Vorrichtung zum hydraulischen Verstellen der Laufschaufeln eines Laufrades eines Axialventilators

Abstract

 Eine Vorrichtung zum hydraulischen Verstellen der Laufschaufeln (2) eines Laufrades (1) eines Axialventilators besteht aus einem Verstellzylinder (6), der beiderseits eines in dem Verstellzylinder (6) verschiebbaren Kolbens (7) eine erste Kammer (11) und eine zweite Kammer (12) aufweist, die jeweils mit einem Anschluss (14, 15) über Steuerölleitungen (A, B) versehen sind. Die Steuerölleitungen (A, B) sind an 4-Wegeventile angeschlossen. Sowohl eine zu der einen Steuerölleitung (A) führende Zulaufleitung (P) als auch eine mit der anderen Steuerölleitung (B) verbundene Rücklaufleitung (T) ist jeweils in zwei parallele Zweige (P1/A1, P2/A2, Tl/B1, T2/B2) aufgeteilt. Zwei redundante 4-Wegeventile (23), (33) sind vorgesehen, von denen jedes in einem der parallelen Zweige (P1/A1 bzw. P2/B2) und (T1/B1 bzw. T2/B2) angeordnet ist. In jedem Zweig (A1, A2) der einen Steuerölleitung (A) und in jedem Zweig (B1, B2) der anderen Steuerölleitung (B) zwischen dem jeweiligen Anschluss (14), (15) und dem jeweiligen 4-Wegeventil (23), (33) ist ein durch Federkraft schließendes Sitzventil (24), (25), (34), (35) angeordnet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydraulischen Verstellen der Laufschaufeln eines Laufrades eines Axialventilators mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

[0002] Moderne Axialventilatoren sind regelbare Arbeitsmaschinen, die mechanische Energie in Strömungsenergie umwandeln. Die Regelung der Axialventilatoren erfolgt über die Drehzahl oder die Anstellwinkel der Laufschaufeln. Soll die Laufschaufelstellung während des Betriebs verändert werden können, muss die Laufschaufel auf einer gelagerten Welle, dem Holm, befestigt sein. Die Veränderung der Laufschaufelstellung geschieht meistens hydraulisch. Zu dem Zweck wird eine hydraulische Verstellvorrichtung an das Laufrad des Axialventilators angebaut. Eine solche Verstellvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem hydraulischen Verstellzylinder, der mit der Ventilatordrehzahl rotiert, und aus einem stehenden Ölübergangsstück, an dem die Ölversorgungsleitungen angeschlossen sind.

[0003] Aufgrund der durch die Rotation verursachten Fliehkräfte des Laufschaufelblattes entsteht, begünstigt durch die geometrische Form des Laufschaufelprofils, um die Längsachse des Holmes ein Drehmoment, welches als Rückstellmoment wirkt. Wenn die Verstellvorrichtung während des Betriebs ausfällt, so dreht die Laufschaufel, durch dieses Rückstellmoment verursacht, schlagartig zu und der Ventilator kann Druck und Fördermenge nicht mehr aufrechterhalten. Um ein Zudrehen der Laufschaufeln zu verhindern, können Gegengewichte an jeder Laufschaufel, meist aber an den Holmen, angebracht werden, die das Rückstellmoment mehr oder weniger genau kompensieren. Der Nachteil einer solchen Lösung ist, dass die zusätzlichen Gegengewichte aufgrund der Fliehkraft eine beträchtliche Mehrbelastung der Holmlagerung bewirken und das Laufrad deutlich schwerer machen.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung zur Verstellung von Laufschaufeln während des Ventilatorbetriebes so zu gestalten, dass auch bei einem Spannungsausfall die Schaufelstellung in der davor letzten Stellung gehalten werden kann, bis durch eine Netzumschaltung eine andere Ansteuerungseinheit die Stellungsregelung der Verstelleinrichtung übernimmt.

[0005] Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhalte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0006] Durch die Erfindung wird eine redundante Ansteuerung der Verstelleinrichtung zur Verfügung gestellt. Die Anordnung der Sitzventile stromaufwärts von den zugehörigen 4-Wegeventilen sorgt dafür, dass immer nur ein 4-Wegeventil die Ansteuerung der hydraulischen Verstelleinrichtung ausführt und ein hydraulischer Kurzschluss zwischen den parallel angeordneten redundanten 4-Wegeventilen ausgeschlossen ist. Durch die Ausführung der Sitzventile als durch Federkraft schließende Ventile wird zusätzlich sichergestellt, dass bei Ausfall der jeweiligen Spannungsversorgung der parallelen Ansteuereinheiten ein Absperren der Zu- und Rücklaufleitung sowohl zur hydraulischen Verstelleinrichtung als auch zu dem jeweiligen 4-Wegeventil erfolgt, wodurch die jeweilige Laufschaufelstellung festgehalten wird, bis die Spannungsversorgung wieder anliegt.

[0007] Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a

einen Längsschnitt durch ein Laufrad eines Axialventilators mit einer Verstellvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 1b

einen Längsschnitt durch ein Laufrad eines Axialventilators mit einer Verstellvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform,

Fig. 2a

ein Schaltbild für die Ansteuerung der Verstellvorrichtung nach Fig. 1a und

Fig. 2b

ein Schaltbild für die Ansteuerung der Verstellvorrichtung nach Fig. 1b.

[0008] In Fig. 1 ist ein Laufrad 1 eines Axialventilators gezeigt, das auf seinem Umfang mit mehreren Laufschaufeln 2 bestückt ist, von denen eine Laufschaufel angedeutet ist. Das Laufrad ist auf einer Welle 18 befestigt, die sowohl in einer separaten Hauptlagerung als auch zu einem Antriebsmotor eingebaut sein kann. Die Laufschaufeln 2 sind zur Anpassung des Axialventilators an die verschiedenen Betriebspunkte um ihre Längsachse verstellbar. Dazu ist ein die Laufschaufeln 2 tragender Holm 3 in einem Tragring 4 des Laufrades 1 drehbar gelagert.

[0009] Das Laufrad 1 ist mit einer Verstelleinrichtung zur Anstellung der Laufschaufeln 2 versehen. Dazu ist an jedem Holm 3 ein abgekröpfter Verstellhebel 5 befestigt, der in einer am Umfang einer in den Fig. 1a und 1b gezeigten Verstellscheibe 17 angebrachten Nut geführt ist.

[0010] Die Verstellscheibe 17 ist mit einer Kolbenstange 8 verbunden, auf der ein Kolben 7 befestigt ist. Der Kolben 7 befindet sich innerhalb eines Verstellzylinders 6. Die Kolbenstange 8 mit dem Kolben 7 und die Verstellscheibe 17 sind entlang der Achse des Axialventilators verschiebbar angeordnet und rotieren mit der gleichen Drehzahl wie das Laufrad 1 und der Verstellzylinder 6.

[0011] Das rückwärtige Ende der Kolbenstange 8 ist von einem Ölübergangsstück 13 umgeben. Bei der in Fig. 1b dargestellten Ausführungsform ist in dem Ölübergangsstück zusätzlich ein Rückschlagventil 16 angeordnet, auf dessen Bedeutung später noch eingegangen wird.

[0012] Durch die Kolbenstange 8 sind zwei axiale Steuerkanäle 9, 10 geführt, die beiderseits des Kolbens 7 jeweils in eine Kammer 11, 12 münden. Je nach Beaufschlagung der Kammern 11 oder 12 mit Drucköl wird der Kolben 7 zusammen mit der Kolbenstange 8 und der Verstellscheibe 17 nach rechts oder links verschoben und damit der Holm 3 zusammen mit der Laufschaufel 2 in die eine oder andere Richtung gedreht.

[0013] Die Ansteuerung des Verstellzylinders 6 erfolgt über eine in den Fig. 2a und 2b dargestellte redundante Ansteuereinrichtung. Nicht gezeigt in Fig. 2a und 2b ist die Ölstation, bestehend aus Ölpumpe, Öltank und Zubehör mit Instrumentierung. Die Ansteuereinrichtung ist im Wesentlichen wie folgt aufgebaut:

• Eine Zulaufleitung P verbindet eine nicht dargestellte Ölpumpe über zwei Zweige P1 und P2 mit zwei 4-Wegeventilen 23, 33.
• Eine Rücklaufleitung T verbindet die zwei 4-Wegeventile 23, 33 über zwei Zweige T1 und T2 mit dem nicht dargestellten Öltank.
• Zwei zu Zweigen A1 und A2 sowie zu Zweigen B1 und B2 verzweigte Steuerölleitungen A, B verbinden die zwei 4-Wegeventile 23, 33 mit dem Ölübergangsstück 13 über Anschlüsse 14 und 15.

[0014] In die Zulaufleitung P ist ein Prüfanschluss 20 eingebaut. Der Prüfanschluss 20 erlaubt mittels einer Schnellkupplung mit Sitzventil den Anschluss von Prüfmitteln an die Zulaufleitung P. Ventilatorseitig von dem Prüfanschluss 20 ist die Zulaufleitung P zu gleichen Teilen in zwei parallele Zweige P1 und P2 aufgeteilt.

[0015] In Fig. 2a und 2b ist die Strömungsrichtung des Steueröls durch Pfeile angedeutet. In Strömungsrichtung des Steueröls ist in den beiden Zweigen P1 und P2 der Zulaufleitung P jeweils ein manuelles Absperrventil 21, 31 eingebaut, das vorzugsweise als Kugelhahn ausgebildet ist. Die Absperrventile 21, 31 dienen dazu, im Fall des Austausches von nachfolgend angeordneten weiteren Ventilen die entsprechende Druck führende Zulaufleitung P zu diesen Ventilen absperren zu können. Zur Kontrolle des Durchflusses in den Zweigen P1, P2 der Zulaufleitung P ist ventilatorseitig von den Absperrventilen 21, 31 jeweils ein Prüfanschluss 22, 32 vorgesehen.

[0016] Redundant ist jeweils das elektromagnetisch betätigte 4-Wegeventil 23, 33 in einem der Zweige P1 bzw. P2 der Zulaufleitung P und einem der Zweige T1 bzw. T2 der Rücklaufleitung T eingebaut.

[0017] Von den zwei 4-Wegeventilen 23, 33 gehen zwei Ablaufleitungen T1 und T2 ab, die zu der Rücklaufleitung T zusammengeführt sind. Die Rücklaufleitung T ist an den nicht dargestellten Öltank angeschlossen.

[0018] Die 4-Wegeventile 23, 33 sind vorzugsweise als 4/3-Wege-Proportionalregelventile ausgebildet. Ventilatorseitig sind die Zweige A1 und B1 der Steuerölleitungen A, B an das 4-Wegeventil 23 angeschlossen, während die Zweige A2 und B2 der Steuerölleitungen A, B ventilatorseitig auf das 4-Wegeventil 33 geführt sind.

[0019] Außerdem ist ventilatorseitig vor den 4-Wegeventilen 23, 33 in jedem Zweig A1, B1, A2, B2 ein elektromagnetisch betätigtes Sitzventil 24, 25, 34, 35 eingebaut, das durch Federkraft in Schließstellung gehalten ist. Die Sitzventile 24, 25, 34, 35 sind vorzugsweise als 2/2-Wege-Kegelsitzventile ausgebildet. Die Sitzventile 24, 25 dienen als Absperreinrichtungen für das 4-Wegeventil 23, und die Sitzventile 34, 35 dienen als Absperreinrichtungen für das 4-Wegeventil 33. Die Sitzventile 24, 25, 34, 35 sind jeweils elektrisch mit den zugehörigen 4-Wegeventilen 23, 33 gekoppelt. Die in den Zweigen P1/A1 und T1/B1 eingebauten Ventile, nämlich 4-Wegeventil 23 und Sitzventile 24, 25, und die in den Zweigen P2/A2 und T2/B2 eingebauten Ventile, nämlich 4-Wegeventil 33 und Sitzventile 34, 35 liegen an unterschiedlichen Spannungsquellen an.

[0020] Die 4-Wegeventile 23, 33 und die Sitzventile 24, 25, 34, 35 sind jeweils mit einer Leuchtdiode 26 versehen, die so angeschlossen ist, dass diese leuchtet, solange das betreffende Ventil in Betrieb ist.

[0021] Um den Austausch der Sitzventile 24, 25, 34, 35 während des Betriebes zu ermöglichen sind nach diesen jeweils ein manuelles Absperrventil 27, 28, 37, 38 eingebaut, das vorzugsweise als Kugelhahn ausgebildet ist, somit ist der Austausch während des Betriebes mit der redundanten Einheit ohne Fluiddruckverluste möglich.

[0022] Der Verstellzylinder 6 kann durch die Zweige P1/A1/T1/B1 oder durch die Zweige P2/A2/T2/B2 mit den vorgegebenen Fluidmengen versorgt werden, um dadurch die gewünschte Verstellung zu realisieren. Die redundante Ansteuerung des Verstellzylinders 6 ist somit über entweder das eine 4-Wegeventil 23 oder das andere 4-Wegeventil 33 möglich. Die Sitzventile 24, 25, 34, 35 schließen bei Spannungsunterbrechung federbetätigt. Daher kann ohne Betriebsunterbrechung zwischen den beiden 4-Wegeventilen 23, 33 durch Wechsel der Spannungsversorgung umgeschaltet werden. Während der Umschaltzeit fließt kein Fluid zu dem Verstellzylinder 6 oder von diesem ab. Die Stellung des Kolbens 7 und damit die Stellung der durch den Verstellzylinder 6 verstellbaren Laufschaufeln 2 bleiben erhalten, bis die Umschaltung beendet ist und an einem der beiden 4-Wegeventile 23, 33 wieder die Spannungsversorgung anliegt. Nach dem Schließen eines der manuell betätigten Absperrventile 21, 31 kann das jeweils zugehörige außer Betrieb befindliche 4-Wegeventil 23, 33 ausgetauscht werden. Sollte eines der Sitzventile 24, 25, 34, 35 defekt sein, so kann nach dem manuellen Absperren mit dem jeweiligen Absperrventil 27, 28, 37, 38 das entsprechende zugehörige außer Betrieb befindliche Sitzventil ausgetauscht werden.

[0023] Wie in Fig. 2b gezeigt ist, kann in den zum Tankanschluss führenden Rücklaufleitungen T1, T2 ein Druckbegrenzungsventil 29, 39 eingebaut sein. Ein solches Druckbegrenzungsventil 29, 39 ist dann vorteilhaft, wenn in der Steuerölleitung B unmittelbar vor dem Anschluss 15 des Ölübergangsstückes 13 der zweiten Kammer 12 des Verstellzylinders 6 ein Rückschlagventil 16 angeordnet ist. Das angeordnete Rückschlagventil 16 wird durch den Druck in der Steuerölleitung A in Offenstellung gehalten. Bei einem Ausfall oder einer Unterbrechung der Druckölversorgung fährt das Rückschlagventil 16 in Schließstellung. In der Schließstellung des Rückschlagventils 16 verharrt der Verstellzylinder 6 in seiner zuvor eingenommenen Stellung. Damit kann sich die über die Kolbenstange 8 und die Verstellscheibe 17 und den Holm 3 verbundene Laufschaufel 2 nicht zudrehen, sondern bleibt in der eingenommenen Stellung.

Bezugszeichenliste

[0024] 

1.

Laufrad

2.

Laufschaufel

3.

Holm

4.

Tragring

5.

Verstellhebel

6.

Verstellzylinder

7.

Kolben

8.

Kolbenstange

9.

Steuerkanal

10.

Steuerkanal

11.

1. Kammer

12.

2. Kammer

13.

lübergangsstück

14.

Anschluss

15.

Anschluss

16.

Rückschlagventil

17.

Verstellscheibe

18.

Welle

19.

20.

Prüfanschluss

21.

manuelles Absperrventil

22.

Prüfanschluss

23.

4-Wegeventil

24.

Sitzventil

25.

Sitzventil

26.

Leuchtdiode

27.

manuelles Absperrventil

28.

manuelles Absperrventil

29.

Druckbegrenzungsventil

30.

31.

manuelles Absperrventil

32.

Prüfanschluss

33.

4-Wegeventil

34.

Sitzventil

35.

Sitzventil

36.

manuelles Absperrventil

37.

manuelles Absperrventil

38.

manuelles Absperrventil

39.

Druckbegrenzungsventil

A

Steuerölleitung

B

Steuerölleitung

P

Zulaufleitung

T

Ablaufleitung

A1

Zweig

A2

Zweig

B1

Zweig

B2

Zweig

P1

Zweig

P2

Zweig

T1

Zweig

T2

Zweig

Ansprüche

1. Vorrichtung zum hydraulischen Verstellen der Laufschaufeln (2) eines Laufrades (1) eines Axialventilators bestehend aus einem Verstellzylinder (6), der beiderseits eines in dem Verstellzylinder (6) verschiebbaren Kolbens (7) eine erste Kammer (11) und eine zweite Kammer (12) aufweist, die jeweils mit einem Anschluss (14), (15) über Steuerölleitungen (A, B) versehen sind, wobei die Steuerölleitungen (A, B) jeweils an ein 4-Wegeventil angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl eine zu der einen Steuerölleitung (A) führende Zulaufleitung (P) als auch eine mit der anderen Steuerölleitung (B) verbundene Rücklaufleitung (T) jeweils in zwei parallele Zweige (P1/A1, P2/A2, T1/B1, T2/B2) aufgeteilt sind, dass zwei redundante 4-Wegeventile (23), (33) angeordnet sind, von denen jedes in einem der parallelen Zweige (P1/A1 bzw. P2/B2) und (T1/B1 bzw. T2/B2) angebracht ist, und dass in jedem Zweig (A1, A2) der einen Steuerölleitung (A) und in jedem Zweig (B1, B2) der anderen Steuerölleitung (B) zwischen dem jeweiligen Anschluss (14), (15) und dem jeweiligen 4-Wegeventil (23), (33) ein Sitzventil (24), (25), (34), (35) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sitzventil (24), (25), (34), (35) als ein durch Federkraft schließendes Sitzventil ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der beiden Zweige (P1, P2) der Zulaufleitung (P) in Strömungsrichtung des Steueröls vor dem jeweiligen 4-Wegeventil (23, 33) ein manuell betätigtes Absperrventil (21, 31) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der Zweige (A1, B1, A2, B2) der Steuerleitungen (A, B) in Strömungsrichtung des Steueröls nach dem jeweiligen Sitzventil (24, 25, 34, 35) ein manuell betätigtes Absperrventil (27, 28, 37, 38) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 4-Wegeventile (23, 33) als 4/3-Wege-Proportionalregelventile ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzventile (24, 25, 34; 35) als 2/2-Wege-Kegelsitzventile ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zulaufleitung (P) vor deren Aufteilung in zwei Zweige (P1), (P2) ein gemeinsamer Prüfanschluss (20) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 4-Wegeventile (23), (33) und die Sitzventile (24), (25), (34), (35) mit einer Leuchtdiode (26) versehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 4-Wegeventile (23), (33) mit den Sitzventilen (24), (25), (34), (35) elektrisch gekoppelt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 4-Wegeventile (23), (33) und die Sitzventile (24), (25), (34), (35) kombiniert sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rücklaufleitungen (T1, T2) jeweils ein Druckbegrenzungsventil (29, 39) und in dem Anschluss (15) eines Ölübergangsstückes (13) ein durch den Druck in der Zulaufleitung (P) in Offenstellung gehaltenes Rückschlagventil (16) angeordnet ist.

Zeichnung