DE3029394A1

DE3029394A1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE3029394A1
Application number: DE19803029394
Authority: DE
Inventors: Erwin Ing.(grad.) 8521 Möhrendorf Laurer; Hans-Peter Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Schabert
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1980-08-01
Filing date: 1980-08-01
Publication date: 1982-02-25
Also published as: DE3029394C2

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

VPA 80 P 9 3 41 DE

Ventilanordnung

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zum Absperren eines kompressiblen Mediums (Dampf, Luft, Gas) mit zwei in Reihe geschalteten Hauptventilen, von denen jedes einen Hauptventilteller und ein magnetbetätigtes Vorsteuerventil besitzt, das die Beaufschlagung eines mit dem Hauptventilteller verbundenen Kolbens durch das abzusperrende Medium in der Weise steuert, daß der Hauptventilteller durch das Medium in der Schließstellung gehalten und durch Entlastung des Kolbens über das Vorsteuerventil in die Öffnungsstellung bewegt wird.

Aus der DE-OS 25 19 346 ist ein zum Absperren einer Dampfleitung in einem Kernkraftwerk dienendes Schnellschlußventil bekannt, bei dem zum Auffüllen eines dem Antriebskolben für den Ventilteller zugeordneten Zylinders eine Blende dient, die einerseits ausreicht, den Dampfdruck im Zylinder innerhalb mehrerer Sekunden auf etwa den vollen Wert ansteigen zu lassen, andererseits aber viel kleiner ist als der Querschnitt eines Entlastungsventils. Wenn dieses öffnet, sinkt somit der Dampfdruck im Zylinder stark ab, so daß der an anderer Stelle des Ventiltellers angreifende Dampfdruck den Ventilteller in Bewegung setzt, bis die andere Endstellung erreicht ist. Eine derartige Betätigung ist als Zwei-Wege-Steuerung allgemein bekannt.

Bei solchen Anordnungen können sich jedoch Schwierigkeiten ergeben, wenn ein Druckstoß in der Dampfleitung zustande kommt. Sind nämlich aus Sicherheitsgründen zwei solcher Hauptventile in Reihe geschaltet, so steigt der Druck vor dem geschlossenen zweiten Hauptventil bei Öffnen des ersten in beispielsweise 0,1 see. von 10 auf 80 bar. Die-

Sm 2 Hgr / 28.7.1980

- £ - vpa 80 P 9 3 4 1 DE

ser Druckstoß kann eine Kraft in Öffnungsrichtung auf den Ventilteller des geschlossenen zweiten Hauptventils ausüben, bevor über die durch die Blende gegebene kleine Bohrung ein Gegendruck, wie gewünscht, am Kolben wirksam wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Ventilanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie auch bei Druckstößen sicher funktioniert und insbesondere das zweite Hauptventil nicht ungewollt öffnet.

Erfindungsgemäß besitzt das in Strömungsrichtung zweite Hauptventil ein Vorsteuerventil mit Dreiwegefunktion, das neben der Entlastung des Kolbens auch dessen Beaufechlagung in der Weise steuert, daß in der Stellung des Vorsteuerventils, bei der die Entlastung abgesperrt ist, ein größerer Überströmquerschnitt zur Beaufschlagung des Kolbens mit Medium von dem druckseitigen Anschluß eines Hauptventils her fieigemacht wird als in der Entlastungsstellung.

Mit dem Dreiwegeventil kann die Verbindung zwischen dem dem Kolben zugeordneten Zylinder und der das Medium führenden Leitung so groß gemacht werden, daß sich Druckänderungen nur wenig verzögert auch im Zylinder auswirken, d.h. gleichzeitig auf beiden Seiten des Kolbens. Damit ist es ausgeschlossen, daß der Kolben anders als gewünscht betätigt wird, denn das induzierte Öffnen des zweiten Hauptventils fällt weg oder beschränkt sich auf wenige Millisekunden und hat keine Folgewirkung.

Eine besonders wichtige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Vorsteuerventil als Kombination eines dichten Ventils mit einem undichten Schieber ausgeführt ist. Das dichte Ventil steuert die Entlastung des Ventilkolbens und damit das Öffnen des Hauptventils. Mit seiner

- # - VPA 80 P 9 3 h 1 DE

Dichtigkeit verhindert es Leckagen,die lange blasen und zu Erosionen am Dichtsitz führen können. Der undichte Schieber steuert die Beaufschlagung des Ventilkolbens in Schließrichtung. Wegen seiner Undichtigkeit ist er mit der bekannten Blende zu vergleichen. Die Undichtigkeit ist jedoch nur kurzzeitig, d.h. für Bruchteile einer Sekunde, wirksam, so daß keine Erosionserscheinungen auftreten. Für den Fall der willkürlichen Betätigung bietet der Schieber aber den gewünschten großen Querschnitt auch dann, wenn Druckänderungen vorkommen. Vorteilhaft vergrößert sich der Überströmquerschnitt des Vorsteuerventils beim Steuerhub im Vergleich zum Entlastungsquerschnitt von weniger als 1/4 auf mehr als 1/2.

Der Schieber, der magnetisch betätigt werden kann, kann in günstiger Weise zusammen mit einer Bohrung des Ventiltellers ein Vorsteuerventil zur Betätigung des Hauptventils durch das zu steuernde Medium bilden, weil seine Abmessungen und sein Kraftbedarf vorteilhaft klein sind. Dies ist besonders wichtig für die vorstehend angesprochene magnetische Betätigung.

Der Schieber kann als Verdickung einer Ventilspindel ausgeführt sein, die mit einer radialen Bohrung in einem dem Ventilteller zugeordneten Kolben zusammenwirkt. Dabei ist es günstig, wenn die Ventilspindel unter der Wirkung einer Schließfeder steht, die die Verdickung in eine neben der Bohrung liegende Stellung drückt.

Zweckmäßig können die beiden Hauptventile das jeweilige Vorsteuerventil umschließen und die Achsen der Hauptventile in einem gemeinsamen Ventilblock winklig zueinander angeordnet sein. Außerdem können insbesondere bei der Verwendung der Erfindung in Kernkraftwerken wegen der dort herrschenden hohen Sicherheitsanforderungen zwei Reihenschaltungen aus je zwei gleichen Hauptventilen

- ι* - VPA 80 P 9 3 4 1 DE

parallel zueinander angeordnet sein. Die Ventilblöcke werden benachbart angeordnet, wie das anschließend beschriebene Ausführungsbeispiel noch näher erkennen läßt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 die erfindungsgemäße Ventilkombination als Aufbau auf einer Schnellschlußarmatür in einer Seitenansicht, die Fig. 2 zeigt als Vertikalschnitt einen Block von zusammengefaßten Hauptventilen in wesentlich größerem Maßstab. In Fig. 3 ist in nochmals größerem Maßstab die Ausbildung des Vorsteuerventils für ein Hauptventil in einer Variante dargestellt. Dabei zeigt die rechts der Mittellinie gelegene Seite die Schließstellung, die links der Mittellinie gelegene Seite die Öffnungsstellung des Vorsteuerventils. Eine weitere Variante des VorSteuerventils zeigt die Fig. 4, wobei ebenfalls links der Mittellinie die Öffnungstellung und rechts die Schließstellung dargestellt ist.

Mit 1 ist eine Schnellschlußarmatur bezeichnet, die die von einem nicht dargestellten Dampferzeuger eines Druckwasserreaktors kommende Frischdampfleitung 2 von einem Leitungszug 3 trennt, der zu einer Turbine des Kernkraft-Werkes führt. Der Dampf in der Leitung, die wie die Schnellschlußarmatur 1 eine Nennweite von 700 mm aufweist, hat zum Beispiel 80 bar Druck und 293°C Temperatur.

Die Schnellschlußarmatür 1 ist in der Schließstellung gezeichnet. Dabei sitzt ihr Ventilteller 5 dicht auf einem Ventilsitz 6. Diese Lage wird durch einen Kolben 7 bestimmt, der mit dem Ventilteller 5 fest verbunden ist. Der Kolben 7 gleitet in einem Zylinder 8, der über einen Ventilblock 10 mit zwei in Reihe liegenden magnetisch betätigten Hauptventilen 11 und 12 mit einer Abblaseleitung 13 verbunden werden kann. Ein weiterer Ventilblock 15

- jsr - VPA 80 P 9 3 4 1 DE

mit zwei in Reihe liegenden Hauptventilen 16 und 17 verbindet den Raum 20 unterhalb des Kolbens 7 über die Leitung 21 mit der Abblaseleitung 22. Beim gleichzeitigen Öffnen der Hauptventile 11 und 12 öffnet das Schnellschlußventil 1, während es beim gleichzeitigen Öffnen der Hauptventile 16 und 17 wieder schließt.

Der Ventilblock 15 ist in Fig. 2 im einzelnen dargestellt. Man erkennt, daß in einem gemeinsamen Gehäuse 24 die beiden magnetisch betätigten Hauptventile 16 und 17, die als Winkel- oder Eckventile mit einer Nennweite von 32 mm ausgebildet sind, unter einem rechten Winkel ihrer Bewegungsrichtungen angeordnet sind, die mit der Auslaßrichtung der Hauptventile 16, 17 übereinstimmt. Die ebenfalls Nennweite 32 mm aufweisende Zuleitung 21 und die Abblaseleitung 22 verlaufen daher, parallel zueinander.

Der Einfachheit halber wird im folgenden nur das in Strömungsrichtung zweite Hauptventil 17 genauer beschrieben. Es umfaßt einen Ventilteller 25, der in der Schließstellung dicht auf einem Ventilsitz 26 aufsitzt. Der Ventilteller ist mit einem Ringkolben 28 in einer Buchse 29 des Ventilgehäuses 24 geführt.

In der Mitte des Ventiltellers 25 ist eine Bohrung 30 mit 5 mm Durchmesser vorgesehen, der eine Ventilspindel 31 zugeordnet ist. Die keglig unter 45° ausgebildete Spitze 32 der Spindel 31 dient als Ventilteller für die Bohrung 30, so daß ein Vorsteuerventil 33 entsteht, das einen Überströmquerschnitt von 20 mrn^ freigeben kann, der den Raum über dem Kolben 28 dann schnell entlastet.

Das Vorsteuerventil 33 ist ein Dreiwegeventil. Es hat nämlich neben dem dichten Sitz der Spitze 32 in der Öffnung 30 noch die Funktion eines Schiebers. Dabei

- Sr - VPA 80 P 9 3 4 1 DE

verschließt der äußere Umfang einer Verdickung 34 der Spindel 31 zwei am Umfang des Ringkolbens 28 vorgesehene schräge Bohrungen 35 mit 4 mm Durchmesser dann, wenn die Spindel 31 von dem Sitz in der Bohrung 30 abgehoben wird. Diese Bohrungen 35 werden über vier Bohrungen 42 mit je 5 mm Durchmesser mit Dampf versorgt und gestatten, falls die Spindel 31 nicht abgehoben hat, eine schnelle Auffüllung des Raumes über dein Kolben 28. Geöffnet wind entgegen der Wirkung einer Schließfeder 36 mit Hilfe eines Magnetankers 37» der bei Erregen einer Magnetspule 38 in diese hineingezogen wird.

Im Unterschied zum Hauptventil 17 hat das Hauptventil 16 nur eine Zwei-Wege-Steuerung. Die einzige Auffüllbohrung 42a ist mit 2 mm Durchmesser klein und wird durch die Hubbewegung der Spindel 31 nicht verschlossen.

Der Magnetanker 37 ist mit der Spindel 31 über eine Feder 39 verbunden, die beim Anziehen des Magneten gespannt wird, bis ein Bund 40 an dem der Bohrung 30 abgekehrten Ende der Ventilspindel 31 auf einen Absatz 41 des Ankers 37 trifft.

Der Dampf erreicht das zweite Hauptventil 17 vom Ringraum 20 her über die Leitung 21 und das erste Hauptventil 16. Soll das zweite Hauptventil 17 geöffnet werden, so bewirkt das Hochziehen der Spindel 31 die Entlastung des Raums über den Kolben 28. Der Dampf strömt dabei durch Nuten 30a an der Spindel 31 vorbei in die Bohrung 30. Nach der Entlastung bewegt der am Ringbereich des Kolbens 28 noch anstehende Druck den Ventilteller 25 in die Öffnungsstellung. Wird dagegen die Spindel 31 abgesenkt, so füllt sich der Raum über dem Kolben 28 wieder auf über die dann unverschlossenai Bohrungen 35 und 42. Der Kolben 28 drückt dann den Ventilteller 25 in die Schließstellung.

-JT- vpa 80 P 9 3 4 1 QE

Die Fig. 3 zeigt in einem Längsschnitt in der Achse des Hauptventils 17 mit nochmals größerem Maßstab eine andere Ausbildung des Vorsteuerventils 33. Man erkennt, daß die Ventilspindel 31 an ihrem dem Magnetanker 37 abgekehrten Ende mehrere Abstufungen besitzt, so daß Ventilteller gebildet werden, Ein gegenüber dem Schaftteil 43 verjüngter Absatz 44 ergibt, wie die rechte Seite der Figur erkennen läßt, in der Schließstellung einen Überströmkanal 45 mit der durch den Pfeil 46 angedeuteten Strömung nach oben.

In der links der Mittellinie dargestellten Öffnungsstellung ist der Kanal 45 verschlossen. Dies erfolgt dadurch, daß ein an ein Führungsstück 48 anschließender Dichtkegel 49 gegen eine als Ventilsitz 50 wirkende konische Schulter drückt.

Ein dem größten Durchmesser des Konus 49 entsprechender zylindrischer Abschnitt 52 der Ventilspindel 31 führt zu einem weiteren Konus 53» der in dex* Öf fnungs st ellung des Vorsteuerventils 33 mit einem weiteren Ventilsitz 54 zusammenwirkt. In der Schließstellung ist dagegen im Bereich des zylindrischen Abschnittes 57 ein weiterer Kanal 55 geöffnet, durch den das Medium in Richtung des Pfeiles 56 in das Vorsteuerventil 33 und von dort über die Bohrungen 59 in den Raum oberhalb des Kolbens 28 strömen kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist somit dafür gesorgt, daß in der Schließstellung der Ventilspindel ein besonders großer Querschnitt zur Auffüllung des dem Kolben 28 zugeordneten Zylinders zur Verfügung steht. Deshalb können sich auch Druckstöße nur entsprechend wenig auswirken. Andererseits wird die aus der Fig. 3 ersichtliche Zuströmungsöffnung 58 in der Öffnungsstel-

- j* - VPA80P9341DE

lung gut abgedichtet, so daß die Zuströmung in den Raum über dem Kolben 28 gering bleibt und die Entlastung über die Bohrungen 59 und 30 vollständig erfolgen kann.

In Fig. 3 ist zu erkennen, daß zwischen der konischen Dichtfläche. 49 und der Eindrehung 44 eine zylindrische Schaftlänge 48 vorhanden ist, die den Kanal 45 erst nach etwa dem halben Hub der Spindel 31 freigibt. Diese Maßnahme verhindert weitgehend das vorzeitige Wiederauffüllen des Raumes über dem Kolben 28 mit Dampf in dem Fall, wo infolge schneller Kolbenbewegung der Kolben 28 die Spindel 31 kurzzeitig überholt. Es handelt sich um eine Vordrosselung.

Das Vorsteuerventil nach Fig. 4 hat an der Spindel 31 einen rohrförmigen Schieber 60 angebracht, der mit Hilfe einer geteilten Mutter 61 festgelegt wird. Der Schieber verschließt mit der Spitze 32 in der Schließstellung die Bohrung 30. Dabei kann über die Bohrung 42 zuströmender Dampf durch einen Ringraum 62 zu einem Durchtritt 63 übertragen werden und damit den Raum hinter dem Kolben 28 auffüllen. In der Öffnungsstellung ist der Ringraum 62 dagegen versperrt, so daß sich der dem Kolben 28 zugeordnete Zylinder über die dann geöffnete Bohrung 30 des Vorsteuerventils 33 entleeren kann. Die Führungsflächen 65 und 66 des rohrförmigen Schiebers 60 sind mit Nuten 67 versehen, so daß eine Labyrinthdichtung zustande kommt.

^ 10 Patentansprüche
4 Figuren

Claims

Patentansprüche

M.;Ventilanordnung zum Absperren eines kompressiblen Mediums (Dampf, Luft, Gas) mit zwei in Reihe geschalteten Hauptventilen, von denen jedes einen Hauptventilteller und ein magnetbetätigtes Yorsteuerventil besitzt, das die Beaufschlagung eines mit dem Hauptventilteller verbundenen Kolbens durch das abzusperrende Medium in der Weise steuert, daß der Hauptventilteller durch das Medium in der Schließstellung gehalten und durch Entlastung des Kolbens über das Vorsteuerventil in die Öffnungsstellung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das in Strömungsrichtung zweite Hauptventil (17) ein Vorsteuerventil (33) mit Dreiwegefunktion besitzt, das neben der Entlastung des Kolbens (28) auch dessen Beaufschlagung in der Weise steuert, daß in der Stellung des VorSteuerventils (33), bei der die Entlastung abgesperrt ist, ein größerer Überströmquerschnitt (35) zur Beaufschlagung des Kolbens (28) mit Medium von dem druckseitigen Anschluß eines Hauptventils (16, 17) her freigemacht wird als in der Entlastungsstellung.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmquerschnitt

(35) des Vorsteuerventils (33) sich beim Steuerhub im Vergleich zum Entlastungsquerschnitt von weniger als 1/4 auf mehr als 1/2 vergrößert.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil

(33) als Kombination eines dichten Entlastungsventils (30, 31) mit einem undichten Schieber (34, 35) ausgeführt ist.
4. Ventilanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber in an sich

bekannter Weise zusammen mit einer Bohrung (35) des Ventiltellers (25) ein Vorsteuerventil zur Betätigung des Ventils durch .das zu steuernde Medium bildet.
5. Ventilanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber als Verstärkung (34) der Vorsteuerventilspindel (31) ausgeführt ist, die mit einer Überströmöffnung (35) im Kolben des Hauptventils zusammenwirkt.
6. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerventilspindel (31) unter der Wirkung einer Schließfeder (36) steht, die die Verdickung (34) in eine neben der Überströmöffnung (35) liegende Stellung drückt, so daß diese freigegeben ist.
7. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (33) als Kombination eines dichten Entlastungsventils (30, 31) mit einem Doppelrücksitzventil (49, 50, 53, 54) ausgeführt ist, das bei geöffneter Entlastungsöffnung (30) mindestens weitgehend schließt.
8. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hauptventile (16, 17) und die beiden Vorsteuerventile in einem gemeinsamen Ventilblock (24) untergebracht sind.
9. Ventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hauptventile (16, 17) das jeweilige Vorsteuerventil umschließen und die Achsen der Hauptventile (16, 17) im Ventilblock (24) winklig zueinander liegen.
10. Ventilanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichne t, daß zwei Ventilblöcke (15) benachbart angeordnet und leitungsmäßig zu einer Parallelschaltung der Reihenschaltungen der Hauptventile (16, 17) verbunden sind.