DE3218723C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit mindestens einem Magnetventil mit Leistungsverstärker nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine Ventilkombination dieser Art ist aus dem DE-GM 18 80 539 bekannt. Bei dieser Ventilkombination geht es darum, den Kraftaufwand beim Einleiten von Bewegungen des Hauptverschluß­ teils zu verringern. Zu diesem Zweck ist im Hauptverschlußteil ein zusätzliches Hilfsventil angeordnet, das - durch eine axiale Bohrung im Hauptverschlußteil hindurch - von einer mit dem Kölbchen verbundenen Stange betätigt wird, die an dem Hilfsven­ til unter Federdruck anliegt.

Bei Verwendung der eingangs genannten Ventilkombination im Zusammenhang mit einem Dampfisolierventil in Kernreaktoranlagen wird von den Genehmigungsbehörden verlangt, daß eine redundante Anordnung so getroffen werden kann, daß jederzeit an jedem Leistungsverstärker ein Funktionstest ohne nennenswerte Beein­ flussung des Mediumdruckes stromoberhalb der redundanten An­ ordnung vorgenommen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ventilkombination der eingangs genannten Art in diesem Sinne für einen Einbau in Kernreaktoranlagen verwendbar zu machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kenn­ zeichens des Patentanspruchs gelöst. Mit dieser Anordnung und Gestaltung der beiden Ventilkombinationen wird es möglich, jeden Hauptverschlußteil unabhängig vom anderen auf seine Funktions­ fähigkeit zu testen. Wird zu diesem Zweck z. B. das Magnetventil des vorgeschalteten Leistungsverstärkers geöffnet, so gelangt Druckmedium vom Eintritt dieses Leistungsverstärkers zum zuge­ hörigen Kölbchen, das dann den zugehörigen Hauptverschlußteil in Öffnungsrichtung bewegt. Das dabei zum Eintritt des zweiten Leistungsverstärkers gelangende Druckmedium kann nicht weiter als bis zum zweiten Hauptverschlußteil strömen, da dieser sich in Schließstellung befindet und überdies in Schließ­ richtung beaufschlagt wird. Es können also auch keine Leckmengen des Druckmediums aus dem zweiten Leistungsverstärker zu dessen Austritt gelangen. Wird bei geschlossenem Magnetventil des vor­ geschalteten Leistungsverstärkers das Magnetventil des nachge­ schalteten Leistungsverstärkers geöffnet, so wird dessen Kölb­ chen von Druckmedium aus dem Eintritt des vorgeschalteten Leistungsverstärkers beaufschlagt und der Hauptverschlußteil des nachgeschalteten Leistungsverstärkers geöffnet, ohne daß dabei Druckmedium aus dem vorgeschalteten Leistungsverstärker zum nachgeschalteten Leistungsverstärker gelangen würde, denn der Hauptverschlußteil des vorgeschalteten Leistungsverstärkers bleibt geschlossen und wird ebenfalls in Schließrichtung be­ aufschlagt.

Aus der US-PS 25 32 123 ist ein druckmittelbetätigtes Ventil mit Kölbchen bekannt, das mit einer Durchgangs­ öffnung versehen ist, die als Drainage für den oberen Zylinderraum dient und auch als kalibrierte Leckage wirken kann.

Aus der DE-OS 30 29 394 ist eine Ventilanordnung mit zwei in Serie geschalteten Leistungsverstärkern mit je einem Magnet­ ventil bekannt, wobei die beiden Hauptverschlußteile gegen die Strömungsrichtung öffnen. Die beiden Hauptver­ schlußteile weisen je einen Ringkolben auf, auf dessen Ringfläche das dem jeweiligen Leistungsverstärker zuströmende Druckmittel in Öffnungsrichtung wirkt. Außerdem enthalten die Hauptverschlußteile je ein zusätzliches, als Zweiweg- bzw. Dreiwegventil ausgebildetes Hilfsventil, das mit dem Anker des zugehörigen Magnetventils zusammenwirkt. Durch die erwähnte Gestaltung der Hauptverschlußteile ist nicht zu vermeiden, daß beim Öffnen des vorgeschalteten Haupt­ verschlußteils auch der nachgeschaltete Verschlußteil ungewollt öffnet, nämlich unter dem Einfluß des mit dem Öffnen des vorgeschalteten Hauptverschlußteils vordringen­ den, auf dessen Ringfläche wirkenden Druckmittels. Ein solches Verhalten wird von den Genehmigungsbehörden nicht toleriert. Außerdem kann der nachgeschaltete Hauptver­ schlußteil nur auf Funktionsfähigkeit getestet werden, wenn der vorgeschaltete Hauptverschlußteil geöffnet ist oder wenn Fremd­ medium verwendet wird. Dieser Stand der Technik kann also keine Anregung für die Erfindung geben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die einen Schnitt durch eine redun­ dante Anordnung zweier Magnetventile mit Leistungsverstärker nach der Erfindung zeigt.

Auf einem Ventilgehäuseblock 68 sind ein erstes Magnetventil 2 und ein zweites Magnetventil 2′ angeordnet, deren Anschluß über je einen in dem Ventilgehäuseblock 68 eingelöteten Ein­ satz 70, 70′ erfolgt. Die beiden Einsätze weisen je eine Sitz­ fläche 22 bzw. 22′ auf. Im Ventilgehäuseblock 68 sind zwei mehrfach gestufte Ausdrehungen 72, 72′ vorgesehen, deren Achsen A bzw. A′ rechtwinklig aufeinander stehen. Diese Ausdrehungen 72, 72′ weisen einen Innenkonus 73, 73′, einen Gegenkonus 74, 74′, eine kleine Ausbohrung 75, 75′, eine Schulter 76, 76′, eine große Ausbohrung 77, 77′ mit großer Hinterdrehung 78, 78′ und mit kleiner Hinterdrehung 79, 79′ auf. An die große Ausbohrung 77, 77′ schließen sich nach einer Schulter 80, 80′ eine erweiterte Bohrung 81, 81′ und an diese eine Schulter 82, 82′ an.

In der großen Ausbohrung 77, 77′ sitzt ein Einsatz 83, 83′, der, je als Teil eines Leistungsverstärkers, einen Zylinderraum 26, 26′ sowie eine Austrittskammer 42, 42′ auf­ weist und mit einer Gegenschulter 84, 84′ über eine Dichtung 85, 85′ an der Schulter 76, 76′ anliegt. Der Einsatz 83, 83′ weist nach Art einer Laterne in die Austrittskammer 42 mündende Ausfräsungen 86, 86′ auf, die die Austrittskammer 42, 42′ mit dem von der großen Hinterdrehung 78, 78′ gebil­ deten Ringraum verbinden. Aus dem dem Hauptverschlußteil 36, 36′ zugewendeten Teil des Zylinderraums 26, 26′ führen Bohrungen 90, 90′ in die kleine Hinterdrehung 79, 79′, die über Leitungen 92, 92′ mit einem Austrittskonus 94 verbunden ist, an den sich eine Ablaufleitung 95 anschließt.

Im Bereich der Schulter 82, 82′ ist ein konkav ausgebildeter Deckel 96, 96′, der in die erweiterte Bohrung 81, 81′ ein­ greift und mit dieser durch einen O-Ring 98, 98′ dichtend verbunden ist, mittels Schrauben 100, 100′ befestigt. Die Stirnseite des Deckels 96, 96′ drückt dabei auf den Einsatz 83, 83′, wobei die Dichtung 85, 85′ komprimiert wird. Die Schrauben 100, 100′ pressen gleichzeitig einen konvexen Deckel 102, 102′ an den Flansch des konkaven Deckels 96, 96′. In dem zwischen den beiden Deckeln gebildeten Raum 104, 104′ befindet sich eine sackförmige Hülse 60, 60′, auf der die Fühlerspule 62, 62′ sitzt und durch eine am konvexen Deckel 102, 102′ sich abstützende Feder 106, 106′ an den Grund des konkaven Deckels 96, 96′ gepreßt wird.

Die Eintrittsbohrung 44 mündet in den Innenkonus 73, wäh­ rend der Eintritt zum Innenkonus 73′ über die große Hinter­ drehung 78 hergestellt ist. Von der Eintrittsbohrung 44 zweigt der abgewinkelte Kanal 48 ab, der zu den Kammern 20′ und 20 der Einsätze 70′ und 70 führt. Von den Sitzflächen 22, 22′ in diesen Kammern 20, 20′ führen Verbin­ dungsleitungen 24, 24′ zu einem Ringkanal 110, 110′, der von dem konkaven Deckel 96, 96′, der erweiterten Bohrung 81, 81′ und der äußeren Zy­ linderfläche des Einsatzes 83, 83′ begrenzt ist. Vom Ringkanal 110, 110′ aus führen je vier über den Umfang verteilte Bohrun­ gen 112, 112′ in den dem Hauptverschlußteil 36, 36′ abgewen­ deten Teil des Zylinderraums 26, 26′.

Der Ventilgehäuseblock 68 ist an seiner Stirnseite 116 mit­ tels nicht gezeichneter Zugschrauben an einem Dampfisolier­ ventil 118 so befestigt, daß eine Entlastungsöffnung 120 des Dampfisolierventils mit der Eintrittsbohrung 44 kommuni­ ziert. Die Kommunikationsstelle ist durch eine Ringdichtung 122 von der Umgebung abgesperrt.

Die Einrichtung funktioniert wie folgt:

Im Normalbetrieb steht im Innenkonus 73 über die Entla­ stungsöffnung 120 und die Eintrittsbohrung 44 Sattdampf vom Druck 50 bar an. Die beweglichen Teile der Einrichtung be­ finden sich in der gezeichneten Stellung, die Räume strom­ unterhalb der Sitzflächen 22, 22′ und der Ventilsitze 38, 38′ sind vom Druck entlastet und, da der gesamte Ventilgehäuse­ block 68 eine Temperatur von etwa 150° aufweist, durch Aus­ dampfung über die Leitung 95 wasserfrei. Stromoberhalb der Sitzflächen 22, 22′ und der Ventilsitze 38, 38′ kann Konden­ sat liegen.

Die Magnetventile 2, 2′ sind im Normalbetrieb stromlos und die Fühlerspulen 62, 62′ geben ein Signal "Hub = 0". Wird nun das Magnetventil 2 erregt, so strömt Sattdampf über die Ver­ bindungsleitung 24 in den dem Hauptverschlußteil 36 abge­ wandten Teil des Zylinderraums 26, wobei durch die Ent­ spannung ein Teil des eventuell vorhandenen Kondensats ver­ dampft. Ein geringer Teil des Dampfwassergemisches gelangt durch die kalibrierte Bohrung 30 in den dem Verschlußteil 36 zugewandten Teil des Zylinderraumes 26 und gelangt von dort praktisch widerstandsfrei über die Bohrung 90 und die Leitung 92 in die Ablaufleitung 95. Durch die Gemisch­ zufuhr in den dem Hauptverschlußteil 36 abgewandten Teil des Zylinderraums 26 steigt dort der Druck erheblich an, verstärkt durch das Ausdampfen von mitgeschlepptem Wasser. Das Hauptsystem mit dem Hauptverschlußteil 36 wird somit in Öffnungsrich­ tung beschleunigt. Durch die dabei auftretende Vergröße­ rung des dem Verschlußteil abgewandten Teils des Zylin­ derraums 26 findet eine zusätzliche Verdampfung von evtl. dort befindlichem Kondensat statt, die den Druck stützt. Da das bewegte System sehr leicht gebaut ist, kann im allgemeinen auf eine Aufschlagdämpfung verzichtet werden.

Die Öffnungsbewegung des Hauptverschlußteils 36 wird über die Spule 62 angezeigt. Mit der Öffnungsbewegung des Haupt­ verschlußteils 36 strömt das Medium über die Eintrittsboh­ rung 44 , die Austrittskammer 42, und die laternenartigen Aus­ fräsungen 86 in den Innenkonus 73′. Wird gleichzeitig mit dem Magnetventil 2 auch das Magnetventil 2′ erregt, so fährt auf analoge Weise der Hauptverschlußteil 36′ in die Offen­ stellung und das Medium strömt weiter über die Austritts­ kammer 42′ in die Ablaufleitung 95, deren Querschnitt so groß bemessen ist, daß sich an ihr kein störender Gegen­ druck aufbaut.

Die Einrichtung hat die Eigenschaft, daß sie bei nicht erregten Magnetventilen 2, 2′ optimal dicht ist, da sowohl die Hilfsverschlußteile 7, 7′ wie auch die Haupt­ verschlußteile 36, 36′ auf ihren Sitzflächen dicht einge­ schliffen sind, und im übrigen nur die Dichtung 85 und die Dichtungen der Magnetventile auf Druck belastet sind. Die Dichtung 85 läßt sich überdies vermeiden, indem der Ein­ satz 83 in die Ausdrehung 72 dicht eingelötet wird.

Mittels der Einrichtung wird die Entlastungs­ öffnung 120 des Dampfisolierventils dann, und nur dann, über einen großen Querschnitt mit der Austrittsleitung 95 ver­ bunden, wenn beide Magnetventile 2 und 2′ geöffnet werden. Wird nur eines der Magnetventile geöffnet, so beschränkt sich der Durchströmquerschnitt auf die Summe der ihm zuge­ ordneten kalibrierten Bohrung 30 und der Umfangs-Leckage des zugehörigen Kölbchens 28. Steht zum Beispiel das Mag­ netventil 2 offen, so strömt Medium durch die Verbindungs­ leitung 24, die Radialbohrungen 112, die kalibrierte Boh­ rung 30 und parallel dazu durch den unvermeidlichen Spalt am Umfang des Kölbchens 28 in den entsprechenden Zylinderraumteil und über die Leitung 92 in die Ablaufleitung 95. Parallel zu diesem Mediumstrom fließt überdies eine unbedeutende Menge von Medium durch das Spiel der Führung der Ventilspin­ del 32 aus der gegen die Eintrittsbohrung 44 offenen Aus­ trittskammer 42 in den zuletzt genannten Zylinderraumteil.

Eine Dichtung 91 verhindert den Durchtritt von Dampf aus der großen Hinterdrehung 78 in die kleine Hinterdrehung 79.

Wird dagegen nur das Magnetventil 2′ erregt, so bleibt der Hauptverschlußteil 36 auf seinem Sitz, und Leckage entsteht lediglich über die Leckagequerschnitte im und am Kölbchen 28′. Ein Verlust längs der Führung der Ventilspindel 32′ tritt nicht auf.

Wird in kaltem Zustand der Anlage der Raum zwischen den bei­ den Ventilsitzen 38 und 38′ mit kaltem Wasser gefüllt, werden her­ nach die beiden Hauptverschlußteile 36, 36′ durch Schließen der Magnetventile 2 und 2′ in Schließstellung gebracht und dann durch Inbetriebnahme der Anlage der Ventil­ gehäuseblock samt Inhalt erhitzt, so kann das eingeschlosse­ ne Wasser über das Spiel der Führung der Ventilspindel 32 entweichen und schließlich ausdampfen, ohne daß unzuläs­ sige Drücke auftreten würden.

In der Zeichnung sind auch Maßnahmen angedeutet für den Fall ei­ nes Bruchs der Magnetventilhälse. Diese weisen eine Soll­ bruchstelle 130, 130′ auf und eine analoge Sollbruchstelle 132, 132′ ist an der Spindel 6, 6′ vorgesehen. Zudem weist der Hilfsverschlußteil 7, 7′ eine Verdickung mit einem Rück­ sitz 134, 134′ auf, der mit einer schmalen konischen Dicht­ fläche 136, 136′ an der Stirnseite des Magnetventilgehäuses zusammenwirkt. Wird durch einen Unfall zum Beispiel das Magnetventil 2′ abgeschlagen, so kann der Hilfsverschlußteil 7′ nicht ausgeblasen werden, er dichtet vielmehr die Kammer 20′ gegen außen. Es besteht daher dank dieser Maßnahmen keine Gefahr, daß der Druck zum Öffnen der Hauptventile verlorengehen könnte.

Die kalibrierte Bohrung 30, 30′ kann statt am Kölbchen 28, 28′ auch in dem das Kölbchen umgebenden Wandmaterial vorgesehen sein.

Claims (1)

1. Ventilanordnung mit mindestens einem Magnetventil mit Leistungsverstärker, der als Auf-/Zu-Ventil ausgebildet ist und in einem Strömungspfad mit unveränderlicher Strömungsrichtung angeordnet ist, wobei ein Elektromagnet, stromlos öffnend oder stromlos schließend, ein mit einer fest­ stehenden Sitzfläche zusammenwirkendes Hilfsverschlußteil des Magnetventils betätigt und das Hilfsverschlußteil ein Kölbchen und, abhängig von dessen Bewegung, ein Hauptverschlußteil des Leistungsverstärkers - in Richtung gegen die Strömung öffnend - gleichsinnig zum Hilfsventil steuert, wobei das auf der dem Hauptverschlußteil abgewendeten Seite des Kölbchens befindliche Zylindervolumen über die vom Hilfsverschlußteil kontrollierte Ventilöffnung mit der Zuströmseite des Leistungsverstärkers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylindervolumina beiderseits des Kölbchens (28) über eine kali­ brierte Leckage (30) miteinander verbunden sind und das Kölbchen mit dem Hauptverschlußteil (38) verbunden ist, daß dem Lei­ stungsverstärker im Strömungspfad ein zweiter, analoger Lei­ stungsverstärker mit einem weiteren Magnetventil (2′) in Serie nachgeschaltet ist, daß das auf der dem Hauptverschlußteil (38′) abgewendeten Seite des Kölbchens (28′) des zweiten Leistungsverstärkers be­ findliche Zylindervolumen über die vom Hilfsverschlußteil (7′) des zweiten Magnetventils (2′) kontrollierte Ventilöffnung mit der Zuströmseite des ersten Leistungsverstärkers verbunden ist, und daß das auf der dem jeweils zugehörigen Hauptverschlußteil (38 bzw. 38′) zugewendeten Seite des Kölbchens (28 bzw. 28′) be­ findliche Zylindervolumen beider Leistungsverstärker mit dem Austritt des zweiten Leistungsverstärkers verbunden ist.