本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)閥、尤其用于蒸汽透平調(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)生的蒸汽通過至少一個、通常兩個至四個蒸汽透平調(diào)節(jié)閥輸送給蒸汽透平，在蒸汽透平中蒸汽在產(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。蒸汽透平調(diào)節(jié)閥定位在蒸汽透平的平行的蒸汽輸送管路中，以便能夠把強大的蒸汽體積流分配給不同的蒸汽透平調(diào)節(jié)閥。雖然經(jīng)過分配，但是每個閥門上的蒸汽體積流還是較大，使得閥門通常有幾噸重并且與閥體相應(yīng)具有較大的重量，該較大的重量必須由相應(yīng)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，該伺服驅(qū)動裝置具有工作缸，工作缸帶有連接在活塞上的、作為用于相應(yīng)調(diào)節(jié)閥的閥體的執(zhí)行器的活塞桿，以便通過活塞桿向工作缸中縮入和活塞桿從工作缸伸出來操縱閥體，以此使得閥體例如在所述蒸汽發(fā)電廠中更多地或者更少地封閉蒸汽透平調(diào)節(jié)閥的流動橫截面。

為了在工作缸中移動帶有活塞桿的活塞，活塞限定至少一個壓力腔，在壓力腔中能導(dǎo)入施加壓力的工作介質(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，以便使活塞克服彈簧的力移動。工作介質(zhì)的壓力通過工作介質(zhì)泵在外部工作介質(zhì)回路中形成，工作缸以壓力腔的至少一個相應(yīng)的壓力接口連接在工作介質(zhì)回路上。因為外部工作介質(zhì)回路像本發(fā)明的一個實施方式中的一樣通常設(shè)計為閉合的回路，所以該外部工作介質(zhì)回路通常除了壓力管路之外還具有送料管路(tankleitung)，施加壓力的工作介質(zhì)通過該壓力管路從工作介質(zhì)泵導(dǎo)入第一壓力腔，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(dǎo)出并且例如輸送給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描述了一種相應(yīng)的電液式伺服驅(qū)動裝置，其具有連接在外部工作介質(zhì)回路上的雙向作用的工作缸，其中，在外部工作介質(zhì)回路中，工作介質(zhì)泵把工作介質(zhì)從工作介質(zhì)儲備器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，以便使其活塞桿等效地以壓力彈簧的力伸出或者克服壓力彈簧的力地縮入。通過活塞或者說活塞桿的位置確定透平調(diào)節(jié)閥的打開程度。為了在工作缸中大致定位活塞，配設(shè)有二元流量開關(guān)作為具有三個開關(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)儲備器連接。為了活塞的精細定位，配設(shè)有形式為預(yù)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，通過節(jié)流的方向閥的控制邊上的節(jié)流損失限制了效率，該方向閥設(shè)計為連續(xù)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描述了一種相應(yīng)的伺服驅(qū)動裝置，其中盡可能地避免了連續(xù)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)回路上的壓力腔的工作缸，按照此伺服驅(qū)動裝置，用設(shè)計為定量泵并且通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)馬達驅(qū)動的工作介質(zhì)泵使工作介質(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克服壓力彈簧的力地縮入。缺點是，單單通過壓力彈簧的力使活塞桿伸出，因此動態(tài)的調(diào)節(jié)性能是不對稱的，并且沿彈簧力的方向僅通過流動阻力的液壓機械式的設(shè)計確定，并且不被電控制信號影響。此外，工作介質(zhì)泵必須能夠在所有轉(zhuǎn)速范圍上都可以克服在工作缸的壓力腔中存在的壓力而運轉(zhuǎn)。

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)閥中的節(jié)流損失，并且還設(shè)有一種在外部工作介質(zhì)回路中的由伺服馬達驅(qū)動的工作介質(zhì)泵，該工作介質(zhì)泵是轉(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中和反向地泵送，以便由此快速地設(shè)置活塞的并因此活塞桿的預(yù)期位置。但在此其缺點同樣在于，工作介質(zhì)泵必須能夠在所有轉(zhuǎn)速范圍上都可以克服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馬達用于動態(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)中施加一個克服彈簧作用的保持壓力，通過該彈簧給活塞施加壓力。為此保持壓力所需的在低轉(zhuǎn)速時的扭矩對于工作介質(zhì)泵的馬達是在熱學(xué)方面不利的運行情況。在壓力較高和為精確定位活塞所需的體積流較少的情況下工作介質(zhì)泵也易于過熱。

專利文獻ep0127027b1公開了一種用于調(diào)節(jié)閥的伺服驅(qū)動裝置，該伺服驅(qū)動裝置具有構(gòu)成用于調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行器的工作缸，其中，工作缸的兩個壓力腔通過連接管路與布置在其中的節(jié)流閥連接。

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、尤其蒸汽透平調(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)回路中的節(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)泵的馬達的熱學(xué)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。各從屬權(quán)利要求中給出了本發(fā)明有利的和特別適宜的設(shè)計方案。

按照本發(fā)明的、用于調(diào)節(jié)閥、尤其蒸汽透平調(diào)節(jié)閥的伺服驅(qū)動裝置具有工作缸。工作缸包括活塞，活塞帶有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相應(yīng)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更少地打開調(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接管，第一壓力接管用于把施加壓力的工作介質(zhì)導(dǎo)入第一壓力腔，以便通過施加壓力克服配屬于工作缸的彈簧、尤其壓力彈簧的力地移動具有活塞桿的活塞。例如，活塞桿隨著第一壓力腔中施加壓力的升高越來越多地繼續(xù)縮入工作缸中，并且隨著第一壓力腔中施加壓力的減少從工作缸伸出。有利的是，在第一壓力腔中施加壓力減少的同時，越來越多地將工作介質(zhì)壓力施加給設(shè)置在活塞的背離第一壓力腔的側(cè)向上的第二壓力腔，下文中還會進一步闡述。

按照本發(fā)明，工作缸具有第二壓力腔，第二壓力腔具有第二壓力接管，其中，術(shù)語“壓力接管”并不一定意味著在此必須存在過壓下或者用工作介質(zhì)對第二壓力腔施加壓力。確切地講，當?shù)诙毫η坏捏w積由于活塞的移動而減小時，通過按照一種實施方式的第二壓力接管也可以從第二壓力腔導(dǎo)出工作介質(zhì)，而不會當?shù)诙毫η坏捏w積在相反的活塞行程中變大時使工作介質(zhì)施加壓力地進入第二壓力腔中。然而備選的實施方式規(guī)定，施加壓力的工作介質(zhì)交替式地進入第一壓力腔和第二壓力腔，以便活塞通過此壓力施加而不僅僅通過彈簧的力在工作缸中沿第一和第二方向移動。

按照本發(fā)明的伺服驅(qū)動裝置具有外部工作介質(zhì)回路，工作缸以其第一和第二壓力接管連接在外部工作介質(zhì)回路上，以便向第一和第二壓力腔導(dǎo)入工作介質(zhì)和從其中導(dǎo)出工作介質(zhì)。在外部工作介質(zhì)回路中設(shè)有通過馬達驅(qū)動的工作介質(zhì)泵，工作介質(zhì)泵具有抽吸側(cè)和壓力側(cè)，并且以壓力側(cè)經(jīng)壓力管路導(dǎo)引工作介質(zhì)地連接在第一壓力接管上，以抽吸側(cè)經(jīng)送料管路連接在第二壓力接管上。

按照本發(fā)明，第一壓力腔經(jīng)短路管道持續(xù)性地導(dǎo)引工作介質(zhì)地與第二壓力腔連接。

通過按照本發(fā)明的設(shè)計方案，即使活塞在工作缸中保持靜止時也能夠?qū)崿F(xiàn)從工作介質(zhì)泵的壓力側(cè)到抽吸側(cè)的連續(xù)的工作介質(zhì)流。因而工作介質(zhì)泵持續(xù)地輸送一體積流，在此稱為空載體積流，所述空載體積流大到，使得通過空載體積流能夠?qū)С龉ぷ鹘橘|(zhì)泵和尤其驅(qū)動工作介質(zhì)泵的馬達的熱損耗，所述空載體積流小到，使得附加地由工作介質(zhì)泵在調(diào)節(jié)活塞時有待施加的工作介質(zhì)體積流不妨礙正常伺服運行。

有利的是，工作介質(zhì)泵、例如通過轉(zhuǎn)速可變的馬達、尤其電動馬達(電機)驅(qū)動的工作介質(zhì)泵直接地、無節(jié)流閥門、例如方向閥地并且尤其無止回閥地連接在工作缸的第一壓力腔上或者說第一壓力接管上。

工作介質(zhì)泵有利地按如下所述地連接在外部工作介質(zhì)回路中，通過該工作介質(zhì)泵既能夠向第一壓力腔中輸送工作介質(zhì)，也能夠從第一壓力腔輸送出工作介質(zhì)。按照第一實施方式，這通過工作介質(zhì)泵的轉(zhuǎn)動方向的倒轉(zhuǎn)實現(xiàn)。按照備選的實施方式可以保留工作介質(zhì)泵的轉(zhuǎn)動方向，但工作介質(zhì)泵的壓力側(cè)和抽吸側(cè)交替式地與壓力管路連接，例如方式是，從壓力管路分支出抽吸管路，抽吸管路通入送料管路或者在工作介質(zhì)泵的抽吸側(cè)上通入，并且配設(shè)有外部控制的截止閥或者轉(zhuǎn)向閥，以便將壓力管路與工作介質(zhì)泵的抽吸側(cè)連接。然后同時，送料管路應(yīng)能與工作介質(zhì)泵的壓力側(cè)連接，必要時同樣通過具有截止閥的管路連接，或者送料管路也連接在轉(zhuǎn)向閥上。

若工作介質(zhì)泵能沿兩個轉(zhuǎn)動方向驅(qū)動并且以此使得工作介質(zhì)泵的壓力側(cè)和抽吸側(cè)能互換，就不需要相應(yīng)的線路導(dǎo)向裝置，這些線路導(dǎo)向裝置也可以配設(shè)在泵內(nèi)部。當然可以考慮其他措施，以便實現(xiàn)在活塞運動時預(yù)期的方向變化。

在本發(fā)明的具有沿轉(zhuǎn)動方向可反轉(zhuǎn)的工作介質(zhì)泵的設(shè)計方案中和在壓力側(cè)和抽吸側(cè)交替地連接在壓力管路上的設(shè)計方案中都可以規(guī)定，工作介質(zhì)泵設(shè)計為液壓馬達并且工作介質(zhì)泵的馬達設(shè)計成能被發(fā)電機式地驅(qū)動，因此當工作介質(zhì)從第一壓力腔向第二壓力腔中導(dǎo)入時，工作介質(zhì)泵作為液壓馬達驅(qū)動，并且發(fā)電機式地驅(qū)動馬達。因而可以部分地再回收之前為克服工作缸的彈簧的力而施加的用于調(diào)節(jié)行程的能量并且以電儲存。動能向電能的轉(zhuǎn)換可以在馬達的整流器中進行。

按照本發(fā)明的一種實施方式短路管道平行于壓力管路和供料管路的接管或者說平行于外部工作介質(zhì)回路連接在工作缸上，或者集成在工作缸中，在該短路管道中可以配設(shè)具有不變的流動橫截面的節(jié)流閥，該節(jié)流閥確定在活塞的靜止狀態(tài)中從工作介質(zhì)泵的壓力側(cè)至抽吸側(cè)的工作介質(zhì)的體積流，并且以此確定在空載中工作介質(zhì)泵的輸送體積。備選地，在短路管道中可以配設(shè)具有能可變地設(shè)置的流動橫截面的節(jié)流閥或者調(diào)節(jié)閥，以便控制或者調(diào)節(jié)空載體積流，例如控制或調(diào)節(jié)空載體積流使得工作介質(zhì)通過短路管道的體積流或者質(zhì)量流是恒定的。

短路管道可以配設(shè)在與第一和第二壓力接管導(dǎo)引工作介質(zhì)地連接的外部工作介質(zhì)回路之外或者在工作介質(zhì)回路內(nèi)，例如從壓力管路分支并且通入供料管路。也可以把短路管道集成在工作缸中，例如通過在工作缸的殼體中的通道和/或管路。

有利的是，從壓力管路分支出快關(guān)管路，快關(guān)管路通入供料管路。在快關(guān)管路中可以配設(shè)快關(guān)閥，以便開啟或者關(guān)閉快關(guān)管路。通過開啟快關(guān)管路，工作缸的活塞可以快速地被置入故障保護位置。尤其當快關(guān)閥設(shè)計為無調(diào)節(jié)的開關(guān)閥時，有利的是，在快關(guān)管路中附加地配設(shè)與快關(guān)閥串聯(lián)的不變的或者可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥，以便在快關(guān)閥打開時確定地或者說可變地設(shè)置活塞的行程速度。

工作介質(zhì)儲備器可以連接在供料管路上，工作介質(zhì)從工作介質(zhì)儲備器輸出和/或工作介質(zhì)儲備器用于平衡外部工作介質(zhì)回路中的體積波動。

為了限定在壓力管路中的最大壓力，有利的是從壓力管路分支出具有過壓閥的過壓管路，過壓管路通入供料管路。

按照本發(fā)明的實施例，從供料管路分支出反向管路，在反向管路中配設(shè)有止回閥或者截止閥。止回閥尤其沿壓力管路的方向打開和沿供料管路的方向關(guān)閉。以此在供料管路中的壓力大于壓力管路中的壓力時，工作介質(zhì)可以從工作介質(zhì)泵旁邊經(jīng)過地從供料管路導(dǎo)入壓力管路并且因而從第二壓力腔導(dǎo)入第一壓力腔。

按照根據(jù)本發(fā)明的方法，伺服驅(qū)動裝置的工作介質(zhì)泵持續(xù)性運行，并且通過短路管道使工作介質(zhì)從工作介質(zhì)泵的壓力側(cè)向工作介質(zhì)泵的抽吸側(cè)輸送，因此，在工作介質(zhì)泵中產(chǎn)生的熱量能隨被輸送的工作介質(zhì)體積流從工作介質(zhì)泵中導(dǎo)出。當活塞在工作缸中保持靜止時，所述輸送也會進行。

雖然所述伺服驅(qū)動的優(yōu)選應(yīng)用領(lǐng)域是蒸汽透平調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動，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)明的伺服驅(qū)動裝置的實施例，該伺服驅(qū)動裝置包括工作缸1，活塞2在工作缸中將第一壓力腔5與第二壓力腔7分隔，并且連接在活塞桿3上，以便根據(jù)導(dǎo)入第一壓力腔5和/或第二壓力腔7的工作介質(zhì)使活塞桿3交替式地縮入工作缸1中或者從工作缸伸出?；钊?通過彈簧4預(yù)緊，在此用于活塞桿3的伸出。

在所示實施例中，活塞桿3用作用于蒸汽透平調(diào)節(jié)閥102的執(zhí)行器，蒸汽透平調(diào)節(jié)閥布置在蒸汽透平104的供汽管103中。用活塞桿3使閥體100能相對于閥座101移位，以便或多或少地打開或者關(guān)閉蒸汽透平調(diào)節(jié)閥102。在所示實施例中，彈簧4或者說活塞桿3從工作缸1中伸出導(dǎo)致蒸汽透平調(diào)節(jié)閥102的關(guān)閉。然而也可以選擇其他邏輯，或者通過伺服驅(qū)動裝置操縱不同于蒸汽透平調(diào)節(jié)閥102的閥門。

工作缸1連接在外部工作介質(zhì)回路10上，工作介質(zhì)回路具有壓力管路16和供料管路9，壓力管路連接在第一壓力腔5的第一壓力接管6上，供料管路連接在第二壓力腔7的第二壓力接管8上。

在外部工作介質(zhì)回路10中配設(shè)有工作介質(zhì)泵13，工作介質(zhì)泵13通過馬達12、尤其電動馬達驅(qū)動。工作介質(zhì)泵13具有抽吸側(cè)14和壓力側(cè)15。在抽吸側(cè)14的一側(cè)，在供料管路9上連接有工作介質(zhì)儲備器11，以便平衡在外部工作介質(zhì)回路10中的體積波動。

用工作介質(zhì)泵13可以把工作介質(zhì)從抽吸側(cè)14向壓力側(cè)15輸送并且經(jīng)壓力管路16向第一壓力腔5中輸送，以使活塞桿3克服彈簧4的壓力地縮入工作缸1中。為了使活塞桿從工作缸1中伸出，一方面可以使用彈簧4的力并且有利地把工作介質(zhì)泵13作為液壓馬達驅(qū)動，使得工作介質(zhì)通過工作介質(zhì)泵13從壓力側(cè)15流向抽吸側(cè)14，以此液壓式驅(qū)動工作介質(zhì)泵13和發(fā)電機式地驅(qū)動馬達12。然后，驅(qū)動能就可以在馬達12或者連接的轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換并儲存，尤其以電能的形式存儲。

作為補充或者備選也可以規(guī)定，工作介質(zhì)泵13可以通過馬達12沿與上述對活塞桿3縮入工作缸1所述的轉(zhuǎn)動方向相反的轉(zhuǎn)動方向驅(qū)動，并且因而從壓力側(cè)15變成抽吸側(cè)14'，從抽吸側(cè)14變成壓力側(cè)15'。然后工作介質(zhì)就主動地借助工作介質(zhì)泵13從第一壓力腔5向第二壓力腔7中泵送，并且附加地在活塞2上施加力，該力與彈簧4的力方向相同。

當活塞2并因此活塞桿3在工作缸1中保持靜止時，工作介質(zhì)泵13就必須在非常小的體積流通過工作介質(zhì)泵13的情況下施加用于平衡彈簧4的壓力。這會導(dǎo)致工作介質(zhì)泵13被加熱，因為小的體積流不能把熱量從工作介質(zhì)泵13中導(dǎo)出。按照本發(fā)明因此設(shè)置短路管道18，短路管道使第一壓力腔5持續(xù)地、導(dǎo)引工作介質(zhì)地與第二壓力腔7連接。由于所述持續(xù)的工作介質(zhì)管路，通過工作介質(zhì)泵13輸送的工作介質(zhì)流變大，因此在活塞2的靜止狀態(tài)中也實現(xiàn)預(yù)期的熱量導(dǎo)出。

在所示實施例中，在短路管道18中設(shè)有短路閥19，例如形式為具有不變的或者具有可變的流動橫截面的節(jié)流閥或者形式為調(diào)節(jié)閥。由此或者根據(jù)壓力設(shè)置或者主動地改變流動通過短路管道18的工作介質(zhì)流，例如根據(jù)壓力保持流動通過短路管道18的工作介質(zhì)流不變。

在所示實施例中，從供料管路9分支出反向管路21，在反向管路中配設(shè)有止回閥17。止回閥17沿壓力管路16的方向打開并且沿供料管路9的方向關(guān)閉。因而當在供料管路9中存在的工作介質(zhì)壓力大于在壓力管路16中的時，工作介質(zhì)總是從供料管路9流入壓力管路16并因此從第二壓力腔7流向第一壓力腔5中，即通過繞過工作介質(zhì)泵13流向第一壓力腔5中，其中，所需的相對的過壓通過止回閥17的彈簧力確定。以此在可能的故障運行中避免在反向運行中的工作介質(zhì)泵13落入負壓區(qū)域中。這會發(fā)生在活塞2不能繼續(xù)運動而同時工作介質(zhì)泵13繼續(xù)在反向運行中運行的情況。

從壓力管路16分支出具有快關(guān)閥24的快關(guān)管路23，以便通過打開快關(guān)閥24使活塞2通過彈簧4的力最大化地快速運動，用于實現(xiàn)故障保護位置。在此，行程速度通過同樣在快關(guān)管路23中與快關(guān)閥24串聯(lián)地配設(shè)的節(jié)流閥25確定。

此外，從壓力管路16分支出過壓管路26，過壓管路同樣通入供料管路9。在過壓管路26中配設(shè)有過壓閥27，過壓閥在預(yù)定的壓力之上打開，以避免過壓管路16中不允許的壓力狀態(tài)。