本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)閥、尤其用于蒸汽渦輪機調(diào)節(jié)閥的、按照權(quán)利要求1前序部分的伺服驅(qū)動裝置以及用于運行該伺服驅(qū)動裝置的方法。
在蒸汽發(fā)電廠中，借助蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽渦輪機的至少一個、通常兩個至四個蒸汽渦輪機調(diào)節(jié)閥輸送，在蒸汽渦輪機中蒸汽在產(chǎn)生機械功的情況下膨脹并且接著輸送至用于冷凝的冷凝器。蒸氣渦輪機調(diào)節(jié)閥定位在蒸汽渦輪機的平行的蒸氣輸送管路中，以便能夠把強大的蒸汽體積流劃分向不同的蒸氣渦輪機調(diào)節(jié)閥。雖然經(jīng)過劃分，但是每個閥門上的蒸汽體積流還是大，使得閥門通常有幾噸重，并且相應地閥體具有較大的重量，其必須由相應強大的伺服驅(qū)動裝置驅(qū)動。
因此，為了驅(qū)動調(diào)節(jié)閥通常主要使用液壓的或者必要時也使用氣動式的伺服驅(qū)動裝置，其具有工作缸，工作缸帶有連接在活塞上的活塞桿，活塞桿作為用于相應調(diào)節(jié)閥的閥體的執(zhí)行器，以便通過活塞桿向工作缸縮入和活塞桿從工作缸伸出操縱閥體，以此使得閥體例如在所述蒸汽發(fā)電廠中更多地或者較少地閉合蒸氣渦輪機調(diào)節(jié)閥的流動橫截面。
為了使得帶有活塞桿的活塞在工作缸中移動，活塞限定至少一個壓力腔，在壓力腔中能導入壓力作用的工作介質(zhì)、或者是液壓式工作介質(zhì)、例如油，或者是氣動式工作介質(zhì)、例如空氣，以便使得活塞抵抗彈簧的力移動。工作介質(zhì)的壓力通過工作介質(zhì)泵在外部的工作介質(zhì)循環(huán)中形成，工作缸以壓力腔的至少一個相應的壓力接口連接在工作介質(zhì)循環(huán)上。因為外部的工作介質(zhì)循環(huán)像本發(fā)明的一個實施方式中的一樣通常實施為閉合的循環(huán)，所以其通常在具有壓力管路之外還具有送料管路(tankleitung)，壓力作用的工作介質(zhì)通過壓力管路從工作介質(zhì)泵導向第一壓力腔，工作介質(zhì)通過第二壓力腔的第二壓力接口從第二壓力腔導出并且例如輸送至工作壓力泵的抽吸側(cè)，第二壓力腔定位在活塞的背離第一壓力腔的側(cè)面上并且通過活塞與第一壓力腔分隔。以此可以實現(xiàn)用于活塞的縮入和伸出的雙向作用的工作缸。
專利文獻ep0055351a1說明了一種相應的電液式伺服驅(qū)動裝置，其具有連接在外部工作介質(zhì)循環(huán)上的雙向作用的工作缸，其中，在外部工作介質(zhì)循環(huán)中，工作介質(zhì)泵把工作介質(zhì)從工作介質(zhì)儲備處通過止回閥或者向工作缸的第一壓力腔或者向第二壓力腔中供給，以便使得其活塞桿等效地以壓力彈簧的力伸出或者抵抗壓力彈簧的力地縮入。通過活塞或者說活塞桿的位置確定渦輪機調(diào)節(jié)閥的打開程度。為了在工作缸中大致定位活塞，配設有二元流量開關(guān)作為具有三種開關(guān)位置的四通控制閥，其兩個控制管路與工作缸中的活塞兩側(cè)的壓力腔連接，并且還通過壓力管路與泵的壓力側(cè)連接，通過送料管路與工作介質(zhì)儲備處連接。為了活塞的精細定位，配設有形式為預控制的伺服閥的電液式轉(zhuǎn)換器。
按照專利文獻ep0055351a1的伺服驅(qū)動裝置的缺點在于，在節(jié)流的方向閥的控制邊上的節(jié)流損失限制了效率，方向閥設計為連續(xù)調(diào)節(jié)閥。此外，為了能夠精確調(diào)節(jié)工作缸中的活塞的位置，對穩(wěn)定的供給壓力有較高要求。
專利文獻de4030107a1說明了一種相應的伺服驅(qū)動裝置，其中盡可能地避免了連續(xù)調(diào)節(jié)閥引起的節(jié)流損失。該伺服驅(qū)動裝置同樣具有帶兩個連接在具有工作介質(zhì)泵的外部工作介質(zhì)循環(huán)上的壓力腔的工作缸，按照此伺服驅(qū)動裝置，用實施為定量泵并且通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)發(fā)動機驅(qū)動的工作介質(zhì)泵使得工作介質(zhì)通過沿輸送方向打開的止回閥向工作缸的第一壓力腔中泵送，使得具有活塞桿的活塞抵抗壓力彈簧的力地縮入。缺點是，單單通過壓力彈簧的力使得活塞桿伸出，因此動態(tài)的伺服表現(xiàn)是不對稱的，并且沿彈簧力的方向僅通過流動阻力的液壓機械式的設計確定，并且不能通過電控制信號影響。此外，工作介質(zhì)泵必須能夠在所有轉(zhuǎn)速范圍上都可以抵抗在工作缸的壓力腔中存在的壓力而開動。
在按照專利文獻ep2620655a1的伺服驅(qū)動裝置中也盡可能避免了連續(xù)調(diào)節(jié)閥中的節(jié)流損失，并且還規(guī)定了一種在外部工作介質(zhì)循環(huán)中的由伺服發(fā)動機驅(qū)動的工作介質(zhì)泵，其是轉(zhuǎn)速可變的并且可以把工作介質(zhì)從工作缸的第一壓力腔向工作缸的第二壓力腔和反向地泵送，以便由此快速地設置活塞的和以此設置活塞桿的預期位置。在此其缺點同樣在于，工作介質(zhì)泵必須能夠在所有轉(zhuǎn)速范圍上都可以抵抗在工作缸的兩個壓力腔中的工作介質(zhì)壓力工作，并且必需比較昂貴的同步伺服發(fā)動機用于動態(tài)的和精確的控制。此外，工作介質(zhì)泵必須能夠在活塞的靜止狀態(tài)中施加保持壓力抵抗對活塞壓力加載的彈簧。為此保持壓力所需的在低轉(zhuǎn)速時扭矩對于工作介質(zhì)泵的發(fā)動機是在熱學方面不利的運行情況。在高壓力和低體積流的情況下為精確定位活塞所需的工作介質(zhì)泵也易于過熱。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于調(diào)節(jié)閥、尤其蒸氣渦輪機調(diào)節(jié)閥的開始所述類型的伺服驅(qū)動裝置，以及一種用于運行這種伺服驅(qū)動裝置的方法，以此有利地避免在外部工作介質(zhì)循環(huán)中的節(jié)流損失，其中，伺服驅(qū)動裝置具有低制造成本，并且有利地在避免工作介質(zhì)泵的和驅(qū)動該工作介質(zhì)泵的發(fā)動機的熱學方面不利的運行狀態(tài)的情況下工作。
上述技術(shù)問題通過按照獨立權(quán)利要求的伺服驅(qū)動裝置和用于運行該伺服驅(qū)動裝置的方法解決。從屬權(quán)利要求中給出了本發(fā)明有利的和特別適宜的設計方案。
按照本發(fā)明的、用于調(diào)節(jié)閥、尤其蒸氣渦輪機調(diào)節(jié)閥的伺服驅(qū)動裝置具有工作缸,工作缸具有接在工作缸上的外部的工作介質(zhì)循環(huán)。工作缸包括活塞連同連接在活塞上的活塞桿，活塞桿構(gòu)成用于調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行器?；钊麠U能夠相應地從工作缸伸出和縮入工作缸，以便由此確定調(diào)節(jié)閥的打開橫截面，例如通過活塞桿在調(diào)節(jié)閥的閥體上的直接或者間接的連接，使得閥體根據(jù)活塞桿的位置更多地或者較少地打開調(diào)節(jié)閥的流動橫截面。
工作缸的活塞限定工作缸的至少一個第一壓力腔，第一壓力腔具有第一壓力連接端，第一壓力連接端用于把壓力加載的工作介質(zhì)導入第一壓力腔，以便通過壓力加載使活塞連同或活塞桿克服配屬于工作缸的彈簧、尤其壓力彈簧的力地移動。例如，活塞桿隨著第一壓力腔中壓力加載的升高逐漸更深地縮入工作缸中，并且隨著第一壓力腔中壓力加載的減少從工作缸伸出。有利的是，在第一壓力腔中壓力加載的減少的同時，設置在活塞的背離第一壓力腔的側(cè)向上的第二壓力腔逐步更大程度地被工作介質(zhì)壓力加載，下文中還會進一步闡述。
通過外部的工作介質(zhì)循環(huán)可以把壓力加載的工作介質(zhì)泵送進第一壓力腔，外部的工作介質(zhì)循環(huán)具有發(fā)動機、例如電動機(電機)。通過外部的工作介質(zhì)循環(huán)還可以把工作介質(zhì)從第一壓力腔中排出。
工作介質(zhì)泵為此用接在工作介質(zhì)泵的壓力側(cè)上的壓力管路與第一壓力腔的第一壓力連接端連接，其中，在壓力管路中配設有沿第一壓力連接端的方向并以此朝第一壓力腔的方向打開的止回閥或者截止閥。
按照本發(fā)明地，沿工作介質(zhì)的流動方向在止回閥或者截止閥之前，相對于工作介質(zhì)從工作介質(zhì)泵向第一壓力腔的流動方向，從壓力管路分出短路通道，短路通道把壓力管路繞過工作缸與工作介質(zhì)泵的抽吸側(cè)連接，其中，在短路通道中布置有短路閥，借助短路閥能夠可選擇地阻塞短路通道。阻塞在此指的是短路閥的阻止工作介質(zhì)從壓力管路經(jīng)短路通道向工作介質(zhì)泵的抽吸側(cè)流動的各種狀態(tài)。
工作介質(zhì)儲備處例如可以配設在工作介質(zhì)泵的抽吸側(cè)上，工作介質(zhì)儲備處也稱為油箱，工作介質(zhì)泵從工作介質(zhì)儲備處泵出工作介質(zhì)和/或工作介質(zhì)儲備處用于平衡例如由于活塞在工作缸中移動導致的、外部的工作介質(zhì)循環(huán)中的體積波動。
按照本發(fā)明的有利設計方案，短路閥實施為無調(diào)節(jié)的開關(guān)閥，無調(diào)節(jié)的開關(guān)閥僅具有兩個開關(guān)位置，即第一開關(guān)位置，其中短路通道的流動橫截面被阻塞；以及第二開關(guān)位置，其中短路通道的流動橫截面被開啟或者說打開。術(shù)語“阻塞”適用上文中的說明。
特別有利的是，工作缸具有第二壓力腔，第二壓力腔具有第二壓力連接端，其中，術(shù)語“壓力連接端”并不一定意味著從外部對第二壓力腔施加超壓。
工作缸的活塞使第一壓力腔相對于第二壓力腔分隔。有利的是在外部的工作介質(zhì)循環(huán)中配設反向管路，通過反向管路使得第一壓力腔的第一壓力連接端與第二壓力腔的第二壓力連接端導引工作介質(zhì)地連接，其中，在反向管路中配設反向閥，借助反向閥能選擇式地阻塞反向管路。壓力加載的工作介質(zhì)因而可以從第一壓力腔經(jīng)反向管路導向第二壓力腔，以便在第一壓力腔減小并且第二壓力腔增大的情況下移動具有活塞桿的活塞，例如伸出。
反向閥有利地實施為無調(diào)節(jié)的開關(guān)閥，無調(diào)節(jié)的開關(guān)閥僅具有兩個開關(guān)位置，即第一開關(guān)位置，其中反向管路的流動橫截面被阻塞，以及第二開關(guān)位置，其中反向管路的流動橫截面被開啟或者說打開。在此也類似地適用上文中對“阻塞”的說明。
按照本發(fā)明特別有利的設計方案，在反向管路中還配設節(jié)流閥，其或者具有不變的流動橫截面，或者在能可變地設置的節(jié)流閥的情況下限定可變的流動橫截面。以此可以確定或者可變地設置活塞的行程速度。
按照一種有利的實施方式，平行于反向管路地在外部的工作介質(zhì)循環(huán)中配設快關(guān)管路，在快關(guān)管路中布置有快關(guān)閥。當快關(guān)閥打開時，快關(guān)管路導引工作介質(zhì)地連接第一壓力腔的第一壓力連接與第二壓力腔的第二壓力連接端。在此可以為了快速地到達故障保護位置而把活塞或者說活塞桿向合適的位置行進，例如通過彈簧的力向工作缸中縮入，或者通過彈簧的力從工作缸伸出。
快關(guān)閥也有利地實施為無調(diào)節(jié)的開關(guān)閥，無調(diào)節(jié)的開關(guān)閥僅具有兩個開關(guān)位置，即第一開關(guān)位置，其中快關(guān)管路的流動橫截面被阻塞，以及第二開關(guān)位置，其中快關(guān)管路的流動橫截面被開啟或者說打開。
供料管路可以連接在第二壓力腔的第二壓力連接端上，供料管路導引工作介質(zhì)地與工作介質(zhì)泵的抽吸側(cè)連接，尤其沒有連在之間的閥門或者節(jié)流裝置。供料管路在此由于其連接在工作介質(zhì)泵的抽吸側(cè)上而被稱為供料管路，并不一定表示配設有分開的工作介質(zhì)箱或者工作介質(zhì)儲備處。然而有利的是在此供料管路上連接有工作介質(zhì)儲備處，因此工作介質(zhì)泵能從工作介質(zhì)儲備處輸出工作介質(zhì)。然而在此，工作介質(zhì)儲備處也可以僅用于平衡外部的工作介質(zhì)循環(huán)中的體積波動并且不必實施為可通流的工作介質(zhì)儲備處。
有利的是，反向管路和/或快關(guān)管路沿工作介質(zhì)的流動方向在止回閥或者截止閥之后(沿工作介質(zhì)從工作介質(zhì)泵向第一壓力連接端或者說第一壓力腔的流動方向觀察)從壓力管路分支并且接入供料管路。
按照一種實施方式，沿工作介質(zhì)的流動方向在止回閥或者截止閥之前，帶有過壓閥的過壓管路從壓力管路分支并且接入供料管路。過壓閥也可以實施為無調(diào)節(jié)的開關(guān)閥，無調(diào)節(jié)的開關(guān)閥僅具有兩個開關(guān)位置，即第一開關(guān)位置，其中過壓管路的流動橫截面被阻塞，以及第二開關(guān)位置，其中過壓管路的流動橫截面被開啟。用過壓管路和過壓閥可以避免在壓力管路中或者說在泵的壓力側(cè)上的意外的過壓。
按照本發(fā)明的設計方案可以實現(xiàn)，實施為異步電機d驅(qū)動工作介質(zhì)泵的發(fā)動機不必能夠抵抗在第一壓力腔中的工作介質(zhì)壓力地啟動。確切地說，尤其在工作閥的靜止的狀態(tài)中關(guān)閉的工作介質(zhì)泵(通常在電機斷電的情況下)，在能夠移動工作閥的具有活塞桿的活塞時，主要無壓力地啟動而不必使發(fā)動機承受明顯的載荷扭矩。
按照本發(fā)明的用于運行伺服驅(qū)動裝置的方法因此規(guī)定，為了移動活塞和以此移動活塞桿以便操縱調(diào)節(jié)閥，首先使得工作介質(zhì)泵在短路閥打開和止回閥或者截止閥關(guān)閉的情況下用發(fā)動機無壓力地啟動至額定轉(zhuǎn)速，并且接著才關(guān)閉短路閥，用工作介質(zhì)泵把工作介質(zhì)經(jīng)打開的止回閥或者截止閥泵送至第一壓力腔內(nèi)以便使得活塞桿抵抗彈簧的力地移動，例如縮入工作缸，其中，止回閥由于短路閥關(guān)閉之后形成的壓力而自動打開，截止閥尤其能被主動式控制打開。
本發(fā)明提供的優(yōu)點在于，異步電機明顯比能被施加扭矩地啟動的伺服電機更有利。此外，使用簡單的(未調(diào)節(jié)的)開關(guān)閥取代調(diào)節(jié)閥，這避免了節(jié)流損失。還可以取代調(diào)節(jié)信號而用數(shù)字信號、即開關(guān)信號控制伺服驅(qū)動裝置。因此例如可以通過短路閥的脈沖式開關(guān)設置活塞在工作缸中的位置和以此設置活塞桿的位置。當?shù)竭_預期位置時，發(fā)動機可以在短路閥打開時以極小的能量耗費繼續(xù)運行，因為其近似不受載荷地工作，或者其可以被關(guān)閉。
通過打開反向閥可以使用工作缸的彈簧力，以便改變活塞的位置和以此改變活塞桿的位置，方法是釋放第一壓力腔的壓力，向第二壓力腔中和/或工作介質(zhì)儲備處釋放。若與反向閥串聯(lián)地在反向管路中配設可變的節(jié)流閥時，盡管使用了開關(guān)閥作為反向閥但還是能在減小第一壓力腔的體積的情況下設置工作缸的行程速度。
附加地或者備選地可以在所述情況中通過脈沖式控制反向閥設置行程速度。
雖然所述伺服驅(qū)動裝置的優(yōu)選應用領域是驅(qū)動蒸汽渦輪機調(diào)節(jié)閥，但是所述伺服驅(qū)動裝置也能用于驅(qū)動其他調(diào)節(jié)閥，例如氣輪機的調(diào)節(jié)閥或者其他機組。
下面根據(jù)實施例和附圖示例性說明本發(fā)明。
在附圖1中示出用于按照本發(fā)明實施的伺服驅(qū)動裝置的實施例。伺服驅(qū)動裝置例如調(diào)節(jié)閥體100相對于在僅示意性示出的蒸汽渦輪機104的供汽管103中的蒸氣渦輪機調(diào)節(jié)閥102的閥座101的位置。
伺服驅(qū)動裝置具有工作缸1，工作缸帶有活塞2和連在活塞上的活塞桿3，其中，活塞桿3呈現(xiàn)為用于蒸氣渦輪機調(diào)節(jié)閥102的執(zhí)行器。
在調(diào)節(jié)閥、在此為蒸氣渦輪機調(diào)節(jié)閥102關(guān)閉時，活塞2通過彈簧4預加載。在所示實施例中，活塞桿3沿彈簧力的方向伸出工作缸2，其中，在另一種實施例中，活塞桿3的縮入還可以使得調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，而活塞則必須相應地沿另一個方向通過彈簧力預加載。當然可以想到彈簧導致調(diào)節(jié)閥打開的其他應用情況。
工作缸1具有第一壓力腔5，第一壓力腔帶有第一壓力連接端6。通過向第一壓力腔5引入壓力加載的工作介質(zhì)和第一壓力腔5的體積變大，活塞桿3克服彈簧4的力地縮入工作缸1并且把閥體100從閥座101上抬起，或者通常地講打開調(diào)節(jié)閥。在此，在工作缸中在活塞2的背離第一壓力腔5的側(cè)面上的第二壓力腔7在其體積方面變小，并且迫使源自第二壓力腔7的工作介質(zhì)經(jīng)第二壓力連接端8被擠入外部的工作介質(zhì)循環(huán)10的供料管路9中。供料管路9例如基本上是無壓力的，并且接在工作介質(zhì)儲備處11上，工作介質(zhì)儲備處補償工作缸1在活塞桿3的伸出和縮入位置之間的體積差。然而也可以考慮帶有壓力施加的供料管路9的外部的工作介質(zhì)循環(huán)10。
在外部的工作介質(zhì)循環(huán)10中配設有借助發(fā)動機12驅(qū)動的工作介質(zhì)泵，工作介質(zhì)泵具有抽吸側(cè)14和壓力側(cè)15。在抽吸側(cè)14上接有供料管路9，在壓力側(cè)15上接有壓力管路16。
壓力管路16以其背離工作介質(zhì)泵13的端部接在第一壓力腔5的第一壓力連接端6上，因此工作介質(zhì)泵13可以把工作介質(zhì)從供料管路9和/或從工作介質(zhì)儲備處11經(jīng)壓力管路泵入第一壓力腔5。
工作介質(zhì)泵13例如實施為定量泵，定量泵在其輸送體積方面針對唯一的額定轉(zhuǎn)速而設計。發(fā)動機12例如實施為異步電機。
在壓力管路16中配設有止回閥17，止回閥朝第一壓力連接端6的方向打開，沿工作介質(zhì)泵13或者說工作介質(zhì)泵的壓力側(cè)15的方向阻塞。因而當在第一壓力腔5的壓力施加狀態(tài)中工作介質(zhì)泵13被關(guān)閉時，工作介質(zhì)在止回閥17被關(guān)閉的情況下保持在第一壓力腔5中。也可以配設截止閥取代止回閥17，截止閥例如從外部、尤其結(jié)合下文還會進一步說明的短路閥19控制。
在止回閥17的上游，從壓力管路16分出短路管道18，短路管道接入供料管路9并且以此接在工作介質(zhì)泵13的抽吸側(cè)14上。在短路管道18中配設有短路閥19，短路閥在不通電的狀態(tài)中把工作介質(zhì)泵13的壓力側(cè)15在繞過工作缸1的情況下與抽吸側(cè)14或者說與工作介質(zhì)儲備處11經(jīng)短路管道18連接。相反的是，在被控制的狀態(tài)中短路閥19阻止工作介質(zhì)從壓力側(cè)15經(jīng)短路管道18向抽吸側(cè)14上流動，因此在壓力側(cè)15上在壓力管路16中形成壓力，該壓力抵抗止回閥17的彈簧力地打開止回閥17。
若短路管道18為了連接壓力側(cè)15與抽吸側(cè)14而被打開，則發(fā)動機12可以不受載荷扭矩地啟動至額定轉(zhuǎn)速并且把工作介質(zhì)泵13帶至其額定轉(zhuǎn)速。在到達額定轉(zhuǎn)速之后可以通過操縱短路閥19使得工作介質(zhì)泵13把工作介質(zhì)經(jīng)止回閥17向第一壓力腔5中泵送，并且活塞桿3克服彈簧4的力地縮入工作缸1，如圖所示。通過在時間上控制短路閥19的操縱，可以到達活塞2或者說活塞桿3的預期位置，并且以此到達閥體100相對于閥座101的預期位置。發(fā)動機12之后可以以極小的能量消耗繼續(xù)運行或者其完全可以關(guān)閉。
反之，若使得活塞桿3伸出，則操縱在反向管路21中的反向閥20，反向管路在止回閥17下游從壓力管路16分出并且接入供料管路9，并且彈簧4的彈簧力可以把工作介質(zhì)從第一壓力腔5經(jīng)反向管路21擠入供料管路9或者說工作介質(zhì)儲備處11。用在此配設在反向管路21中的能設置的節(jié)流閥22可以在活塞桿3伸出時設置工作缸1的行程速度，并且同時反向閥20實施為未調(diào)節(jié)的開關(guān)閥。
與反向管路21并聯(lián)地，從壓力管路16還分出快關(guān)管路23并且接入供料管路9。通過打開快關(guān)閥24可以快速地把蒸氣渦輪機調(diào)節(jié)閥102帶至故障保護位置，為此活塞桿3從工作缸1伸出。在此也可以借助配設在快關(guān)管路23中的節(jié)流閥25設置行程速度，并且快關(guān)閥24可以實施為未調(diào)節(jié)的開關(guān)閥。
最后，在止回閥17的上游從壓力管路16還分出過壓管路26，在過壓管路中布置有過壓閥27、也稱為限壓閥。過壓管路26同樣接入供料管路9。過壓閥27限定在壓力管路16中的最大壓力。