EP1630425A2 - Sicherheitsschaltung für medienbetriebene Verbraucher und Verfahren zum Betrieb derselben - Google Patents

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EP1630425A2
EP1630425A2 EP05016934A EP05016934A EP1630425A2 EP 1630425 A2 EP1630425 A2 EP 1630425A2 EP 05016934 A EP05016934 A EP 05016934A EP 05016934 A EP05016934 A EP 05016934A EP 1630425 A2 EP1630425 A2 EP 1630425A2
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safety circuit
valves
solenoid valves
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    • F15B2211/8755—Emergency shut-down

Definitions

  • the invention relates to a safety circuit for media-driven consumers, such as steam or gas turbines, with at least one first solenoid valve, which acts on a fluid circuit, in particular hydraulic circuit to which an actuating device is connected, which acts on the operating behavior of the consumer.
  • the invention further relates to a method for operating the safety circuit.
  • the so-called quick-closing valves are usually actuated hydraulically, wherein the use of an actuator, usually in the form of equipped with disc springs hydraulic cylinder (working cylinder) at Drucklos circuit thereof, under the action of the spring force the piston rod of the cylinder extends, while the Closes quick-acting valve as a control valve and the mass flow supply to the turbine stops before it can get into the damaging overspeed range.
  • the invention is based on the object, the known safety circuits and their operating methods to further improve that to a high degree the functional reliability is made for each consumer, the field of application of the safety circuit should not be limited to the turbine or power plant area.
  • This object is achieved by a safety circuit having the features of patent claim 1 and an operating method having the features of patent claim 10.
  • At least one further solenoid valve is present, which is connected at least one of the other solenoid valves such that only with simultaneous activation of at least two solenoid valves at least one switched into the fluid circuit control valve on the actuator (lifting cylinder with disc spring package ), the possibility of the permanent verifiability of each individual essential component of the safety circuit, in particular in the form of the valves created, regardless of whether the mentioned power plant is in operation or is stationary. Even during operation of the plant, it is possible to always check a part of the valves and to ensure the safety function with the other components, in particular in the form of the further solenoid valves, so that this results in a high availability for the entire system.
  • the solenoid valves used can be optimized to the particular safety application case, so that here very short switch-back times may result, even with the use of customary for these valves spring return for the valve piston.
  • the individual solenoid valves can be checked for their functional reliability, for example, from a control room, in predeterminable time cycles, and always exclude at least two solenoid valves from a pending review, in order to ensure over this the redundant safety function for each consumer.
  • the safety circuit it is possible with the safety circuit to control a predeterminable oil volume flow in a very short time (60-80 ms) almost without pressure to the tank side of the fluid circuit in order to relieve the actuator of its control pressure, so that, for example, under the action of an energy storage as a diaphragm spring, the actuating device, preferably in the form of the spring-loaded lifting cylinder can cause the control of the quick-closing valve, in order to separate the consumer, preferably in the form of the steam or gas turbine from their media stream (steam).
  • the respective solenoid valves of the safety circuit in the manner of a series circuit are connected in such a fluid-conducting manner that always an output of a valve fluid leading connected to an input of another valve, wherein at least one input control line of the respective control valve is connected to the input side of at least one assignable solenoid valve.
  • control valves are connected in parallel to each other so that when they are simultaneously opened by means of the controlled solenoid valves, a large volume flow is manageable.
  • so-called cartridge valves are used as control valves, which ensure a high reliability due to their structural design.
  • These cartridge valves are also referred to in technical language with logic valves. Their structure and function is exemplary in volume 4 of the hydraulic trainer of Mannesmann Rexroth (edition 1989, print number RD 00280 / 01.89-1th edition).
  • the safety circuit according to the invention has three solenoid valves 1.1, 1.2 and 1.3. Furthermore, a single cartridge valve 2.1 is provided for the safety circuit according to FIG. At a tapping point DS, the system pressure can be recorded via an electrical pressure transducer 3.
  • the cartridge valve 2.1 is spring-loaded and has a proximity or limit switch 5, in order to detect the switching position of the cartridge valve 2.1.
  • the safety circuit is provided with a throttle 6 and a diaphragm 7.
  • the pertinent aperture 7 leads to a filter unit 8, which in turn on the input side to a part of a fluid circuit 10 is connected. Further, an actuator 9 opens between the junction P and the throttle 7 in the fluid circuit 10th
  • All three solenoid valves 1.1, 1.2, 1.3 are shown in their closed position, ie in their de-energized position, in which the respective inputs and outputs of the solenoid valves as shown crosswise connected to each other fluidly. Furthermore, a respective output A1 of a solenoid valve 1.1, 1.2, 1.3 is connected to a respective input E1 of the series-connected solenoid valve. Furthermore, the respectively further input E2 is connected in a fluid-conducting manner to a supply line 12 of the fluid circuit 10. The other outputs A2 of the respective solenoid valve 1.1, 1.2, 1.3 are on the one hand fluidly connected to each other and the other fluid connected to the tank T of the fluid circuit 10 connected. An input side of the cartridge valve 2.1 opens in the direction of the connection point P in the fluid circuit 10 and the output side, as shown in FIG. 1, the cartridge valve 2.1 is also connected to the tank T.
  • the respective solenoid valve 1.1, 1.2, 1.3 In their energized further switching position, the respective solenoid valve 1.1, 1.2, 1.3 would connect the inputs E1 and E2 according to the circuit diagram representation and shut off the outputs A1, A2.
  • the solenoid valves 1.1, 1.2, 1.3 are spring-loaded held in its closed position and the respective position of the solenoid valve is verifiable via encoder 14.
  • the actuator 9 consists of a hydraulic cylinder, the piston rod unit 16 is permanently spring loaded, preferably by exerting a compressive force on a plate spring 18. As shown in FIG. 1, the piston rod unit 16 against the pressure force of the plate spring 18 via the system pressure of the fluid circuit 10 seen in the direction of FIG. 1 in the raised position held and at a pressure drop at the pressure input point P1 for the actuator 9, the piston rod unit 16 moves down and actuates a control valve 20 which controls the media flow to the respective consumer (not shown), for example, the steam mass flow for driving a steam or Gas turbine (not shown) prevents.
  • the actual purpose of the safety circuit is to control a certain oil volume flow in a predetermined time (60 to 80 ms) as depressurized as possible to the tank T.
  • the pressure difference .DELTA.p available for this purpose results inter alia from the characteristic of the spring assembly integrated in the actuating device 9 in the form of the disk springs 18.
  • the disk springs 18 act in the closing direction, ie. H. the piston rod unit 16 extends, wherein the design system pressure in the safety circuit shown should be at least 7 to 8 bar, with fully tensioned plate spring 18.
  • system pressures up to 300 bar and more can be realized.
  • the individual components are designed and matched to one another such that the resulting end ⁇ p does not exceed 1.5 to 2 bar when the spring 18 is relaxed.
  • This pressure is triggered even when triggered, ie currentless solenoid valves 1.1, 1.2 and 1.3, the criterion for a non-pressurized circulation, ie the specific oil through the aperture 7 volume is passed through the cartridge valve 2.1 to the tank T that the spring 18 in the hydraulic cylinder Actuator 9 is not tensioned. This happens only when at least two of the solenoid valves are connected to the positions 1.1, 1.2 or 1.3 energized.
  • the aforementioned solenoid valves 1.1, 1.2 and 1.3 are shown de-energized and are monitored for their piston switching position.
  • the solenoid valves 1.1, 1.2 and 1.3 are provided with the encoders 14, in particular in the form of inductive proximity switches.
  • the pertinent proximity switches can be used either as normally closed or as normally open.
  • solenoid valve 1.1 or 1.2 or 1.3 Under review.
  • the pressure-conducting control bores of both the cartridge valve 2.1 and the solenoid valves 1.1, 1.2 and 1.3 are not depressurized on the input side. This means that the closing surface of the cartridge valve 2.1 is kept under system pressure and therefore remains closed.
  • solenoid valves When triggered - de-energized - two or three solenoid valves of positions 1.1, 1.2 and 1.3, the system is completely depressurized. It is irrelevant which solenoid valves are de-energized, if only two of them are de-energized.
  • the electroless circuit of two solenoid valves has the consequence that the cartridge valve 2.1 is relieved on the closing surface and opens in no time.
  • the common oil flow which results both from the closing operation of the hydraulic cylinder 9 and from the fluid flow coming from the orifice 7, is then against said differential pressure of about ⁇ 1.5 to 2 bar from the input side port of the cartridge valve 2.1 in the direction of the output side port against the atmospheric pressure in the tank T passed.
  • the limit switch 5 which may also be in the form of a pressure transducer (not shown), then signals the current valve position (open) of the cartridge valve 2.1 to a central office (control room or the like) on, which allows the inference that successfully a Sturgeon situation at the consumer (turbine) could be eliminated via the control valve 20 by closing the same.
  • the pressure transducer 3 monitors the pressure in the system in addition to the position monitoring of the valve initiators in the form of the encoder 14.
  • the safety circuit shown is basically designed as a closed circuit current; but there are also applications conceivable, especially in other technical areas, where a triggering of the safety function by energizing the solenoid valves 1.1, 1.2 and 1.3 takes place.
  • FIGS. 2 to 8 The possible modes of operation of the safety circuit will be described below with reference to a second embodiment of FIGS. 2 to 8 in more detail. If components of the first embodiment are used in the second embodiment, the same reference numerals are used insofar as the previous versions apply to the new second embodiment. For ease of illustration was shown in Figs. 2 to 8 of the working cylinder 9 only with its connection point.
  • a further corresponding second cartridge valve 2.2 is used. Furthermore, the two cartridge valves 2.1 and 2.2 connected on its output side fluid leading together and connected to the tank T. On the input side, the two cartridge valves 2.1 and 2.2 are each fluid-carryingly connected to the outlet of two further cartridge valves 3.1 and 3.2, which have two control inputs X and Y as so-called active cartridge valves. Furthermore, the two input sides of each cartridge valve 3.1 and 3.2 are connected to the supply line 12 of the fluid circuit 10. In a connecting line 22 between the two input lines of the cartridge valves 2.1 and 2.2, another throttle or aperture 4 is connected.
  • the control port X of the cartridge valve 3.1 opens together with the control port Y of the cartridge valve 3.2 in the connecting line between the output A1 and input E1 of solenoid valve 1.3 or 1.2. Furthermore, the control port X of the cartridge valve 3.2 opens together with the control port Y of the cartridge valve 3.1 in the connecting line between the output A1 and input E1 of solenoid valve 1.2 or solenoid valve 1.1.
  • the pressure transducer 3 according to the illustration of Figure 2 opposite to the pertinent representation on both sides of the aperture 4 is connected below the cartridge valves 2.1 and 2.2 in the fluid circuit 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung für medienbetriebene Verbraucher, wie Dampf- oder Gasturbinen, mit mindestens einem ersten Magnetventil (1.1), das auf einen Fluidkreis (10), insbesondere Hydraulikkreis, einwirkt, an den eine Betätigungseinrichtung (9) anschließbar ist, die auf das Betriebsverhalten des Verbrauchers mit einwirkt. Dadurch, das mindestens ein weiteres Magnetventil (1.1, 1.3) vorhanden ist, das zumindest mit einem der anderen Magnetventile (1.1) derart verschaltet ist, dass erst bei gleichzeitiger Ansteuerung mindestens zweier Magnetventile (1.1,1.2,1.3) mindestens ein in den Fluidkreis (10) geschaltetes Steuerventil (2.1) auf die Betätigungseinrichtng (9) einwirkt, ist die Möglichkeit der permanenten Überprüfbarkeit gegeben bei gleichzeitiger Realisierung der Sicherheitsfunktion. Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Betrieb der Sicherheitsschaltung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung für medienbetriebene Verbraucher, wie Dampf- oder Gasturbinen, mit mindestens einem ersten Magnetventil, das auf einen Fluidkreis, insbesondere Hydraulikkreis einwirkt, an den eine Betätigungseinrichtung angeschlossen ist, die auf das Betriebsverhalten des Verbrauchers mit einwirkt. Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Betrieb der Sicherheitsschaltung.
  • In üblichen Kraftwerken werden Verbraucher, wie Dampf- oder Gasturbinen mittels Frischdampf aus dem Heizkessel über einen durch eine Frischdampfleitung geführten Massenstrom angetrieben, wobei die Steuerung des Massendampfstromes über zwischengeschaltete Turbinen-Regelventile erfolgt. Die übliche Nenndrehzahl einer dahingehenden Turbine zur Erzeugung einer 50 Hz Frequenz beträgt 3000 U/min, wobei die dahingehende Drehzahl in einem engen prozentualen Bereich einzuhalten ist. Den eigentlichen Turbinen-Regelventilen sind sogenannte Schnellschlußventile als Stellventile vorgeschaltet, die unter bestimmten Voraussetzungen oder Kriterien in den sogenannten "Schnellschluß" übergehen können. Ein vorgebbares Kriterium ist beispielsweise ein Kupplungsbruch an der Turbinenwelle, was üblicherweise zur Folge hat, dass die Turbine tendenziell in Richtung Überdrehzahl läuft, was zu ihrer Zerstörung führen kann. In diesem sich abzeichnenden Falle wird vorher in einer sehr kurzen zur Verfügung stehenden Zeitspanne, eine Sicherheitsschaltung ausgelöst, welche den Massenstrom vor der betroffenen Turbine absperrt und somit die Turbine vor Überdrehzahl und damit einhergehenden Schaden schützt.
  • Bei den bekannten Lösungen sind die sogenannten Schnellschlußventile in der Regel hydraulisch betätigt, wobei unter Einsatz einer Betätigungseinrichtung, meist in Form eines mit Tellerfedern ausgerüsteten Hydraulikzylinders (Arbeitszylinders) bei Drucklos-Schaltung desselben, unter der Wirkung der Federkraft die Kolbenstange des Zylinders ausfährt, dabei das Schnellschlußventil als Stellventil schließt und die Massenstromversorgung zu der Turbine unterbindet, bevor diese in den schädigenden Überdrehzahlbereich gelangen kann.
  • Bei den bekannten Sicherheitsschaltungen, wie sie heute in Turbinenkraftwerken zum Einsatz kommen, wird die Ansteuerung des Arbeitszylinders für die Betätigung des jeweiligen Schnellschlußventiles der Turbine mit einfach aufgebauten Magnetventilkonzepten realisiert, wobei es bei der Sicherheitsschaltung relativ leicht zu Funktionsstörungen kommen kann, beispielsweise, wenn die eigentliche Schaltfunktion des Magnetventiles durch Verschmutzungen oder dergleichen gestört ist. Unsicherheiten in der Sicherheitsschaltung selbst führen aber selbstredend zu unsicheren Verhältnissen bei der sinnfälligen Überwachung der Betriebssituation der Turbine, mit der Folge, dass im Störfall durch Versagen der Sicherheitsschaltung, es im Extremfall zu erheblichen Schäden bei der betroffenen Turbine kommt.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Sicherheitsschaltungen und ihre Betriebsverfahren dahingehend weiter zu verbessern, dass im hohen Maße die Funktionssicherheit für den jeweiligen Verbraucher hergestellt ist, wobei das Anwendungsgebiet der Sicherheitsschaltung nicht auf den Turbinen- oder Kraftwerksbereich eingeschränkt sein soll. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Sicherheitsschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
  • Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 mindestens ein weiteres Magnetventil vorhanden ist, das zumindest mit einem der anderen Magnetventile derart verschaltet ist, dass erst bei gleichzeitiger Ansteuerung mindestens zweier Magnetventile mindestens ein in den Fluidkreis geschaltetes Steuerventil auf die Betätigungseinrichtung (Hubzylinder mit Tellerfederpaket) einwirkt, ist die Möglichkeit der permanenten Überprüfbarkeit jedes einzelnen wesentlichen Bauteiles der Sicherheitsschaltung, insbesondere in Form der Ventile geschaffen, unabhängig davon, ob die angesprochene Kraftwerksanlage in Betrieb ist oder stillsteht. Selbst im Betrieb der Anlage besteht die Möglichkeit, immer ein Teil der Ventile zu prüfen und mit den anderen Komponenten, insbesondere in Form der weiteren Magnetventile die Sicherheitsfunktion zu gewährleisten, so dass sich hieraus eine hohe Verfügbarkeit für die Gesamtanlage ergibt. Die eingesetzten Magnetventile lassen sich auf den jeweiligen Sicherheitsanwendungsfall optimieren, so dass sich hier sehr kurze Rückschaltzeiten ergeben können, auch bei Einsatz der bei dahingehenden Ventilen üblichen Federrückstellung für den Ventilkolben.
  • Mit der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung ist gemäß der Merkmalsausgestaltung des Patentanspruchs 10 ein Betrieb möglich, bei dem in vorgebbaren zeitlichen Zyklen die einzelnen Magnetventile auf ihre Funktionssicherheit, beispielsweise von einer Steuerwarte aus überprüfbar sind, und immer mindestens zwei Magnetventile von einer dahingehenden Überprüfung auszunehmen, um dergestalt über diese die redundante Sicherheitsfunktion für den jeweiligen Verbraucher zu gewährleisten. Dergestalt ist es mit der Sicherheitsschaltung möglich, einen vorgebbaren Öl-Volumenstrom in einer sehr kurzen Zeit (60-80 ms) nahezu drucklos zur Tankseite des Fluidkreises abzusteuern, um dergestalt die Betätigungseinrichtung von ihrem Ansteuerdruck zu entlasten, so dass beispielsweise unter der Einwirkung eines Energiespeichers, wie einer Tellerfeder, die Betätigungseinrichtung, vorzugsweise in Form des federbelasteten Hubzylinders die Ansteuerung des Schnellschlußventiles veranlassen kann, um dergestalt den Verbraucher, vorzugsweise in Form der Dampf- oder Gasturbine von ihrem Medienstrom (Dampf) abzutrennen. Zur Realisierung des dahingehenden Sicherheitskonzeptes ist vorzugsweise vorgesehen, dass die jeweiligen Magnetventile der Sicherheitsschaltung in der Art einer Reihenschaltung derart fluidführend miteinander verbunden sind, dass immer ein Ausgang des einen Ventiles fluidführend mit einem Eingang eines anderen Ventiles verbunden ist, wobei mindestens eine Eingangssteuerleitung des jeweiligen Steuerventiles auf die Eingangsseite mindestens eines zuordenbaren Magnetventiles geschaltet ist.
  • Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Steuerventile derart parallel zueinander geschaltet sind, dass bei deren gleichzeitiger Öffnung mittels der angesteuerten Magnetventile ein großer Volumenstrom beherrschbar ist. Vorzugsweise werden als Steuerventile sogenannte Cartridge-Ventile eingesetzt, die aufgrund ihres konstruktiven Aufbaus eine hohe Funktionssicherheit gewährleisten. Dahingehende Cartridge-Ventile werden in der Fachsprache auch mit Logikventilen bezeichnet. Ihr Aufbau und ihre Funktion ist beispielhaft in Band 4 der Hydrauliktrainer von Mannesmann Rexroth beschrieben (Auflage 1989, Drucknummer RD 00280/01.89-1. Auflage).
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung sind Gegenstand der sonstigen Patentansprüche.
  • Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung anhand zweier Ausführungsbeispiele nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung in der Art von Schaltplänen die
    • Fig. 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel mit drei Magnet- und einem Cartridge-Ventil,
    Fig. 2 bis 8
    ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung in verschiedenen Schalt- und Betriebszuständen mit drei Magnet- und insgesamt vier Cartridge-Ventilen.
  • Der grundsätzliche Aufbau der Sicherheitsschaltung soll zunächst an dem ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 näher erläutert werden. Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung weist drei Magnetventile 1.1, 1.2 und 1.3 auf. Ferner ist für die Sicherheitsschaltung nach der Fig. 1 ein einzelnes Cartridge-Ventil 2.1 vorgesehen. An einer Abgriffsstelle DS lässt sich über einen elektrischen Druckwertaufnehmer 3 der Systemdruck erfassen. Das Cartridge-Ventil 2.1 ist federbelastet und weist einen Näherungs- oder Endlagenschalter 5 auf, um dergestalt die Schaltposition des Cartridge-Ventiles 2.1 zu erfassen. Ferner ist die Sicherheitsschaltung mit einer Drossel 6 sowie einer Blende 7 versehen. Die dahingehende Blende 7 führt zu einer Filtereinheit 8, die wiederum eingangsseitig an einen Teil eines Fluidkreises 10 angeschlossen ist. Ferner mündet eine Betätigungseinrichtung 9 zwischen der Anschlußstelle P und der Drossel 7 in den Fluidkreis 10.
  • Alle drei Magnetventile 1.1, 1.2, 1.3 sind in ihrer Ruhestromstellung, also in ihrer unbestromten Stellung gezeigt, bei der die jeweiligen Ein- und Ausgänge der Magnetventile wie dargestellt kreuzweise miteinander fluidführend verbunden sind. Des weiteren ist ein jeweiliger Ausgang A1 eines Magnetventils 1.1, 1.2, 1.3 auf einen jeweiligen Eingang E1 des in Reihe nachfolgenden Magnetventils aufgeschaltet. Ferner ist der jeweils weitere Eingang E2 fluidführend mit einer Zulaufleitung 12 des Fluidkreises 10 verbunden. Die weiteren Ausgänge A2 des jeweiligen Magnetventils 1.1, 1.2, 1.3 sind zum einen fluidführend miteinander verbunden und im übrigen fluidführend an den Tank T des Fluidkreises 10 angeschlossen. Eine Eingangsseite des Cartridge-Ventiles 2.1 mündet in Richtung der Anschlußstelle P in den Fluidkreis 10 und ausgangsseitig ist, wie in der Fig. 1 dargestellt, das Cartridge-Ventil 2.1 gleichfalls an den Tank T angeschlossen.
  • In ihrer bestromten weiteren Schaltstellung würde das jeweilige Magnetventil 1.1, 1.2, 1.3 gemäß der Schaltplandarstellung die Eingänge E1 und E2 miteinander verbinden und die Ausgänge A1, A2 absperren. Die Magnetventile 1.1, 1.2, 1.3 sind federbelastet in ihrer Ruhestromstellung gehalten und die jeweilige Position des Magnetventils ist über Geber 14 überprüfbar.
  • Die Betätigungseinrichtung 9 besteht aus einem hydraulischen Arbeitszylinder, wobei die Kolbenstangeneinheit 16 permanent federbelastet ist, vorzugsweise durch Ausüben einer Druckkraft über eine Tellerfeder 18. Gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 wird die Kolbenstangeneinheit 16 entgegen der Druckkraft der Tellerfeder 18 über den Systemdruck des Fluidkreises 10 in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen in der angehobenen Stellung gehalten und bei einem Druckabfall an der Druckeingangsstelle P1 für die Betätigungseinrichtung 9 fährt die Kolbenstangeneinheit 16 nach unten hin aus und betätigt ein Stellventil 20, das den Medienstrom zu dem jeweiligen Verbraucher (nicht dargestellt) ansteuert, beispielsweise den Dampfmassenstrom für den Antrieb einer Dampf- oder Gasturbine (nicht dargestellt) unterbindet.
  • Der eigentliche Zweck der Sicherheitsschaltung ist es, einen bestimmten Öl-Volumenstrom in einer vorgegebenen Zeit (60 bis 80 ms) möglichst drucklos zum Tank T hin abzusteuern. Die hierfür zur Verfügung stehende Druckdifferenz Δ p resultiert unterer anderem aus der Charakteristik des in der Betätigungseinrichtung 9 integrierten Federpaketes in Form der Tellerfedern 18. Die Tellerfedern 18 wirken in Schließrichtung, d. h. die Kolbenstangeneinheit 16 fährt aus, wobei der Auslegungs-Systemdruck bei der gezeigten Sicherheitsschaltung mindestens 7 bis 8 bar betragen soll, bei voll gespannter Tellerfeder 18. In Abhängigkeit der Komponentenwahl für die Sicherheitsschaltung sind durchaus Systemdrücke bis 300 bar und mehr realisierbar.
  • Die Einzelkomponenten sind derart ausgelegt und aufeinander abgestimmt, dass das resultierende End-Δ p bei entspannter Feder 18 1,5 bis 2 bar nicht überschreitet. Dieser Druck ist auch bei ausgelösten, d. h. stromlosen Magnetventilen 1.1, 1.2 und 1.3 das Kriterium für einen drucklosen Umlauf, d. h. das durch die Blende 7 bestimmte Ölvolumen wird so über das Cartridge-Ventil 2.1 zum Tank T geleitet, dass die Feder 18 im Hydraulikzylinder der Betätigungseinrichtung 9 nicht gespannt wird. Dieses geschieht erst, wenn mindestens zwei der Magnetventile mit den Positionen 1.1, 1.2 oder 1.3 stromführend geschaltet sind.
  • Gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 sind die genannten Magnetventile 1.1, 1.2 und 1.3 stromlos dargestellt und werden auf ihre Kolben-Schaltstellung hin überwacht. Um eine permanente Prüfbarkeit der Komponenten sicherstellen zu können, sind die Magnetventile 1.1, 1.2 und 1.3 mit den Gebern 14, insbesondere in Form induktiver Näherungsschalter versehen. Die dahingehenden Näherungsschalter sind wahlweise als Öffner oder als Schließer verwendbar.
  • In der Startsituation sind zunächst alle Magnetventile 1.1, 1.2 und 1.3 stromführend geschaltet, d. h. alle Steuerkanäle bezogen auf die Ausgänge A2 sind zum Tank T hin gesperrt.
  • Während des normalen Betriebes der Sicherheitsschaltung ist dann immer wechselweise ein Magnetventil 1.1 oder 1.2 oder 1.3 in Prüfung. Die druckführenden Steuerbohrungen sowohl des Cartridge-Ventiles 2.1 als auch die der Magnetventile 1.1, 1.2 und 1.3 werden auf der Eingangsseite dabei nicht druckentlastet. Das bedeutet, dass die Schließfläche des Cartridge-Ventiles 2.1 unter Systemdruck gehalten und somit geschlossen bleibt. Bei ausgelösten - stromlosen - zwei oder drei Magnetventilen der Positionen 1.1, 1.2 und 1.3 wird das System komplett druckentlastet. Dabei ist es unerheblich, welche Magnetventile stromlos geschaltet werden, sofern nur zwei derselben stromlos geschaltet sind. Die Stromlos-Schaltung zweier Magnetventile hat zur Folge, dass das Cartridge-Ventil 2.1 auf der Schließfläche entlastet wird und in kürzester Zeit öffnet. Der gemeinsame Ölstrom, der sowohl aus dem Schließvorgang des Hydraulikzylinders 9 resultiert als auch aus dem Fluidstrom, der von der Blende 7 kommt, wird dann gegen den genannte Differenzdruck von ca. < 1,5 bis 2 bar von dem eingangsseitigen Anschluss des Cartridge-Ventiles 2.1 in Richtung des ausgangsseitigen Anschlusses gegen den atmosphärischen Druck in den Tank T geleitet.
  • Der Endlagenschalter 5, der auch in der Art eines Druckaufnehmers (nicht dargestellt) ausgebildet sein kann, signalisiert dann die aktuelle Ventilstellung (geöffnet) des Cartridge-Ventiles 2.1 an eine Zentralstelle (Leitwarte oder dergleichen) weiter, was den Rückschluss zulässt, dass erfolgreich eine Störsituation am Verbraucher (Turbine) über das Stellventil 20 durch Schließen desselben beseitigt werden konnte. Der Druckwertaufnehmer 3 überwacht dabei den Druck im System zusätzlich zu den Stellungsüberwachungen der Ventil-Initiatoren in Form der Geber 14. Die gezeigte Sicherheitsschaltung ist grundsätzlich als Ruhestromschaltung konzipiert; es sind aber auch Anwendungsfälle denkbar, insbesondere in anderen technischen Bereichen, wo eine Auslösung der Sicherheitsfunktion durch Bestromen der Magnetventile 1.1, 1.2 und 1.3 erfolgt. Die Überwachung des Systemdrukkes wie angegeben, erlaubt darüber hinaus eine dauerhaft elektronische Überwachung als zusätzliches Sicherheitskriterium. Durch den Einsatz von Cartridge-Ventilen innerhalb der Sicherheitsschaltung ist darüber hinaus eine erhöhte Funktionssicherheit erreicht.
    Die möglichen Betriebsweisen der Sicherheitsschaltung werden nachfolgend anhand eines zweiten Ausführungsbeispieles nach den Fig. 2 bis 8 näher beschrieben. Sofern bei dem zweiten Ausführungsbeispiel Komponenten des ersten Ausführungsbeispieles benutzt werden, werden insoweit dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei dann die bisherigen Ausführungen auch für das neue zweite Ausführungsbeispiel gelten. Der einfacheren Darstellung wegen wurde in den Fig. 2 bis 8 der Arbeitszylinder 9 nur mit seiner Anschlußstelle wiedergegeben.
  • Der wesentliche Unterschied gegenüber der vorangehend beschriebenen ersten Lösung ist, dass bei der zweiten Ausführungsform anstelle nur eines Cartridge-Ventiles 2.1 ein weiteres entsprechendes zweites Cartridge-Ventil 2.2 eingesetzt wird. Ferner sind die beiden Cartridge-Ventile 2.1 und 2.2 auf ihrer Ausgangsseite fluidführend miteinander verbunden und an den Tank T angeschlossen. Eingangsseitig sind die beiden Cartridge-Ventile 2.1 und 2.2 jeweils mit dem Ausgang zweier weiterer Cartrdige-Ventile 3.1 und 3.2 fluidführend verbunden, die als so genannte Aktiv-Cartridge-Ventile über zwei Steuereingänge X und Y verfügen. Ferner sind die beiden Eingangsseiten eines jeden Cartridge-Ventiles 3.1 und 3.2 mit der Zulaufleitung 12 des Fluidkreises 10 verbunden. In eine Verbindungsleitung 22 zwischen den beiden Eingangsleitungen der Cartridge-Ventile 2.1 und 2.2 ist eine weitere Drossel oder Blende 4 geschaltet.
  • Der Steueranschluss X des Cartridge-Ventiles 3.1 mündet zusammen mit dem Steueranschluss Y des Cartridge-Ventiles 3.2 in die Verbindungsleitung zwischen Ausgang A1 und Eingang E1 von Magnetventil 1.3 bzw. 1.2. Des weiteren mündet der Steueranschluss X des Cartridge-Ventiles 3.2 zusammen mit dem Steueranschluss Y des Cartridge-Ventiles 3.1 in die Verbindungsleitung zwischen Ausgang A1 und Eingang E1 von Magnetventil 1.2 bzw. Magnetventil 1.1.
  • Aufgrund der Parallelverschaltung aller Logikventile 2.1, 2.2, 3.1 und 3.2 mit der Möglichkeit deren gleichzeitiger Öffnung kann ein großer Volumenstrom in kürzester Zeit drucklos zum Tank T geleitet werden. Dies ist ein Vorteil gegenüber einer Lösung nach der Fig. 1 mit nur einem eingesetzten Cartridge-Ventil 2.1. Die Position der Cartridge-Ventile 2.1 und 2.2 wird wiederum über Endlagenschalter 5.1 und 5.2 realisiert und ein Steueranschluss des Cartridge-Ventiles 2.1 ist an den Steueranschluss X des Cartridge-Ventiles 3.1 angeschlossen sowie an den Steueranschluss Y des Cartridge-Ventiles 3.2. Ferner ist entsprechend ein Steueranschluss des Cartridge-Ventiles 2.2 an die jeweilige Steuerleitung X und Y der Cartridge-Ventile 3.2 bzw. 3.1 angeschlossen. Die Funktionalität aller eingesetzten Ventile wird durch Kontakt an den jeweils zugeordneten elektrischen Gebern u. a. 14 überwacht und gemeldet. Bei den permanenten Prüfungen der einzelnen Funktions- und Baugruppen ergeben sich dabei folgende Zusammenhänge in den Ventilzuordnungen und Funktionen:
    • 1. Prüfung 1 x Ruhestrom betreffend Position 1.1 führt zum Öffnen von Ventilpositionen 2.2 und Position 3.1 gemäß Darstellung nach der Fig. 2
    • 2. Prüfung 1 x Ruhestrom betreffend Position 1.2 ergibt Öffnen der Ventilpositionen 2.1 und Position 3.2 gemäß Fig. 3
    • 3. Prüfung 1 x Ruhestrom betreffend Position 1.3 ergibt Schließen aller Logikventile 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 (nicht dargestellt)
    • 4. Prüfung 2x Ruhestrom betreffend Position 1.1 und Position 1.2 ergibt Öffnen aller Logikventile gemäß Darstellung nach der Fig. 4
    • 5. Prüfung 2x Ruhestrom betreffend Position 1.1 und Position 1.3 ergibt Öffnen aller Logikventile 2.1, 2.2, 3.1, 3.3 gemäß Darstellung nach der Fig. 5
    • 6. Prüfung 2x Ruhestrom betreffend Position 1.2 und Position 1.3 ergibt Öffnen aller Logikventile 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 gemäß Darstellung nach der Fig. 6
    • 7. Prüfung 3x Ruhestrom betreffend Position 1.1, Position 1.2 und Position 1.3 ergibt Öffnen aller Logikventile gemäß Darstellung nach der Fig. 7
    • 8. Prüfung 3x Arbeitsstrom betreffend Position 1.1, Position 1.2 und Position 1.3 ergibt Schließen aller Logikventile gemäß Darstellung nach der Fig. 8
  • Mit der erfindungsgemäßen Sicherheitslösung ist in der Art einer 2/3-Sicherheitssteuerung eine permanente Möglichkeit der Überprüfbarkeit jeder betätigbaren Einzelkomponente gegeben, wobei gleichzeitig die nicht geprüften Anlageteile die Sicherheitsfunktion realisieren können.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Druckwertaufnehmer 3 gemäß der Darstellung nach der Fig.2 entgegen der dahingehenden Darstellung auf beiden Seiten der Blende 4 unterhalb der Cartridge-Ventile 2,1 und 2.2 in den Fluidkreis 10 angeschlossen.

Claims (10)

  1. Sicherheitsschaltung für medienbetriebene Verbraucher, wie Dampf- oder Gasturbinen, mit mindestens einem ersten Magnetventil (1.1), das auf einen Fluidkreis (10), insbesondere Hydraulikkreis einwirkt, an den eine Betätigungseinrichtung (9) anschließbar ist, die auf das Betriebsverhalten des Verbrauchers mit einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Magnetventil (1.2, 1.3) vorhanden ist, das zumindest mit einem der anderen Magnetventile (1.1) derart verschaltet ist, dass erst bei gleichzeitiger Ansteuerung mindestens zweier Magnetventile (1.1, 1.2, 1.3) mindestens ein in den Fluidkreis (10) geschaltetes Steuerventil (2.1) auf die Betätigungseinrichtung (9) einwirkt.
  2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Magnetventile (1.1, 1.2, 1.3) in der Art einer Reihenschaltung derart fluidführend miteinander verbunden sind, dass immer ein Ausgang (A) des einen Ventiles fluidführend mit einem Eingang (E) eines anderen Ventiles verbunden ist und dass mindestens eine Eingangssteuerleitung des jeweiligen Steuerventiles (2.1) auf die Eingangsseite (E) mindestens eines zuordenbaren Magnetventiles geschaltet ist.
  3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Steuerventile (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) derart parallel zueinander geschaltet sind, dass bei deren gleichzeitiger Öffnung mittels der angesteuerten Magnetventile (1.1, 1.2, 1.3) ein großer Volumenstrom beherrschbar ist.
  4. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnet- und die Steuerventile jeweils eine Fluidanschlußstelle aufweisen, die zum Tank (T) des Fluidkreises (10) führt.
  5. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Zulaufleitung (12) von der Betätigungseinrichtung (9) und/oder vom Fluidkreis (10) kommend zu dem jeweiligen Magnetventil (1.1, 1.2, 1.3) mindestens eine Drossel und/oder Blende (4, 6, 7) geschaltet ist.
  6. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionssicherheit aller Magnetventile (1.1, 1.2, 1.3) durch elektrische Geber (14) überprüfbar ist.
  7. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle Magnetventile (1.1, 1.2, 1.3) gleich aufgebaut und bei Spannungsabfall an dem jeweils zuordenbaren Geber (14) zur Auslösung der Sicherheitsfunktion schalten.
  8. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Magnetventil (1.1, 1.2, 1.3) ein 4/2-Wegeventil ist und dass das jeweilige Steuerventil ein Cartridge-Ventil (2.1, 2.2) - auch in aktiver Bauweise (3.1, 3.2) ausgeführt - ist.
  9. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (9) aus einem federbelasteten Arbeitszylinder besteht, der ein Stellventil (20) betätigt, das den Medienstrom zu dem jeweiligen Verbraucher ansteuert.
  10. Verfahren zum Betrieb einer Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in vorgebbaren Zyklen die einzelnen Magnetventile (1.1, 1.2, 1.3) auf ihre Funktionssicherheit hin überprüft werden und dass mindestens immer zwei Magnetventile, von einer dahingehenden Überprüfung ausgenommen, die Sicherheitsfunktion für den jeweiligen Verbraucher sicherstellen.
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