dieses Ventil bei Vollast in Abhängigkeit vom Druckfühler 10 in geschlossener Stellung gehalten wird. Außer dem Druckfühler 10 ist ein Druckfühler 11 an der Frischdampfleitung 2 angeschlossen, der ebenfalls mit dem Antrieb 8 in Verbindung steht und der den Einfluß des Druckfühlers 10 dominiert, wenn der Druck in der Frischdampfleitung 2 einen bestimmten Grenzwert übersteigt, z. B. beim Absperren des Dampfstromes zum Verbraucher 3. In diesem Falle wird das Ventil 7 bis in seine Endlage geöffnet, so daß der Dampf aus der Leitung 2 über die Leitung 6 zum Kondensator 4 gelangt.

Gemäß Fig. 2 weist das Ventil 7 ein kugelförmiges Gehäuse 12 auf, das mit einem Eintrittsstutzen 13 und einem Austrittsstutzen 14 versehen ist. Das Gehäuse 12 ist im Bereich des Austrittsstutzens 14 mit dem Ventilsitz 15 versehen, der mit dem Verschlußteil 16 zusammenwirkt. Der Verschlußteil 16 ist auf einer Spindel 17 angebracht, die über eine Stopfbuchse 18 aus dem Gehäuse 12 herausgeführt und mit dem Antrieb 8 verbunden ist. Auf der der Spindel 17 abgewendeten Seite des Verschlußteils 16 ist an diesem eine Stange 19 vorgesehen, die zum Führen des Verschlußteils 16 in einem vierarmigen Kreuz 20 (F i g. 3) gleitend geführt ist. Das Kreuz 20 ist zwischen dem Austrittsstutzen 14 und dem anschließenden Leitungsabschnitt 6 befestigt.

Am Eintrittsstutzen 13 ist ein Druckfühler 11 angeschlossen, der aus einem Gehäuse 21 und einem darin verschiebbaren Kolben 22 besteht, der über eine Stange 23 auf einen Schalter 24 wirkt.

Der Antrieb 8 des Ventils 7 ist über eine Laterne 25 mit dem Ventilgehäuse 12 verbunden. Im Bereich der Laterne ist die Spindel 17 über eine Kupplung

27 mit einer Steilgewindespindel 26 verbunden. Nahe der Kupplung 27 weist die Steilgewindespindel 26 zwei Arme 58 auf, die sich diametral bis zur Wand der Laterne 25 erstrecken (F i g. 4) und in dieser axial geführt sind und die Spindel 26 gegen Verdrehen sichern. Auf der Steilgewindespindel 26 ist ein Zahnrad

28 angeordnet, dessen Nabe mit einem dem Steilgewinde entsprechenden Muttergewinde versehen ist. Das Zahnrad 28 wirkt mit einem Ritzel 29 zusammen, das von einem Elektromotor 30 angetrieben wird. Das in Fig. 2 untere Ende der Spindel 26 sitzt auf einem Teller 31, der sich auf zwei Schraubenfedern 32 abstützt, die in einem Gehäuse 33 angeordnet sind, das an ein das Zahnradpaar 28, 29 umschließendes Gehäuse 34 angeflanscht ist.

Zur Speisung des Elektromotors 30 ist ein Stromkreis 35 vorgesehen, dessen Klemmen mit dem Ausgang des in Fig. 2 nicht dargestellten Reglers 9 (Fig. 1) verbunden sind und in dem ein Schalter 36 angeordnet ist. Der Schalter 36 wird von einem Relais 37 betätigt, dessen Spule in einem Stromkreis 38 liegt, in dem auch der vom Druckfühler 11 betätigte Schalter 24 liegt. Außer dem Schalter 36 ist im Stromkreis 35 des Elektromotors 30 ein Handauslöseschalter 39 vorgesehen. Mit Hilfe eines Widerstandes 40 ist mit den Schaltern 36 und 39 und dem Elektromotor 30 ein Kurzschlußstromkreis gebildet, der beim Abschalten der Spannung U zur Wirkung kommt.

Die Einrichtung nach Fig. 2 wirkt folgendermaßen: In der gezeichneten Stellung des Verschlußteils 16 ist die Oberströmleitung 6 abgesperrt und die Schalter 24, 36, 39 haben die gezeichnete Stellung

inne. Am Stromkreis 35 wirkt vom Regler 9 her die Spannung U, unter deren Einfluß der Elektromotor¹ 30 über das Getriebe 26,28,29 das Ventil 7 geschlossen hält. Tritt in der Frischdampfleitung 2 ein so hoher Druck auf, daß der am Druckfühler 11 eingestellte Sicherheitsgrenzwert überschritten wird, so wird der Kolben 22 so weit nach links verschoben, daß der Schalter 24 sich öffnet. Dadurch wird das Relais 37 stromlos, und der Schalter 36 öffnet sich und schließt dabei den mit dem Widerstand 40 gebildeten Kurzschlußstromkreis. Durch das Öffnen des Schalters 36 wird die vom Elektromotor 30 ausgeübte, auf den Verschlußteil 16 wirkende Schließkraft unterbrochen. Da die Steilgewindespindel 26 keine Selbsthemmung aufweist, bewegt sich nun unter dem Einfluß des im Ventilgehäuse 12 wirkenden Dampfdrucks und der Federn 32 der Verschlußteil 16 in öffnendem Sinne, bis er seine Endlage erreicht hat und das Ventil 7 ganz offen ist. Durch das Einschalten des Widerstandes 4§ wird diese Öffnungsbewegung etwas verzögert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist als Mittel zum Unterbrechen der Kraftwirkung vom Elektromotor 30 auf das Schraubengetriebe eine elektromagnetische Kupplung 50 vorgesehen. Die Welle 51 des Elektromotors ist mit einer Scheibe 52 versehen, die auf der Welle drehfest, aber axial verschiebbar ist. Auf der Welle 53 des Ritzels 29 sind zwei Ringe 54 und 54' aus ferromagnetischem Material angeordnet, die miteinander über sich in radialer Richtung erstreckende Stegpartien 55 aus nichtferromagnetischem Material verbunden sind. In dem Ringraum zwischen den Ringen 54 und 54' sind z. B. sechs stationäre Elektromagnete 56 über den Umfang verteilt vorgesehen.

Eine weitere Abwandlung zeigt Fig. 5 hinsichtlich der Anordnung des Druckmeßfühlers, indem dieser dreifach vorgesehen ist und über zwei 2-von-3-Schaltungen mit dem Stromkreis 35 für den Elektromotor 30 bzw. einem Stromkreis 64 für die Spulen der Elektromagnete verbunden ist. Zu jedem Druckfühler 11' - hier jeweils als Membrandose ausgebildet - gehört ein Kontaktsatz 59 mit vier Kontaktpaaren, die in der für 2-von-3-Schaltungen bekannten Weise in zwei Stromkreisen 60 und 61 angeordnet sind. Jeder der beiden Stromkreise weist ein Relais 62 bzw. 63 auf, die je zwei Kontaktpaare im Stromkreis 35 des Elektromotors 30 bzw. im Stromkreis 64 der elektromagnetischen Kupplung betätigen. Während der Stromkreis 35 mit der Ausgangsspannung U des Reglers 9 gespeist wird, ist für den Stromkreis 64 eine gesicherte, vom Regler 9 unabhängige, eine konstante Spannung liefernde Quelle vorgesehen.

Solange der Sicherheitsgrenzwert nicht überschritten wird, stehen die Spulen der Elektromagnete 56 unter Strom, wodurch die Scheibe 52 von den magnetisieren Ringen 54 und 54' angezogen wird und der Verschlußteil des Ventils von der Antriebskraft des Elektromotors 3® in Schließstellung gehalten wird.

Wird der Sicherheitsgrenzwert überschritten, wobei mindestens zwei der drei Druckfühler 11' den zugehörigen Kontaktsatz 5® in Fig. 5 abwärts drücken, so wird die Stromzufuhr zu den Spulen der Elektromagnete 56 unterbrochen und damit auch die magne-

tische Kraft zwischen den Ringen 54 und 54' und der Scheibe 52. In diesem Moment wird der Verschlußteil 16 - wie zur F i g. 2 beschrieben - in öffnendem Sinne bewegt, bis er seine Endlage erreicht hat.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 wird ein

¹S Bremsmotor 3©' verwendet, der mit einer elektromagnetischen Bremse 70 versehen ist. Auf der das Ritzel 29 antreibenden Welle 71 des Motors 30' ist eine Scheibe 72 drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet. An dem das Zahnradpaar 28, 29 umgebenden Gehäuse 34 sind zwei Ringe 74 und 74' aus ferromagnetischem Material fest angeordnet, wobei der innere Ring 74' die Welle 71 mit Spiel umgibt. In dem Mingraum zwischen den beiden Ringen sind z. B. vier Elektromagnete 75 radial angeordnet, deren Spulen in ei-

*5 nem Stromkreis 76 liegen, der unabhängig vom Stromkreis 35 für den Bremsmotor 30' gespeist wird. Im Stromkreis 35 liegt die Spule eines Relais 77, das einen Schalter 78 betätigt, der im Stromkreis 76 liegt. In den Stromkreisen 35 und 76 sind außerdem je ein Schalter 79 und 80 vorgesehen, die gemeinsam vom Relais 62 betätigt werden, dessen Spule im Stromkreis 60 liegt, dessen nicht dargestellte Schalter vom Druckmeßfühler 11 betätigt werden. Es können auch bei diesem Beispiel - ähnlich wie zu Fig. 5 beschrieben - 2-von-3-Schaltungen vorgesehen sein.

In der in F i g. 6 gezeichneten Stellung des Schalters 79 ist angenommen, daß die vom Regler 9 kommende Spannung i/Null ist, so daß auf den Bremsmotor 30' keine Kraft ausgeübt wird. Gleichzeitig stehen wegen der geschlossenen Schalter 78 und 80 die Spulen der Elektromagnete 75 unter Strom, so daß die Ringe 74 und 74' die Scheibe 72 anziehen und den Motor in gebremster Stellung halten. Der Verschlußteil des Ventils 7 hat somit - wie in Fi g. 2 - die geschlossene

Stellung inne. Übersteigt nun der Druck des Mediums den Sicherheitsgrenzwert, so wird das Relais 62 stromlos und die Schalter 79 und 80 öffnen sich, so daß die Stromkreise 35 und 76 unterbrochen werden. Die Unterbrechung des Stromkreises 76 hat zur Folge, daß das Relais 77 abfällt, der Schalter 78 sich öffnet und die elektromagnetische Bremse 70 gelüftet wird, so daß der Verschlußteil - wie zu Fig. 2 beschrieben - sich in die ganz geöffnete Stellung bewegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Ventil mit Antrieb durch einen Elektromotor, der über ein Schraubengetriebe auf die Spindel des Ventils einwirkt, wobei Mittel vorgesehen sind, durch die—wenn der Zustand des vom Ventil beeinflußten Mediums einen Sicherheitsgrenzwert überschreitet—das Ventil unter dem Einfluß einer von der Motorkraft unabhängigen Kraft in eine vorbestimmte Endlage fährt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubengetriebe (26, 28) nicht selbsthemmend ist und die Mittel so ausgebildet sind, daß sie bei Überschreiten des Sicherheitsgrenzwertes die Kraftwirkung vom Elektromotor (30) auf das Schraubengetriebe (26, 28) unterbrechen und die unabhängige Kraft (32) auf die Spindel (17) einwirkt (Fig. 2).

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel Schalter (24, 36, 39) aufweisen, die im Stromkreis des Elektromotors (30) angeordnet sind (Fig. 2).

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine Kupplung (50) aufweisen, die zwischen dem Elektromotor (30) und dem Schraubengetriebe (26, 28) angeordnet ist (Fig. 5).

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (30) eine im nichterregten Zustand des Motors eingeschaltete Bremse (70) aufweist und die Mittel eine Vorrichtung (76,77,78) zum Lüften der Bremse aufweisen (Fig. 6).

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die die Geschwindigkeit der Bewegung in die vorbestimmte Endlage begrenzt.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem Widerstand (40) besteht, der so im Stromkreis (35) des Elektromotors (30) angeordnet ist, daß er bei Abschalten der Stromzufuhr zum Elektromotor (30) eingeschaltet wird (Fig. 2).