СЕРВОДВИГАТЕЛЬ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ КЛАПАНА АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАТВОРА Российский патент 1999 года по МПК F01D17/26 F15B15/00 

Изобретение относится к серводвигателю для перемещения штанги вдоль оси с гидравлическим исполнительным органом (Actuator) и конструктивно объединенным с ним пусковым механизмом, который выполнен с возможностью нагружения гидравлической текучей средой и подключен через гидравлическую текучую среду к исполнительному органу, причем:
а) исполнительный орган содержит цилиндр, в котором установлен с возможностью скольжения и уплотнения соединенный с силовым замыканием со штангой поршень, и соединенную с силовым замыканием со штангой и противодействующую исполнительному органу пружину сжатия, причем штанга является выдвигаемой за счет пружины сжатия из цилиндра и втягиваемой в цилиндр за счет нагружения исполнительного органа гидравлической текучей средой,
b) пусковой механизм имеет нагружаемую гидравлической текучей средой область притока, область давления, к которой подключен исполнительный орган, диафрагму, через которую область притока соединена с областью давления, область оттока, из которой гидравлическая текучая среда может отводиться без давления, а также переключательный элемент, который соединяет область давления с областью оттока, если появляется положительный перепад давления от области давления к области притока, а в остальное время закрывает область оттока.

Подобный серводвигатель следует из ЕР 0 430 089 A1.

Изобретение относится, в частности, к серводвигателю для клапана автоматического затвора, который используется, например, на паровой турбине, для которой требуется возможность быстрой остановки. Это имеет место практически на каждой паровой турбине, которая приводит в действие генератор для получения электрического тока, как на электростанции, так и на промышленной установке. Также паровая турбина, которая приводит в действие компрессор или тому подобное в химической установке, должна обычно снабжаться подобным клапаном автоматического затвора с относящимся к нему серводвигателем.

Из DD 263801 A1 следует серводвигатель вышеназванного вида для клапана автоматического затвора. В нем область давлений задана областью цилиндра, ограниченной поршнем, соединенным с силовым замыканием со штангой и установленным в цилиндре с возможностью скольжения, а также ведущим к переключательному элементу, который представляет собой пластину, патрубком. Пластина прижимается за счет пружины сжатия к патрубку и в значительной степени закрывает его. В пластине предусмотрена диафрагма, которая соединяет расположенную выше пластины область притока с расположенной ниже пластины областью давления. Внешний патрубок, который окружает уже упомянутый патрубок, ограничивает кольцевую область оттока, через которую может оттекать гидравлическая текучая среда, если пластина поднимается гидравлической текучей средой из области давлений, что происходит, если давление гидравлической текучей среды в области притока уменьшается и появляется положительный перепад давления от области давления к области притока.

Серводвигатель согласно DD 263801 A1 отличается тем, что он может приводиться в действие из единственной системы подачи для гидравлической текучей среды. Если клапан автоматического затвора, к которому подключен серводвигатель, должен открываться, то достаточно подать к области притока гидравлическую текучую среду и таким образом создать давление в области притока. Это давление прижимает пластину к патрубкам и препятствует оттоку гидравлической текучей среды в область оттока; через диафрагму в пластине гидравлическая текучая среда попадает в область давления и обеспечивает там постепенное установление давления, за счет чего поршень, который прижат соответствующей пружиной сжатия в начальное положение, сдвигается в конечное положение и открывает клапан автоматического затвора. Для приведения в действие мгновенной посадки клапана достаточно допустить в достаточной степени падение давления в системе подачи; в этом случае пластина поднимается от патрубка и освобождает область оттока, так что гидравлическая текучая среда может оттекать в значительной мере без давления и позволяет обратное движение поршня за счет силы пружины сжатия в начальное положение. Серводвигатель далее выполнен для обслуживания так называемого выталкиваемого клапана, то есть клапана с кольцевым седлом клапана и подходящим к нему конусом клапана, который на обращенной к седлу клапана стороне прикреплен к шпинделю, который проходит сквозь седло клапана; к этому шпинделю серводвигатель должен присоединяться таким образом, чтобы седло клапана находилось между конусом клапана и серводвигателем.

Серводвигатель является не пригодным для обслуживания так называемого оттягиваемого клапана, который также имеет кольцевое седло клапана с подходящим конусом клапана на шпинделе, причем конечно шпиндель не проходит сквозь седло клапана, а соединен с ним на обращенной от седла клапана стороне конуса клапана; серводвигатель должен так присоединяться к шпинделю, чтобы конус клапана находился между седлом клапана и серводвигателем.

Оттягиваемый клапан позволяет удерживать шпиндель на расстоянии от текучей среды, которая протекает через открытый клапан; это не является возможным в случае выталкиваемого клапана, так как шпиндель постоянно пропущен через седло клапана, через которое должна протекать текучая среда. Поэтому оттягиваемый клапан по сравнению с выталкиваемым клапаном дает преимущество в эксплуатации.

Задачей изобретения является указание улучшенного серводвигателя названного вначале вида, который является пригодным, в частности, для подключения к так называемому оттягиваемому клапану автоматического затвора.

Для решения этой задачи указывается серводвигатель для смещения штанги вдоль оси, с гидравлическим исполнительным органом и конструктивно объединенным с ним пусковым механизмом, который выполнен с возможностью нагружения гидравлической текучей средой и подключен через гидравлическую текучую среду к исполнительному органу, причем
а) исполнительный орган содержит цилиндр, в котором установлен с возможностью скольжения и уплотнения соединенный с силовым замыканием со штангой поршень, и соединенную с силовым замыканием со штангой и противодействующую исполнительному органу пружину сжатия, причем штанга является выдвигаемой из цилиндра за счет пружины сжатия и втягиваемой в цилиндр за счет нагружения исполнительного органа гидравлической текучей средой;
b) пусковой механизм имеет нагружаемую гидравлической текучей средой область притока, область давления, к которой подключен исполнительный орган, диафрагму, через которую область притока соединена с областью давления, область оттока, из которой гидравлическая текучая среда может отводиться без давления, а также переключательный элемент, который соединяет область давления с областью оттока, если появляется положительный перепад давления от области давления к области притока, а в остальное время закрывает область оттока;
с) пусковой механизм, при рассмотрении от штанги вдоль оси, расположен после исполнительного органа; и
d) поршень между собой и торцевой стенкой цилиндра, через которую проходит штанга и к которой он прижимается пружиной сжатия, ограничивает нагружаемое гидравлической текучей средой силовое пространство и содержит по меньшей мере одно отверстие, через которое силовое пространство подключено к области давления
Этот серводвигатель может быть выполнен в виде компактного и в основном цилиндрического блока. Расположение пускового механизма после исполнительного органа способствует, кроме того, эффективности серводвигателя, в частности скорости, достигаемой при мгновенной посадке.

Этим серводвигателем открываются, в частности, преимущества, которые предлагает следующий из уровня техники серводвигатель, предназначенный для выталкиваемого клапана. Соответствующий изобретению серводвигатель является относительно простым в обслуживании, так как он требует только одну единственную подводящую систему для гидравлической текучей среды и делает возможным применение на оттягиваемом клапане автоматического затвора, при котором запирающий орган для открывания притягивается через клапанный шпиндель. Такой клапан автоматического затвора имеет преимущество, что служащий для подъема закрывающего органа клапанный шпиндель во время нормального режима работы, то есть во время, когда через клапан автоматического затвора протекает текучая среда как, например, пар, не должен непосредственно подвергаться воздействию текучей среды; это означает, что опасность повреждений за счет коррозии, эрозии или отложений существует в значительно меньшем объеме, чем при выталкиваемом клапане автоматического затвора и, кроме того, избегается препятствие потоку, а именно входящий в клапан автоматического затвора клапанный шпиндель.

Переключательный элемент в серводвигателе предпочтительным образом является расположенной в области притока пластиной, которая опирается с уплотнением на два патрубка, ограничивающие область давления и область оттока.

Эта пластина содержит с дальнейшим преимуществом также диафрагму в форме небольшого отверстия; в рамках этого выполнения достигается особенно компактная форма пускового механизма. Пластина предпочтительно прижимается последующей пружиной сжатия к патрубкам и тем самым позволяет располагать пусковой механизм в любом пространственном положении.

Соединение между силовым пространством и областью давления выполнено предпочтительным образом в виде изменяющего длину трубчатого соединения. Подобное трубчатое соединение, в частности, образовано двумя вставленными друг в друга с уплотнением патрубками, причем один из патрубков соединен с неподвижным пусковым механизмом, а другой патрубок соединен с подвижным поршнем. На соединенный с пусковым механизмом патрубок предпочтительно опирается упомянутая пластина в качестве переключательного элемента.

Прижимающая поршень пружина сжатия предпочтительно расположена в области оттока; таким образом она смачивается во время работы гидравлической текучей средой и таким образом в известной степени защищается от коррозии, кроме того, такое расположение способствует компактности серводвигателя.

В рамках дальнейшей предпочтительной формы выполнения поршень содержит вдающийся в силовое пространство выступ, который может погружаться в соответствующую выемку торцевой стенки с оставлением зазора. Это выполнение, которое, в частности, относится к поршню, конечно может с дополнительным преимуществом комбинироваться с уже упомянутыми формами выполнения серводвигателя. Только что описанное выполнение позволяет при срабатывании серводвигателя тормозить поршень незадолго до достижения начального положения; и это потому, что когда выступ поршня погружается в выемку, в силовом пространстве образуются два сообщающиеся между собой только через упомянутый зазор пространства, причем гидравлическая текучая среда должна оттекать из одного пространства через зазор, что в зависимости от величины этого зазора и соответствующего ему сопротивления потоку, которое зазор представляет для гидравлической текучей среды, возможно только заметно более медленным образом. Таким образом происходит торможение поршня незадолго до достижения его начального положения, что вносит существенный вклад в избежание повреждений самого серводвигателя и клапана или тому подобного, с чем соединен серводвигатель. Описанное действие достигается, в частности, тогда, когда поршень имеет по меньшей мере одно отверстие, через которое силовое пространство сообщается с областью давления разобщающего механизма и которое пересекает выступ. Таким образом после срабатывания отток гидравлической текучей среды из силового пространства происходит по меньшей мере частично через зазор и дает желательный тормозящий эффект.

Серводвигатель любого выполнения является особенно пригодным для привода клапана, в частности клапана автоматического затвора.

Серводвигатель любого выполнения находит, в частности, применение для выполнения мгновенной посадки клапана, в частности клапана автоматического затвора в паротурбинной установке.

Следует заметить, что соответствующее изобретению оснащение серводвигателя пусковым механизмом ни в коей мере не ограничивается серводвигателями, которые служат исключительно для привода клапанов автоматического затвора. Ни в коей мере не исключается, что соответствующий изобретению серводвигатель может быть усовершенствован в том смысле, что он, кроме выполнения мгновенной посадки с использованием пускового механизма, является пригодным для непрерывного и управляемого перемещения штанги.

Примеры выполнения изобретения поясняются более подробно с помощью чертежа. При этом чертеж показывает каждый раз только те компоненты соответствующего примера выполнения, которые являются существенными для пояснения; компоненты, которые не являются существенными в настоящей связи, ради простоты не представлены. В частности, отказались от представления необходимых во всех случаях средств крепления, как например, болтов. Разумеется, что при реализации изобретения следует обращать внимание на подобные компоненты в рамках специальных знаний и соображений. Кроме того, чертеж ни коим образом не претендует на соответствие масштабу для формы конкретного выполнения.

Фиг. 1 показывает серводвигатель для перемещения штанги 1 вдоль оси 2, причем штанга 1 выдается из торцевой стенки 15 цилиндра 3. За счет силы пружины сжатия 17, которая взаимодействует с подвижно установленным в цилиндре 3 и соединенным со штангой 1 и нагруженным пружиной сжатия 17 поршнем 14, ось 2 является выдвигаемой из цилиндра 3 и может втягиваться в цилиндр 3 за счет нагружения образованным цилиндром 3 и поршнем 14 гидравлическим исполнительным органом с гидравлической текучей средой, в частности гидравлическим маслом. Для этого между поршнем 14 и торцевой стенкой 15 предусмотрено переменное по величине и ограниченное поршнем 14 относительно других областей цилиндра 3 силовое пространство 16. Силовое пространство 16 нагружается через пусковой механизм 4 гидравлической текучей средой.

Пусковой механизм 4 расположен, при рассмотрении от штанги 1 вдоль оси 2, после исполнительного органа 3, 14. Пусковой механизм 4 имеет область притока 5, которая является нагружаемой из системы подачи 6 гидравлической текучей средой. Для пояснения функционирования этой системы подачи 6 представлены гидравлический насос 24, который может оказывать известное давление на гидравлическую текучую среду в системе подачи 6, а также регулировочный клапан 25, через который гидравлическая текучая среда может при необходимости вытекать из системы подачи 6 и тем самым уменьшать давление в системе подачи 6. Для нагружения серводвигателя гидравлической текучей средой регулировочный клапан 25 закрыт, так что в области притока 5 может устанавливаться давление. Этим давлением переключательный элемент 10 пускового механизма 4, а именно пластина 10, прижимается к двум концентричным относительно друг друга патрубкам 11 и 12. Внутренний патрубок 12 образует в своем внутреннем пространстве область давления 7, которая через диафрагму 8, а именно отверстие 8 в пластине 10 сообщается с областью притока 5. При установлении давления в области притока 5 таким образом также устанавливается давление в области давления 7. Между внутренним патрубком 12 и внешним патрубком 11 расположена область оттока 9, из которой может без давления отводиться гидравлическая текучая среда. Для этого служат отводные отверстия 26, для которых на фиг. 1 показаны многие возможности. Последующая пружина сжатия 13 прижимает пластину 10 к патрубкам 11 и 12, чтобы таким образом обеспечить, что в нормальном случае между обоими патрубками 11 и 12, а также пластиной 10 становятся активными уплотнения, которые подробно не показаны. Последующая пружина сжатия 13 может быть рассчитана таким образом, что эксплуатация серводвигателя является возможной в любом пространственном положении. Если теперь к области давления 7 из области притока 5 притекает гидравлическая текучая среда, то она попадает через внутренний патрубок 12, а также закрепленный на поршне 14 и скользящий по внутреннему патрубку 12 патрубок 19, а также находящиеся в поршне 14 отверстия 18 в силовое пространство 16. Таким образом, поршень 14 против силы пружины сжатия 17, которая опирается на цилиндр 3, отодвигается от торцевой стенки 15 и таким образом штанга 1 втягивается в цилиндр 3. Для применения в клапане автоматического затвора устанавливающееся в силовом пространстве 16 давление выбирается из условия, что поршень 14 достигает заданного конечного положения. Это конечное положение поршень 14 сохраняет до тех пор, пока давление в области притока 5 остается достаточно постоянным.

Когда давление в области притока 5 понижается, то вследствие относительно большого сопротивления потоку диафрагмы 8 образуется положительная разница давления от области давления 7 к области притока 5, которая при достаточно высоком падении давления в области притока 5 поднимает пластину 10 против силы дополнительной пружины сжатия 13 (или, в случае, когда дополнительной пружины сжатия 13 нет, против действующей на пластину 10 силы тяжести) от патрубков 11 и 12 и тем самым освобождает соединение между областью давления 7 и областью оттока 9. То, что в данном случае также получается соединение между областью притока 5 и областью оттока 9, имеет только второстепенное значение. При поднимании пластины 10 пружина сжатия 17 может конечно снова передвинуть поршень 14 к торцевой стенке 15 в начальное положение и при этом подавать гидравлическую текучую среду через отверстия 18, а также патрубки 19 и 12 в область оттока 9. Таким образом получается мгновенное движение поршня 14 в направлении к торцевой стенке 15 и штанга 1 также мгновенно выдвигается из цилиндра 3. Таким образом, клапан автоматического затвора или тому подобное может закрываться в кратчайшее время. Этот процесс обозначается как "срабатывание" пускового механизма.

Из фиг. 1 можно видеть также определенное выполнение поршня 14 и торцевой стенки 15, которая позволяет торможение мгновенного движения поршня 14 при срабатывании за счет пускового механизма 4. Поршень 14 имеет выходящий к торцевой стенке 15 выступ 20, который может погружаться в соответствующую выемку 21 в торцевой стенке 15 с оставлением относительно узкого зазора 22. Если это имеет место, то отток гидравлической текучей среды вследствие повышенного сопротивления потоку зазора 22 тормозится, за счет чего мгновенное движение поршня 14 тормозится или улавливается непосредственно перед торцевой стенкой 15.

Фиг. 2 показывает, как серводвигатель может быть соединен с оттягиваемым клапаном 23, в частности с клапаном автоматического затвора 23. Не представленными являются средства, опирающие цилиндр 3 серводвигателя относительно клапана автоматического затвора 23. В этой связи делается ссылка на соответствующие специальные знания. Известные детали представленного в разрезе серводвигателя соответствуют следующим из фиг. 1, снабженным теми же самыми ссылочными позициями деталям, так что от повторного объяснения здесь можно отказаться. Штанга 1 серводвигателя через сцепление 27 соединена с клапанным шпинделем 28 клапана автоматического затвора 23. Этот клапанный шпиндель 28 входит в клапан автоматического затвора 23 и несет на одном конце конус клапана 29, который может закрывать соответствующее отверстие клапана 30. Если клапан автоматического затвора 23 полностью открыт, что, как правило, имеет место, то конус клапана 29 сидит на накладке 31 и лишает клапанный шпиндель 28 непосредственного соприкосновения с текучей средой, в частности паром, который протекает через клапан автоматического затвора 23. Также и конус клапана 29 не обтекается непосредственно текучей средой и представляет таким образом только малое сопротивление потоку, что является благоприятным для избежания потерь.

Серводвигатель предназначен для сдвигания штанги клапана автоматического затвора. Серводвигатель содержит гидравлический исполнительный орган с цилиндром, в котором установлен с возможностью скольжения и уплотнения соединенный с силовым замыканием со штангой поршень, а также с соединенной с силовым замыканием со штангой и противодействующей исполнительному органу пружиной сжатия. Серводвигатель имеет пусковой механизм с областью притока, которая может нагружаться гидравлической текучей средой, с областью давления, которая через диафрагму сообщается с областью притока и подключена к исполнительному органу, областью оттока, из которой гидравлическая текучая среда может отводиться без давления, а также переключательным элементом, который соединяет область давления с областью оттока, когда появляется положительный перепад давлений от области давления к области притока, а в остальное время запирает область оттока. Этот серводвигатель повышает надежность привода оттягиваемого клапана автоматического затвора, который, например, часто находит применение в паросиловой установке. 9 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Серводвигатель для сдвигания штанги вдоль оси с гидравлическим исполнительным органом и конструктивно объединенным с ним пусковым механизмом, который выполнен с возможностью нагружения гидравлической текучей средой и подключен через гидравлическую текучую среду и исполнительному органу, причем исполнительный орган содержит цилиндр, в котором установлен с возможностью скольжения и уплотнения соединенный с силовым замыканием со штангой поршень, и соединенную с силовым замыканием со штангой и противодействующую исполнительному органу пружину сжатия, причем штанга является выдвигаемой из цилиндра за счет пружины сжатия и втягиваемой в цилиндр за счет нагружения исполнительного органа гидравлической текучей средой, пусковой механизм имеет нагружаемую гидравлической текучей средой область притока, область давления, к которой подключен исполнительный орган, диафрагму, через которую область притока соединена с областью давления, область оттока, из которой гидравлическая текучая среда может отводиться без давления, а также переключаемый элемент, который соединяет область давления с областью оттока, если появляется положительный перепад от области давления к области притока, и в остальное время закрывает область оттока, отличающийся тем, что пусковой механизм в направлении от штанги вдоль оси расположен после исполнительного органа и поршень и торцевая стенка цилиндра, через которую проходит штанга и к которой он прижимается пружиной сжатия, ограничивают нагружаемое гидравлической текучей средой силовое пространство, причем поршень содержит по меньшей мере одно отверстие, через которое силовое пространство подключено к области давления. 2. Серводвигатель по п.1, отличающийся тем, что переключательный элемент представляет собой расположенную в области притока пластину, которая опирается с уплотнением на два патрубка, ограничивающих область давления и область оттока. 3. Серводвигатель по п.2, отличающийся тем, что пластина содержит диафрагму. 4. Серводвигатель по п.2 или 3, отличающийся тем, что пластина прижимается к патрубкам дополнительной пружиной сжатия. 5. Серводвигатель по п.1, отличающийся тем, что поршень соединен с областью давления через изменяющее длину трубчатое соединение. 6. Серводвигатель по п.5, отличающийся тем, что трубчатое соединение образовано двумя вставленными друг в друга с уплотнением патрубками. 7. Серводвигатель по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что пружина сжатия расположена в области оттока. 8. Серводвигатель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что поршень содержит входящий в силовое пространство выступ, который может погружаться в соответствующую выемку торцевой стенки с оставлением зазора. 9. Серводвигатель по п.8, отличающийся тем, что поршень содержит по меньшей мере одно отверстие, через которое силовое пространство сообщается с областью давления и которое пересекает выступ. 10. Серводвигатель по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что он соединен с клапаном, в частности с клапаном автоматического затвора.