BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung für ein Ventil, das zum Steuern der Strömung eines heissen Mediums dient, insbesondere für den Einbau innerhalb eines Containments eines Kernkraftwerks, mit einem mit einer Spindel des Ventils verbundenen Magnetanker, der von einem eine ringförmige Kammer enthaltenden, aus magnetisierbarem Werkstoff bestehenden Gehäuse umgeben ist, in dessen Kammer eine Spule angeordnet ist und das mit einem elektrischen Anschluss für die Spule versehen ist, wobei das Gehäuse zwei sich zwischen dem Magnetanker und der Spule erstreckende, miteinander fluchtende Wandabschnitte aufweist, deren einander gegenüberliegende Stirnflächen einen ringförmigen Spalt begrenzen, um den herum sich bei stromdurchflossener Spule ein geschlossener Magnetkreis bildet.
Es ist eine solche Vorrichtung bekannt (interner Stand der Technik), in der der Spalt eine offene Verbindung zwischen der die Spule enthaltenden Kammer und dem den Magnetanker enthaltenden Raum des Gehäuses bildet. Ausserdem ist die Kammer über Abfluss- und Lüftungskanäle in der Gehäusewand mit der Umgebung der Vorrichtung verbunden. Eine weitere Verbindung der Kammer zur Umgebung besteht beim elektrischen Anschluss am Gehäuse. Die Spule ist also ständig der Atmosphäre ausgesetzt und unterliegt somit Einwirkungen durch die Luftfeuchtigkeit, die sich als Kondensat in der Kammer und zwischen den Windungen der Spule ausscheiden kann. Im allgemeinen ist jedoch die Umgebungsluft kühl und trocken genug, so dass die in der Spule zirkulierende Luft die Spule relativ rasch wieder trocknet.
Würde eine solche bekannte Vorrichtung in einer heissfeuchten Umgebung verwendet, so wäre der Spulentrocknungsvorgang gestört. Die Spule könnte bei längerer Einwirkung durch die Luftfeuchtigkeit Schaden leiden, wodurch die Funktionstüchtigkeit der Antriebsvorrichtung beeinträchtigt wäre.
Eine heiss-feuchte Umgebung kann sich zum Beispiel innerhalb eines Containments eines Kernkraftwerkes ergeben, wenn beim Versagen sämtlicher Sicherheitsvorkehrungen der grösste anzunehmende Unfall (GAU) eintritt und sich das Containment mit Dampf füllt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass sie auch unter heiss-feuchten Umgebungsbedingungen langfristig funktionsfähig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass im Spalt ein ringförmiges, aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff bestehendes Element dicht angeordnet ist und dass die ringförmige Kammer sowie der elektrische Anschluss am Gehäuse gasdicht ausgebildet sind. Durch diese Gestaltung ist die die Spule enthaltende Kammer gegen die Umgebung hermetisch abgeschlossen und damit die Spule gegen Feuchtigkeitszufuhr aus der Umgebung geschützt. Da in der Kammer praktisch kein Kondensat entsteht, ist die Spule auch gegen Korrosion geschützt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert, die einen Axialschnitt durch eine Antriebsvorrichtung sowie durch einen Teil des Ventils zeigt.
Die Antriebsvorrichtung 1 wirkt auf eine Spindel 3, die an ihrem in der Zeichnung unteren Ende mit einem tellerartigen Verschlussteil 2 verbunden ist, der mit einer kegeligen Sitzfläche 2' in einem nicht näher dargestellten Ventil zusammenwirkt.
Ein als Ganzes mit 4 bezeichnetes Gehäuse besteht aus ferritischem, magnetisierbarem Werkstoff und umgibt die Spindel 3.
Es setzt sich aus mehreren Teilen zusammen, nämlich einem äusseren Mantelteil 34 mit einer nach oben offenen zylindrischen Aussparung 5, einem am oberen Ende des Mantelteils 34 anschliessenden, ringförmigen, die Aussparung 5 nach oben begrenzenden Bauteil 35, einem unteren Deckel 11 mit nach oben in den Mantelteil 34 ragender Führungsbüchse 11' für die Spindel 3, einem oberen Abschlussdeckel 12, einer unteren, sich zwischen der Führungsbüchse 11' und dem Mantelteil 34 erstreckenden Büchse 14 und einer oberen, sich zwischen dem ringförmigen Bauteil 35 und der Spindel 3 erstreckenden Büchse 15. Die Büchsen 14 und 15 sind koaxial angeordnet und fluchten miteinander.
Die obere Hälfte der Büchse 14 und die untere Hälfte der Büchse 15 begrenzen zusammen mit der Aussparung 5 im Mantelteil 34 eine ringförmige Kammer, in der eine Ringspule 6 untergebracht ist, die die Spindel 3 umgibt und auf einen Kunststoffträger 36 gewickelt ist. Zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnflächen 14' und 15' der Büchsen 14 bzw. 15 besteht ein axialer Abstand bzw. ringförmiger Spaltraum, der durch ein ringförmiges Element 10 aus austenitischem, nichtmagnetisierbarem Werkstoff überbrückt ist. Das Element 10 ist mit den Stirnflächen 14' und 15' gasdicht verschweisst. In dem von der oberen Büchse 15, dem Abschlussdeckel 12, dem ringförmigen Element 10 und der oberen Stirnfläche der Führungsbüchse 11' begrenzten Raum befindet sich ein Magnetanker 8, der mit der Spindel 3 mittels eines Querstiftes 21 fest verbunden ist.
Oberhalb des dem Verschlussteil 2 abgewendeten Endes der Spule 6 ist im ringförmigen Bauteil 35 eine radiale Sackbohrung 18 vorgesehen, in die eine elektrische Anschlussbüchse 7 gas dicht eingeschweisst ist. Die Windungsenden 6' der Spule 6 sind entlang eines axialen Kanals 19 im Bauteil 35 zur Anschlussbüchse 7 geführt, wo sie mit den Leitern 7' einer nicht gezeigten Stromquelle verbunden sind. Der ringförmige Bauteil 35 ist mit der oberen Büchse 15 über ein Gewinde 16 verbun- den, wogegen das obere Ende des Mantelteils 34 in eine Ausdrehung 35' des Bauteils 35 ragt, wobei die sich gegenüberstehenden Flächen miteinander gasdicht verschweisst sind.
Die Spindel 3 ist in den Abschlussdeckeln 11 und 12 sowie in der Führungsbüchse 11' geführt. Die Deckel 11 und 12 sind mittels Befestigungsschrauben 20 bzw. 20' am Mantelteil 34 bzw. am Bauteil 35 befestigt. Zwischen dem Deckel 11 und dem Mantelteil 34 sowie zwischen dem Deckel 12 und dem Bauteil 35 sind ringförmige, dichtende Folien 13 bzw. 13', z.B. aus einem Elastomer, eingeklemmt, die auch bei langfristig wirkenden hohen Temperaturen eine gute Abdichtung der nach aussen hermetisch abgeschlossenen, ringförmigen Kammer sichern. Eine in der Führungsbüchse 11' und im Deckel 11 angebrachte Abflussbohrung 23 gewährleistet eine gegebenenfalls notwendige Entwässerung des den Anker 8 enthaltenden Raumes.
Der Verschlussteil 2 steuert das Durchströmen eines heissen Mediums, z.B. Dampf, (Pfeil 22) durch das Ventil. Eine Druckfeder 24 ist zwischen der Aussenseite des Deckels 12 und einem Flansch 25 angeordnet, der an dem dem Verschlussteil 2 entgegengesetzten Ende der Spindel 3 befestigt ist. Sie wirkt im öffnenden Sinne auf das Ventil.
Wird die Spule 6 von elektrischem Strom durchflossen, so bildet sich um das Element 10 ein geschlossener Magnetkreis, wodurch der Magnetanker 8 und die mit ihm verbundene Spindel 3 gegen den Druck der Feder 24 in Richtung auf den Ventilsitz 2' gestossen werden.
Durch Vertauschen des Deckels 11 und des Abschlussdeckels 12 am Gehäuse 4 wird die Wirkung des Magnetkreises umgekehrt, d.h., dass bei stromdurchflossener Spule 6 der Verschlussteil 2 von der Sitzfläche 2' abgehoben wird. In diesem Fall ist die Druckfeder 24 zwischen dem Deckel 11 und einem unterhalb davon an der Spindel 3 befestigten Flansch angeordnet.
Durch das hermetische Abschliessen der die Ringspule 6 enthaltenden Kammer von der Umgebung wird ein Eindringen von Feuchtigkeit aus der Umgebung in diese Kammer verhindert.
Dadurch dass die Anschlussbüchse 7 so weit wie möglich vom heissen Medium entfernt am Gehäuse 4 angeordnet ist, wird auch eine schädliche Einwirkung bei eventueller Kondensatbildung wesentlich erschwert.
Nach einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung können die Büchsen 14 und 15 an ihren unteren bzw. oberen Enden mit dem Mantelteil 34 bzw. dem Bauteil 35 verschweisst sein, so dass sich die Dichtfolien 13 und 13' erübrigen.
DESCRIPTION
The invention relates to an electromagnetic drive device for a valve, which is used to control the flow of a hot medium, in particular for installation within a containment of a nuclear power plant, with a magnet armature connected to a spindle of the valve, which is made of a magnetizable element containing an annular chamber Surrounded material existing housing, in the chamber of which a coil is arranged and which is provided with an electrical connection for the coil, wherein the housing has two extending between the magnet armature and the coil, aligned wall sections, the opposite end faces of an annular gap limit around which a closed magnetic circuit is formed when the coil is energized.
Such a device is known (internal state of the art) in which the gap forms an open connection between the chamber containing the coil and the space of the housing containing the magnet armature. In addition, the chamber is connected to the surroundings of the device via drainage and ventilation channels in the housing wall. Another connection between the chamber and the environment is the electrical connection to the housing. The coil is therefore constantly exposed to the atmosphere and is therefore subject to the effects of atmospheric moisture, which can separate out as condensate in the chamber and between the turns of the coil. In general, however, the ambient air is cool and dry enough that the air circulating in the coil dries the coil relatively quickly.
If such a known device were used in a hot, humid environment, the bobbin drying process would be disturbed. The coil could suffer damage from prolonged exposure to atmospheric humidity, which would impair the functionality of the drive device.
A hot and humid environment can arise, for example, within a containment of a nuclear power plant if the greatest likely accident (GAU) occurs if all safety precautions fail and the containment fills with steam.
It is an object of the invention to improve the drive device of the type mentioned at the outset in such a way that it can function in the long term even under hot-humid ambient conditions.
This object is achieved according to the invention in that an annular element made of non-magnetizable material is arranged in the gap and that the annular chamber and the electrical connection on the housing are gas-tight. With this design, the chamber containing the coil is hermetically sealed from the environment and thus the coil is protected against the supply of moisture from the environment. Since there is practically no condensate in the chamber, the coil is also protected against corrosion.
An embodiment of the invention is explained in more detail in the following description with reference to the drawing, which shows an axial section through a drive device and through part of the valve.
The drive device 1 acts on a spindle 3, which is connected at its lower end in the drawing to a plate-like closure part 2, which cooperates with a conical seat surface 2 'in a valve, not shown.
A housing, designated as a whole by 4, consists of ferritic, magnetizable material and surrounds the spindle 3.
It is composed of several parts, namely an outer jacket part 34 with an upwardly open cylindrical recess 5, a ring-shaped component 35 adjoining the upper end of the jacket part 34, the recess 5 delimiting the top 5, and a lower cover 11 with an upward opening the jacket part 34 of the projecting guide bushing 11 'for the spindle 3, an upper end cover 12, a lower bushing 14 which extends between the guide bushing 11' and the jacket part 34 and an upper bushing 15 which extends between the annular component 35 and the spindle 3 The bushings 14 and 15 are arranged coaxially and aligned with one another.
The upper half of the sleeve 14 and the lower half of the sleeve 15 together with the recess 5 in the jacket part 34 define an annular chamber in which an annular coil 6 is accommodated, which surrounds the spindle 3 and is wound on a plastic carrier 36. There is an axial distance or annular gap between the opposing end faces 14 'and 15' of the bushes 14 and 15, respectively, which is bridged by an annular element 10 made of austenitic, non-magnetizable material. The element 10 is welded to the end faces 14 'and 15' in a gastight manner. In the space delimited by the upper bush 15, the end cover 12, the annular element 10 and the upper end face of the guide bush 11 'there is a magnet armature 8 which is fixedly connected to the spindle 3 by means of a cross pin 21.
Above the end of the coil 6 facing away from the closure part 2, a radial blind bore 18 is provided in the annular component 35, into which an electrical connecting sleeve 7 is welded gas-tight. The winding ends 6 'of the coil 6 are guided along an axial channel 19 in the component 35 to the connection socket 7, where they are connected to the conductors 7' of a power source, not shown. The ring-shaped component 35 is connected to the upper bush 15 by means of a thread 16, whereas the upper end of the jacket part 34 projects into a recess 35 'of the component 35, the opposing surfaces being welded together in a gas-tight manner.
The spindle 3 is guided in the end caps 11 and 12 and in the guide bush 11 '. The covers 11 and 12 are fastened to the jacket part 34 and to the component 35 by means of fastening screws 20 and 20 '. Between the cover 11 and the casing part 34 and between the cover 12 and the component 35 there are annular, sealing foils 13 and 13 ', e.g. made of an elastomer, which ensures that the ring-shaped chamber, which is hermetically sealed to the outside, is well sealed even at long-term high temperatures. A drain hole 23 provided in the guide bushing 11 'and in the cover 11 ensures any necessary drainage of the space containing the armature 8.
The closure part 2 controls the flow of a hot medium, e.g. Steam, (arrow 22) through the valve. A compression spring 24 is arranged between the outside of the cover 12 and a flange 25 which is fastened to the end of the spindle 3 opposite the closure part 2. It acts on the valve in the opening sense.
If electrical current flows through the coil 6, a closed magnetic circuit forms around the element 10, as a result of which the armature 8 and the spindle 3 connected to it are pushed against the pressure of the spring 24 in the direction of the valve seat 2 '.
By exchanging the cover 11 and the end cover 12 on the housing 4, the effect of the magnetic circuit is reversed, that is to say that with the coil 6 through which current flows, the closure part 2 is lifted off the seat surface 2 '. In this case, the compression spring 24 is arranged between the cover 11 and a flange attached below it to the spindle 3.
The hermetic sealing of the chamber containing the toroidal coil 6 from the surroundings prevents moisture from entering the chamber from the surroundings.
The fact that the connecting sleeve 7 is arranged on the housing 4 as far as possible from the hot medium also makes it considerably more difficult for it to cause any condensation to form.
According to a modified embodiment of the invention, the sleeves 14 and 15 can be welded at their lower or upper ends to the jacket part 34 or the component 35, so that the sealing foils 13 and 13 'are not necessary.