Umrüstung hydraulischer Stellantriebe auf Ansteuerung mit 4-20 mA

Im Zuge von Modernisierungen werden Maschinenanlagen häufig auf Bedienung über ein Prozessleitsystem umgestellt. Das bedeutet auch, dass hydraulische Regelantriebe mit einem Signal von 4 … 20 mA anzusteuern sind.

Hydraulische Regelantriebe finden sich häufig bei Turbokompressoren, Dampf- oder Gasturbinen. Dort werden sie für die Verstellung von Ausblasventilen, Leitgittern sowie für Ventile zur Dampf- oder Gaszufuhr eingesetzt. Aufgrund ihrer verzögerungsfreien Reaktion sind hydraulische Antriebe für Regelaufgaben optimal geeignet. Regelungstechnisch
wäre es ein Rückschritt, sie durch einen pneumatischen Antrieb zu ersetzen.

Ein Regelantrieb umfasst immer den eigentlichen Antrieb und die Vorsteuerung mit integrierter Wegrückführung, den Stellungsregler. Die Vorsteuerung besteht aus einer Kombination von Elementen wie Steuerschieber, Rückführkolben, Hebel, Federn und Membranbalg. Erfahrungsgemäß haben viele Betriebsmesstechniker Respekt vor diesem komplex anmutenden feinmechanischen Gebilde. Deshalb scheuen sie sich, Wartungs- oder Einstellarbeiten an der Vorsteuerung vorzunehmen. Sie bevorzugen vielmehr deren Ersatz durch geeignete Elektronik. Eine solche Umstellung ist speziell dann geboten, wenn die Einbindung in ein umfassendes Prozessleitsystem vorgesehen ist, etwa im Zuge einer Modernisierung der Gesamtanlage.

Bekannt sind dafür Lösungen, die darin bestehen, entweder einen I/p-Wandler (mA nach Pneumatikdruck) oder einen I/h-Wandler (mA nach Hydraulikdruck) zwischen dem elektrischen Regler und der Vorsteuerung anzuordnen. Auch wenn das in der Praxis schon vielfach realisiert wurde, waren die Ergebnisse nicht wirklich überzeugend. Der Grund: Die reibungs- und temperatur-empfindliche Vorsteuerung blieb dabei unangetastet. Sie ist jedoch die Hauptursache von Unregelmäßigkeiten. Im Störfall sind die Wandler zusätzlich zur ungeliebten Vorsteuerung eine weitere mögliche Fehlerquelle.

Um diese Probleme zu lösen, wurde ein eigenes Retrofit-Konzept erarbeitet. Dieses verzichtet sowohl auf die hydraulisch-mechanische Vorsteuerung, als auch auf Wandlerbausteine:

• Wegfall der wartungsintensiven und störungsanfälligen Komponenten wie Vorsteuerungen, Membrandruckwandler und I/p-Umsetzer.
• Der Stellantrieb erhält einen mit 4 … 20 mA angesteuerten 4/3-Wegeschieber, außerdem eine hochauflösende, berührungsfrei arbeitende elektronische Wegmesseinrichtung.
• Der eingesetzte 4/3-Wegeschieber ist für Niederdruck-Hydraulik optimiert. Er liefert direkt das Steueröl zum Verfahren des Antriebs. Bei dem Wegeschieber, der als das „Herzstück“ des Ventilumbaus gesehen werden kann, kann auf ein weltweit bewährtes Produkt eines deutschen Herstellers zurückgegriffen werden.
• Ein kompakter Hydraulikblock verbindet leckagefrei sämtliche Einzelkomponenten wie elektrohydraulische Wandler, Magnetventil, Transmitter oder Manometer. Er wird in einen Steuerschrank eingebaut. Die Versorgungsleitung, die Tankleitung sowie die Steuerölleitungen sind bis auf Bodenhöhe des Schranks nach unten geführt und ermöglichen so den einfachen Anschluss.
• Sämtliche relevanten Drücke werden gemessen: für die Fernanzeige über Transmitter, örtlich über ein leckagefrei steckbares Manometer.
• Ebenfalls eingebaut in den Steuerschrank ist ein Klemmenkasten. Die schrankinterne Verdrahtung ist idealerweise bis zu den Übergabeklemmen abgeschlossen und funktionsgeprüft.
• Es ist vorteilhaft, die Stellantriebe über Hochdruckschläuche mit den Steuerölleitungen zu verbinden. Dieses erlaubt, die Leitungen bereits vorab zu verlegen und damit die Umrüstzeit weiter zu verkürzen.

PDF-Download und Produktumsetzung:
https://www.kmo-turbo.de/downloads/kmo-retrofit-2011-s26-28_Instandhaltung.pdf