DE3218723C2 - - Google Patents
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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)
- 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.
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