JPS6410643B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、タービンの弁とくに蒸気タービンの
調節弁、急速閉止弁およびバイパス弁を動作させ
るために用いられ、電気式制御部と、電気・油圧
変換器と、弁棒と結合された操作ピストンを有す
る油圧式操作シリンダと、吸込側で油貯蔵タンク
に接続されており電動機により駆動される油圧ポ
ンプおよびその吐出側に接続されている操作圧油
アキユムレータを含む油圧供給系統とを有する電
気油圧式弁操作器に関するものである。

上述のものと類似の蒸気タービン調節弁用電気
油圧式弁操作器はドイツ連邦共和国特許出願公開
第2842846号公報から公知である。この公報に示
されている弁操作器は電気式タービン調節装置の
調節信号または急速閉止信号により制御され、そ
の際これらの電気信号は電気−油圧変換器で油圧
信号に変換された後、油圧式操作シリンダにより
調節弁の制御に必要な大きな操作力が得られるよ
うに増幅される。この公報には油圧供給系統は操
作圧油アキユムレータに至るまで詳細には図示も
説明もされていない。

タービンプラントでは個々のタービン弁への油
圧エネルギーの供給は常に中央設置の油圧供給系
統により行なわれており、この中央油圧供給系統
に１つの中央油貯蔵タンクと、アキユムレータに
操作圧油を供給するたいていは複数個の油圧ポン
プとが含まれている。従つて、１つの弁操作器を
中央油圧供給系統と接続するためには、少なくと
も２つの配管すなわち加圧された操作圧油を弁操
作器に供給する導管と弁操作器の減圧時に排出さ
れる油を中央油貯蔵タンクに復流させる導管とが
必要である。油圧エネルギーの確実な伝達を保証
するため、これらの配管の布設、品質保証および
保守に著しい費用を必要とする。長い管路におけ
る圧力ピークおよび圧力変動のほかに熱膨脹によ
る負荷も考慮に入れなければならない。さらに、
高温個所における配管からの油漏れによる火災の
おそれも考慮に入れなければならない。火災防止
のためには難燃性の作動流体を使用する方法もあ
るが、このような難燃性作動流体は高価であり、
かつ鉱油を主体とする作動流体にくらべて安定性
が劣るため安定性維持対策に費用がかさむ。火災
防止のために二重壁の管を使用する方法もある
が、その布設および取扱は容易でない。

従つて、本発明の目的は、タービン弁用操作器
として、一方では操作力および操作速度に関する
高度の要求を満足し、他方では油圧エネルギーの
伝達に関連する問題を回避し得るものを提供する
ことである。

この目的は、本発明によれば、冒頭に記載した
種類の電気油圧式弁操作器において、電気−油圧
変換器、油圧式操作シリンダおよび油圧供給系統
を弁ケースに配置される１つのコンパクトな操作
器ブロツクとして集積化することにより達成され
る。弁操作器内に油圧供給系統を集積化すること
により、従来必要であつた油圧配管およびそれに
付随する費用は省略される。弁操作器にエネルギ
ーを供給するため、また調節信号または急速閉止
信号を供給するためのケーブルは必要であるが、
これらのケーブルが伝達の確実さまたは火災防止
に関して問題を生ずることはない。

操作器ブロツク内に油圧供給系統が集積化され
ている電気油圧式の操作器は鉄道信号技術の分野
で既に知られている。“シーメンス・ツアイトシ
ユリフト（Siemens Zeitschrift）”第52巻（1978
年）、第１号、第37〜39頁には、踏切安全設備用
の電気油圧式ゲート操作器として、油貯蔵タンク
および油圧ポンプから成る固有の油圧供給系統を
有し、中央に設置されている制御装置と電源ケー
ブルおよび信号ケーブルのみを介して接続されて
いるものが記載されている。しかし、この鉄道信
号技術の分野で知られている集積化構造をタービ
ンプラントの分野の電気油圧式弁操作器に取入れ
ることは、両分野間に技術的関連がないことを別
としても、容易には可能でない。すなわち、鉄道
信号分野の電気油圧式ゲート操作器では、集積化
された操作器ブロツクが固有の基礎の上に直接に
問題なく配置され得るが、タービンプラントの弁
操作器は限られたスペースで弁ケースに配置され
なければならない。従つて、タービン弁の操作器
をできるかぎり小形かつ軽量に構成する必要性が
操作器ブロツク内への油圧供給系統の集積化と対
立する。さらに、タービンプラントの分野の油圧
式および電気油圧式弁操作器は常に中央油圧供給
系統との接続を前提として開発されてきたので、
タービン弁の操作器のなかに油圧供給系統を収容
することにより、この分野で全く新しい道が開か
れる。

本発明による弁操作器の１つの好ましい実施態
様では、弁を急速に閉じるためには蓄力ばねのば
ね力が、また弁を開くためにはアキユムレータか
らの操作圧油が用いられ、また油圧ポンプの吐出
流量は漏洩損失を絶えず補充するべくかつアキユ
ムレータを徐々に充満するべく選定されている。
この対策により、油圧ポンプの組立体積、従つて
また油圧ポンプを操作器ブロツクに内蔵するのに
必要なスペースは最小に減ぜられる。油圧ポンプ
の吐出流量は、正常な漏洩損失を補充することが
でき、また追加的に弁の調節または閉止運動の終
了後にアキユムレータを徐々に再充満させるよう
な大きさの流量でしかない。この場合、アキユム
レータの蓄積容積は弁の全開運動または望ましく
ない運転時における相次ぐ調節運動のために十分
に操作圧油を供給し得るような大きさでなければ
ならない。

操作器ブロツク全体の組立体積を一層減少し得
るように、油圧式操作シリンダ、油圧ポンプおよ
び操作圧油アキユムレータに必要な組立体積が必
要な操作力と油圧ポンプの吐出流量および吐出圧
力と操作圧油アキユムレータの蓄積容積と油圧式
操作シリンダの操作ピストンの有効面積との関数
として最小化される。このような最小化は上記の
量の関数関係により可能とされる。すなわち操作
力は操作ピストンに作用する圧力とその有効面積
との積として生ずる。圧力を安全上可能な限度内
で高めると、一方では油圧式操作シリンダおよび
操作圧油アキユムレータの組立体積の減少に通
じ、他方では電動機の組立体積の増大に通ずる
（油圧ポンプの吐出流量の減少により後者が補償
されないかぎりにおいて）。すなわち、上記の量
の適当な選定により操作器ブロツク全体の組立体
積が最小化され、従つてタービンの弁で許される
狭いスペースへの配置が可能になる。

本発明による弁操作器の他の実施態様では、油
圧供給系統が油圧ポンプの故障時に接続可能で第
２の電動機により駆動される第２の油圧ポンプを
含んでいる。この対策により弁操作器の作動の確
実さが高められる。ただし、その分だけ操作器ブ
ロツクの組立体積は増大する。

弁操作器の作動の確実さを一層高めるために
は、操作圧油アキユムレータが少なくとも２つの
部分アキユムレータに分割されており、部分アキ
ユムレータの蓄積容積は１つの部分アキユムレー
タの故障時にも油圧式操作シリンダを作動させる
のに十分な操作圧油量を供給し得るように選定さ
れていることが有利である。この場合にも、操作
器全体の組立体積の最小化よりも作動の確実さの
向上に優先順位が与えられているが、多重冗長性
をもつ弁操作器としては組立体積が最小化されて
いる。

以下、図面により本発明の実施例の構成および
作用を詳細に説明する。

第１図は原理構成図であり、全体として参照数
字１を付されている電気油圧式弁操作器は中間台
２を介してタービンの弁３に取付けられている。
弁３の駆動は、下端に弁体５を取付けられている
（閉止位置で図示）結合棒４を介して電気油圧式
弁操作器１を介して行なわれる。弁３を矢印６お
よび７の方向に流れる流体の流量は矢印８により
開き方向を示されている結合棒４の行程により調
節される。

電気油圧式弁操作器１は主として電気・油圧変
換器１０、油圧式操作シリンダ１１および油圧供
給系統から成り、油圧供給系統は、吸込側で油貯
蔵タンク１２０に接続されており電動機１２１に
より駆動機１２１により駆動される油圧ポンプ１
２２およびその吐出側に接続されている操作圧油
アキユムレータ１２３を含んでいる。上記の構成
部分のすべては弁３のケースに配置される１つの
コンパクトな操作器ブロツクとして集積化されて
おり、この集積化は第１図ではこれらの構成部分
に対して共通の弁操作器ケース１３により示され
ている。

電気・油圧変換器の役割は、タービン調節装置
から発せられた電気信号を油圧信号に変換するこ
とである。そのため、図示の実施例では、調節用
電気信号RSにより制御される二方弁１００と急
速閉止用電気信号SSにより制御される一方弁１
０１とが設けられている。二方弁１００の第１の
ポートは導管１０２を経て油圧ポンプ１２２の吐
出口および操作圧油アキユムレータ１２３に接続
されている。二方弁１００の第２のポートは導管
１０３を経て油圧式操作シリンダ１１と接続され
ており、またその第３のポートは導管１０４を経
て油貯蔵タンク１２０に接続されている。一方弁
１０１の第１のポートは分岐導管１０５を経て排
出導管１０４に、また第２のポートは分岐導管１
０６を経て、油圧式操作シリンダ１１に至る導管
１０３に接続されている。タービンの弁３を開く
ためには、適当な調節信号RSにより二方弁１０
０がアキユムレータ１２３からの操作圧油を操作
シリンダ１１の操作ピストン１１０から下側の空
間に与えるように切換えられ、それにより弁体５
は操作ピストン１１０と結合されている結合棒４
を介して開き方向（矢印８）に動かされる。この
開き方向の運動に際して、操作シリンダ１１と結
合棒４に取付けられた皿板１１２との間に配置さ
れている蓄力ばね１１１が圧縮される。タービン
の弁３を閉じるためには、適当な調節信号RSに
より二方弁１００が操作シリンダ１１の操作ピス
トン１１０から下側の操作圧油を排出導管１０４
を経て油貯蔵タンク１２０に排出し得るように切
換えられ、蓄力ばね１１１のばね力によつて弁体
５は閉じ方向（矢印８と反対）に動かされる。同
様に、タービン弁３の急速閉止のためには、適当
な急速閉止信号SSにより一方弁１０１が開かれ
るので、操作シリンダ１１の操作ピストン１１０
から下側空間は減圧され、蓄力ばね１１１により
急速閉止運動が行なわれ得る。

第１図は電気油圧式弁操作器１の原理を説明す
るための図であり、電気・油圧変換器１０はその
制御および切換機能を示す記号で図示されてい
る。実際には、非常に小さいパワレベルで与えら
れる調節信号RSおよび急速閉止信号により大き
な操作力を得るためたとえば10000倍のパワレベ
ルへの増幅が行なわれなければならないので、電
気・油圧変換器１０に１段または複数段の油圧増
幅器が追加されている。必要な油圧補助エネルギ
ーを得るため、給電ケーブルSVKを経て電気エ
ネルギーが供給され、電動機１２１で機械エネル
ギーに変換され、軸継手１２４を介して油圧ポン
プ１２２を駆動するのに用いられる。それにより
油圧ポンプ１２２は油貯蔵タンク１２０から吸込
管１２５を経て油を吸込み、それを加圧して操作
圧油アキユムレータ１２３に供給する。充満され
たアキユムレータ１２３の最大圧力はたとえば
160barである。油圧ポンプ１２２およびそれに
付属する電動機１２１の組立体積をできるかぎり
小さく保つため、油圧ポンプの吐出流量は運転中
に生ずる操作圧油の漏洩を補充しかつアキユムレ
ータ１２３を徐々に充満し得るように選定されて
いなければならない。これは操作圧油アキユムレ
ータ１２３の蓄積容積を適当に選定することによ
り可能とされる。タービン弁３を全開するためま
たは望ましくない運転条件で短い時間間隔で相次
いで調節するための操作圧油の必要量は完全にア
キユムレータ１２３によりまかなわれなければな
らない。

第２，３および４図には、蒸気タービンの調節
弁用の電気油圧式弁操作器の構造が簡単化して示
されている。全体として参照数字２０を付されて
いる電気油圧式弁操作器は、調節弁４０の弁蓋４
００に取付けられた柱座３０により保持されてい
る。電気油圧式弁操作器２０の保持構造物とし
て、柱座３０に取付けられた１つの基板２００
と、基板２００の上に直立して互いに間隔をおい
て配置された２つの保持板２０１および２０２
と、側面で保持板２０１および２０２に取付けら
れた１つの側面板２０３とが用いられている。側
方に保持板２０１および２０２を越えて突出する
側面板２０３の端部に孔２０４または２０５があ
けられているので、それぞれ外側からは電動機２
０６および２０７が、また内側からは油圧ポンプ
２０８または２０９がフランジ締結により取付け
られ得る。この場合、電動機２０６をそれに対応
する油圧ポンプ２０８と結合するための軸継手２
１０は孔２０４のなかに、また電動機２０７をそ
れに対応する油圧ポンプ２０９と結合するための
軸継手２１１は孔２０５のなかに配置されてい
る。

側面板２０３と基板２００との間の範囲に全体
で４つの操作圧油アキユムレータが配置されてお
り、そのうち２つのアキユムレータ２１２は保持
板２０１の横に、また他の２つのアキユムレータ
２１３は保持板２０２の横にフランジ締結により
取付けられている。両保持板２０１および２０２
は１つの油貯蔵タンク２１４および１つの油圧式
操作シリンダ２１５の取付にも用いられており、
油貯蔵タンク２１４は側面板２０３とは反対側の
側面に取付けられ、また油圧式操作シリンダ２１
５は基板２００とは反対側の端部に取付けられて
いる。この空間仕切りによつて、両保持板２０１
および２０２、側面板２０３および油貯蔵タンク
２１４により囲まれる空間が蓄力ばね２１６と油
圧式操作シリンダ２１５の案内棒２１７とを収容
するために利用され得る。案内棒２１７は油圧式
操作シリンダ２１５の操作ピストン２１８を軸継
手２１９を介して弁棒４０１と結合しており、こ
の弁棒は端部に調節弁４０弁体４０２を保持して
いる。案内棒２１７に取付けられた皿板２２０と
油圧式操作シリンダ２１５との間に蓄力ばね２１
６が案内棒２１７にはめて配置されており、調節
弁４０が開く際には操作ピストン２１８の相応の
上昇行程により圧縮され、操作ピストン２１８の
減圧後に調節弁４０を閉じ得る力を蓄える。電気
油圧式弁操作器２０をおおうため、基板２００に
取付けられたケース２２１が設けられており、こ
のケースは側面に２つの組立費２２２および２２
３を有し、また対角線上に延びるフランジ２２４
により分割されている。ケース２２１は組立およ
び保守作業の際に場合によつては流出する油を受
け止め、油の漏出に伴う火災のおそれをなくす役
割もする。電気油圧式弁操作器２０の内部に生ず
る損失熱を放散するため、図示には示されていな
いフアンによりケース２２１と油貯蔵タンク２１
４（場合によつては冷却フイン付き）との間に冷
却空気を通すこともできる。

両保持板２０１および２０２ならびに側面板２
０３は保持構造物としての前記の役割のほかに、
そこに取付けられた構成要素を相互に連通させる
役割をもするので、接続導管を大幅に省略するこ
とができる。両油圧ポンプ２０８および２０９は
吸込側では吸込管２２５または２２６を経て油貯
蔵タンク２１４に接続されているが、吐出側では
短い湾曲導管２２７または２２８を経て保持板２
０１または２０２の内部の通路２２９または２３
０と接続されている。保持板２０１の内部の通路
２２９は逆止弁２３１に通じており、この逆止弁
は多重枝路を有する通路２３２を経て油圧ポンプ
２０８の圧力制限弁２３２と操作圧油アキユムレ
ータ２１２とその圧力制限弁２３４とに接続され
ている。同様に、保持板２０２の内部の通路２３
０は逆止弁２３５に通じており、この逆止弁は多
重枝路を有する通路２３６を経て油圧ポンプ２０
９の圧力制限弁２３７と操作圧油アキユムレータ
２１３とその圧力制限弁２３８とに接続されてい
る。圧力制限弁２３３および２３７は、保持板の
内部の参照数字を付されていない通路により油貯
蔵タンク２１４と接続されている。また圧力制限
弁２３４および２３８は、保持板の内部の図示さ
れていない通路により油貯蔵タンク２１４と接続
されている。油圧ポンプ２０８および２０９と操
作圧油アキユムレータ２１２および２１３との間
の接続は側面板２０３の内部の通路２３９と保持
板２０１または２０２の内部の通路２３２または
２３６の相応の枝路とにより行なわれる。通路２
３９は保持板２０１の内部に設けられている別の
通路２４０を経て操作圧油アキユムレータ２１２
および２１３と油圧式操作シリンダ２１５との間
の接続をも形成する。通路２４０は電気・油圧変
換器の第１モジユール２４１に通じており、この
第１モジユールは通路２４２を経て油圧式操作シ
リンダ２１５の操作ピストン２１８から下側の空
間と接続されている。電気・油圧変換器の第２モ
ジユール２４３は排出管２４４を経て油貯蔵タン
ク２１４と接続されているので、調節弁４０が閉
じる際、操作シリンダ２１５の操作ピストン２１
８から下側に存在していた操作圧油は油貯蔵タン
ク２１４に排出され得る。電気・油圧変換器は基
本的に第１図で説明した電気・油圧変換器１０と
同様であるので、その詳細な図示は第２図では省
略されている。

第２，３および４図に示されている電気油圧式
弁操作器の実施例では、板から成る保持構造物が
保持と同時に接続の役割をもすることにより、集
積化された操作器ブロツクを特にコンパクトに構
成することができ、また個々の構成部分がわかり
やすくかつ近接しやすく配置されているので、保
守作業を容易に行なうことができる。操作器ブロ
ツクに油圧ポンプおよび操作圧油アキユムレータ
を対称に冗長性をもたせて配置することにより、
信頼性の高い作動が保証されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気油圧式弁操作器の構
成を非常に簡単化して示す図、第２図は蒸気ター
ビンの調節弁用の本発明による電気油圧式弁操作
器の縦断面図、第３図は第２図の線−による
断面図、第４図は第２図の線−による断面図
である。 １……電気油圧式弁操作器、２……中間台、３
……タービンの弁、４……結合棒、５……弁体、
６，７……流れ方向、８……開き方向、１０……
電気・油圧変換器、１１……油圧式操作シリン
ダ、１３……弁操作器ケース、２０……電気油圧
式弁操作器、３０……柱座、４０……調節弁、１
００……二方弁、１０１……一方弁、１１０……
操作ピストン、１１１……蓄力ばね、１１２……
皿板、１２０……油貯蔵タンク、１２１……電動
機、１２２……油圧ポンプ、１２３……操作圧油
アキユムレータ、１２４……軸継手、１２５……
吸込管、２００……基板、２０１，２０２……保
持板、２０３……側面板、２０４，２０５……
孔、２０６，２０７……電動機、２０８，２０９
……油圧ポンプ、２１０，２１１……軸継手、２
１３……操作圧油アキユムレータ、２１４……油
貯蔵タンク、２１５……操作シリンダ、２１６…
…蓄力ばね、２１７……案内棒、２１８……操作
ピストン、２１９……継手、２２０……皿板、２
２１……弁操作器ケース、２２２，２２３……組
立蓋、２２４……フランジ、２２５，２２６……
吸込管、２２７，２２８……湾曲管、２２９，２
３０……通路、２３１……逆止弁、２３２……通
路、２３３，２３４……圧力制限弁、２３５……
逆止弁、２３６……通路、２３７，２３８……圧
力制限弁、２３９，２４０……通路、２４１，２
４３……電気・油圧変換器のモジユール、２４２
……通路、２４４……排出管、４００……弁蓋、
４０１……弁棒、４０２……弁体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンの弁とくに蒸気タービンの調節弁、
   急速閉止弁およびバイパス弁を動作させるために
   用いられ、電気式制御部と、電気油圧変換器と、
   弁棒と結合された操作ピストンを有する油圧式操
   作シリンダと、吸込側で油貯蔵タンクに接続され
   ており電動機により駆動される油圧ポンプおよび
   その吐出側に接続されている操作圧油アキユムレ
   ータを含む油圧供給系統とを有する電気油圧式弁
   操作器において、電気油圧変換器、油圧式操作シ
   リンダおよび油圧供給系統が弁ケースに配置され
   る一つの操作器ブロツクとして集積化されている
   ことを特徴とする電気油圧式弁操作器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の電気油圧式弁操
   作器において、弁を急速に閉じるために蓄力ばね
   のばね力が、弁を開くためにアキユムレータから
   の操作圧油が用いられ、また油圧ポンプの吐出流
   量は漏洩損失を絶えず補充するべくかつアキユム
   レータを徐々に充満するべく選定されていること
   を特徴とする電気油圧式弁操作器。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の電気油圧式弁操
   作器において、油圧式操作シリンダ、油圧ポンプ
   および操作圧油アキユムレータに必要な組立体積
   が、必要な操作力と、油圧ポンプの吐出流量およ
   び吐出圧力と、操作圧油アキユムレータの蓄積容
   積と、油圧式操作シリンダの操作ピストンの有効
   面積との関数として最小化されていることを特徴
   とする電気油圧式弁操作器。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かに記載の電気油圧式弁操作器において、油圧供
   給系統が油圧ポンプの故障時に接続可能であつて
   第２の電動機により駆動される第２の油圧ポンプ
   を含んでいることを特徴とする電気油圧式弁操作
   器。 ５ 特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   かに記載の電気油圧式弁操作器において、操作圧
   油アキユムレータが少なくとも二つの部分アキユ
   ムレータに分割されており、部分アキユムレータ
   の蓄積容積は一つの部分アキユムレータの故障時
   にも油圧式操作シリンダを作動させるのに十分な
   操作圧油量を供給し得るように選定されているこ
   とを特徴とする電気油圧式弁操作器。