DE7827717U1

DE7827717U1 - Sicherheits- und entlastungsventil

Info

Publication number: DE7827717U1
Application number: DE7827717U
Authority: DE
Original assignee: Bopp & Reuther 6800 Mannheim GmbH
Current assignee: Bopp & Reuther 6800 Mannheim GmbH
Priority date: 1978-09-18
Filing date: 1978-09-18
Publication date: 1979-03-22

Description

BOPPSREUTHER GMBH MANNHEIM-WALDHOF

PATENTABTEILUNG

Sicherheits- und Entlastungsventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheits- und Entlastungsventil, insbesondere für Dampfleitungen in Kernkraftwerken, dessen Verschlußkörper fest mit einem Kolben verbunden ist, der in einem Belastungszylinder gleitet, dessen Druckraum mit dem im Ventilgehäuse anstehenden Druckmedium in Verbindung steht und das Ventil in Schließstellung hält, wobei die öffnung des Ventils durch Entlastung des Druckrauraes über eine Entleerungsöffnung und ein bei Erreichen des Ansprechdruckes selbsttätig schaltendes und auch bei anderen Betriebszuständen betätigbares Steuerorgan ausgelöst wird.

Ein solches Ventil hat einerseits die Sicherheitsfunktion zu erfüllen, d. h. es muß bei Erreichen des Ansprechdruckes selbsttätig öffnen und nach Druckabsenkung wieder schließen und andererseits soll es sich auch als Entlastungsventil bei einem beliebigen Zwischendruck durch Betätigung des Steuerorgans öffnen lassen.

Die Anforderungen an ein solches Sicherheits- und Entlastungsventil werden insbesondere im Kernkraftwerksbau immer vielseitiger, um den umfangreichen Sicherheitsbestimmungen Rechnung zu tragen. So wird neuerdings gefordert, daß ein solches Ventil auch schon bei sehr niedrigen Drücken bis hinunter zu etwa 1 bar voll öffnet, um bestimmte Betriebsfälle abzudecken. Hier tritt nun die Schwierigkeit auf, daß bei sehr niedrigen Drücken der in öffnungsrichtung auf den Kolben einwirkende Mediumdruck nicht ausreicht, um das Gewicht der aus dem Ventilverschlußkörper und dem Kolben bestehenden, insbesondere bei größeren Nennweiten relativ schweren beweglichen Ventilteile und die Reibung z. B. an Kolbenringen zu überwinden, so daß das Ventil dann ohne besondere Fremdenergie nicht oder zumindest nicht voll öffnet.

Bei höheren Drücken dagegen entweicht das Medium beim Ansprechen des Steuerorgans häufig zu schnell aus dem Druckraum des Belastungszylinders, wodurch der Ventilöffnungsvorgang infolge des anstehenden hohen Mediumdruckes so plötzlich erfolgt, daß durch die harten Schläge der beweglichen Ventilteile am Ende des Hubes bzw. durch die schlagartige Inbewegungsetzung der Dampfsäule und durch die ausgelösten Dampfschwingungen Beschädigungen im Rohrsystem und am Ventil entstehen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Sicherheits- und Entlastungsventil so auszubilden, daß es auch bei sehr niedrigen Drücken von nur wenigen bar ohne Fremdenergie einwandfrei voll öffnet und daß beim öffnen des Ventils unter höheren Drücken Schäden, die durch zu schnelles öffnen des Ventils im Ventil oder im Rohrsystem verursacht v/erden könnten, vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gesehen.

Durch den an den Druckraum des BelastungsZylinders angeschlossenen Ejektor strömt beim Schalten des Steuerorgans und damit beim öffnen des Absperrventil über die mit dem im Ventilgehäuse anstehenden Druckmedium in offener Verbindung stehende Zuleitung ein Treibdampfstrahl, der durch die Einlaufdüse und die Auslaufdüse des Ejektors strömt und über das offene Absperrventil in den Entlastungsraum gelangt. Von diesem Treibdampfstrahl wird das Druckmedium wie bei einer Dampfstrahlpumpe aus dem Zylinderdruckraum in die Auslaufdüse des Ejektors gesaugt, wodurch sich bei sehr niedrigen Mediumdrücken der Druckraum nicht nur maximal bis auf Atmosphärendruck entlasten läßt, sondern im Zylinderdruckraum ein nennenswerter Unterdruck entsteht, so daß die beweglichen Ventilteile infolge der zusätzlichen Saugwirkung auf der Druckraumseite auch noch von einem sehr niedrigen, im Ventilgehäuse anstehenden Mediumdruck schnell genug in die volle Ventilöffnungsstellung gebracht und in dieser Stellung gehalten werden.

Bei hohen Mediumdrücken dagegen wirkt der Ejektor als Drossel, da jetzt durch die im Durchmesser festgelegte Einlauf- und Auslaufdüse eine so große Treibdampfmenge hindurchgeblasen wird, daß die'

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Saugleistung abfällt. Das im Druckraum des Belastungszylinders vorhandene Druckmedium kann deshalb nur langsam über den Ejektor entweichen, wodurch die sonst bei höheren Drücken auftretende schlagartige Öffnungsbewegung der beweglichen Ventilteile wirksam gedämpft wird. Die Absaugleistung verringert sich hierbei mit zunehmender Entspannung des im Zylinderdruckraum vorhandenen Druckmediums, d. h. mit zunehmendem Differenzdruck zwischen Treibdampf · \ und Druckraummedium, so daß sich die Stellzeit zum Ende des Öffnungshubes hin noch verlängert. Der Ejektor wirkt somit als selbstregelnde Drossel und löst eine erhöhte Dämpfung zum Ende des Ventilhubes hin aus, so daß der Öffnungsvorgang relativ weich erfolgt.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung wird darin gesehen, daß der Kolben aus einem äußeren Ringkolbenteil und einem zentralen Führungskolbenteil besteht und in einem aus zwei konzentrisch ineinanderliegenden Zylindermänteln bestehenden .Belastungszylinder gleitet, wobei die in den Ejektor mündende Entleerungsöffnung an den Außenzylinderteil angeschlossen ist und der Innensylinder-■ mantel mit einer oder mehreren Drosselbohrungen versehen ist, die im Verlauf der Hubbewegung vom zentralen Führungskolbenteil überfahren werden. Dadurch wird eine sichere Führung des Kolbens erzielt und es baut sich im Innenzylinder zum Ende der Hubbewegung hin ein Druck auf, der den Öffnungshub noch zusäztlich dämpft.

„ Zweckmäßigerweise bildet die als Treibleitung dienende Zuleitung und die Einlaufdüse des Ejektors mit der anschließenden Entleerungsöffnung die Zuströrnleitung zum Füllen des Zylinderdruckraumes während des Ventilschließhubes, wodurch der konstruktive Aufbau des Ventilsbesonders einfach wird.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispie?s in der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 ein Sicherheits- und Entlastungsventil gemäß der Erfindung im Längsschnitt und

Fig. 2 den im Ventil nach Fig. 1 eingebauten Ejektor in vergrößertem Maßstab.

* Das gezeigte Sicherheits- und Entlastungsventil ist in die nicht näher dargestellte Dampfleitung eines Kernkraftwerkes eingebaut

§ und besteht aus einem Ventilgehäuse 1, dessen Eintrittsstutzen 2

an die Dampfleitung angeschlossen ist und dessen Austrittsstutzen j

zu nachgeschalteten Ventilen führt. Im Innern des Ventilgehäuses 1„ . ist ein Ventilsitz 4 vorgesehen, der durch den VentilverschluS- ¥ ' körper 5 absperrbar ist und den Austritt des Dampfes über den Austrittsstutzen 6 in den Entlastungsraum oder ins Freie ermöglicht. Der Ventilverschlußkörper 5 ist fest mit dem Kolben 7 des Belastungszylinders 8 verbunden, dessen Druckraum 9 mit dem im Ventilgehäuse 1 anstehenden Dampf in Verbindung steht, so daß -der Kolben 7 und damit der VentilVerschlußkörper 5 vom Mediumdruck in Schließstellung gehalten-.Ti rd. Die öffnung des Ventils wird durch Entlastung des Druckraumes 9 eingeleitet, vrodurch der ,Kolben 7 vom Druck des im Ventilgehäuse 1 anstehenden Dampfes in die Ventiloffenstellung verschoben wird und den Ventilverschlußkörper 5 von seinem Sitz h abhebt. Der Dampf kann dadurch über den Dampfaustrittsstutzen β entweichen.

Gemäß der Erfindung ist an den Druckraum 9 des Belastungszylinders ein Ejektor Io angeschlossen, der aus der Einlaufdüse 11, der Auslaufdüse 12 und der als Treibleitung dienenden Zuleitung 13 besteht, die mit dem im Durchgangskanal 14 des Ventilgehäuses 1 anstehenden Dampf in offener Verbindung steht. Die Auslaufdüse 12 liegt in der Achse 15 der Einlaufdüse 11 und zwischen der Einlaufdüse und der Auslaufdüse befindet sich eine Entleerungsöffnung l6, die mit dem Druckraum 9 des Belastungszylinders 8 offen verbunden ist."Die Entlastung des Druckraumes 9 erfolgt über diese Entleerungsöffnung ΐβ, wobei der im Druckraum 9 befindliche Dampf von dem aus der Einlaufdüse 11 austretenden Treibstrahl des Ejektors in den Eintrittsteil 17 der Auslaufdüse 12 gesaugt wird und von hier aus zusammen mit dem Treibstrahl über den Auslaß 18 der Auslaufdüse 12 und das geöffnete Magnetventil 19 in den Entlastungsraum 2o strörnt.

Der Kolben 7 des Belastungssylinders 8 besteht aus einem äußeren Ringkolbenteil 21 und einem zentralen Führungskolbenteil 22. Der äußere Ringkolbenteil 21 gleitet in dem äußeren Zylindermantel 23 des BelastungsZyainder^ 8,, ,,während der zentrale Führungskolbenteil

im Innenzy.lindermantel 24 geführt ist. Die Entleerungsöffnung 16 . ist hierbei an den Außenzylinderteil. . 2j5 angeschlossen. Der Innen^ Zylindermantel 24 trägt eine Drosselbohrung 25, die vom zentralen | Führungskolbenteil 22 im' Verlauf der Hubbewegung überfahren wird. |

!: Das erfindungsgemäße Sicherheits- und Entlastungsventil arbeitet Γ

wie folgt:' |

Im Normalfall ist das Ventil geschlossen und der Dampf steht im ■ $ Durchgangskanal 14 des Ventilgehäuses 1 mit seinem Druck ar. Über Zuleitung 13, Einlauf düse 11 und Entleerungsöffnung 16 steht ;. der Durchgangskanal 14 mit dem Druckraum 9 des Belastungszylinders; in offener Verbindung, so daß der Dampfdruck auch im Druckrauni 9 vorhanden ist, wodurch der Kolben 7 wegen der größeren Differenzkolbenfläche in Schließrichtung gedrückt wird und den Ventilverschlußkörper 5 fest auf dem Ventilsitz 4 in Schließstellung hält'.

Bei der Funktion als Sicherheitsventil spricht das Steuerorgan bei Erreichen des hohen Ansprechdruckes selbsttätig an und öffnet das Magnetventil 19* wodurch eine offene Verbindung vom Durchgangskanal 14 des Ventilgehäuses 1 zum Entlastungsraum 2o entsteht und ein Treibstrahl über die Zuleitung 13 durch die Einlaufdüse 11 des Ejektors Io strömt, der den Dampf aus dem Druckraum 9 absaugt und über die Auslaufdüse 12 und das Magnetventil 19 in den Entlastungsraum 2o leitet. Durch die bei dem hohen Mediumdruck auftretende Drosselwirkung des Ejektors entsteht eine Dämpfung der Ventilöffnungsbewegung, die noch durch die sich verringernde Absaugleistung des Ejektors sum Ende des Öffnungshubes hin verstärkt wird. Eine weitere Bremswirkung tritt beim Überfahren der Drosselbohrung 25 durch den zentralen Führungskolbenteil 22 auf.

Soll das Ventil als Entlastungsventil bei einem sehr niedrigen Druc von nur einem oder¹ wenigen bar öffnen, so wird das Steuerorgan von

/aus
der Steuerwarte geschaltet und dadurch das Magnetventil 19 geöffnet Der Ejektor Io tritt in Tätigkeit und entlastet den Druckraun 9 infolge der Saugwirkung bis auf einen Unterdruck, der groß genug ist, um die beweglichen Ventilteile, d. h. den Ventilverschlußkörper 5 mit dem hieran befestigten Kolben 7 in die volle öffnungsstelLung zu bewegen.

In der geöffneten Ventilstellung kann der Dampf über den Ventilsitz 4 und den Dampfaustrittsstutzen 6 in den Entlastungsraum
strömen. Ist der Dampfdruck weit genug abgefallen oder die Störung in der Anlage beendet, so wird das Magnetventil 19 wieder selbsttätig oder von der Steuerwarte aus geschlossen, wodurch der Dampf im Durchgangskanal 14 des Ventils jetzt über die Zuleitung 13 und die Einlaufdüse 11 sowie über die Entleerungsöffnung 16 in den Druckraum 9 einströmt und den Kolben 7 mit dem Ventilverschlußkörper 5 in die Ventilschließstellung bewegt.

Claims

jj I Dl BDPP& REUTHER GMBH MAN NHEIM-WALDHOF PATENTABTEILUNG Ju/ci G 1249 Aktenz.: G 78 27 717.5 Neue Schutzansprüche

1. Sicherheits- und Entlastungsventil,, insbesondere für Dampfleitungen in Kernkraftwerken, dessen Verschlußkörper fest mit einem Kolben verbunden ist, der in einem Belastungszylinder gleitet, dessen Druckraum mit dem im Ventilgehäuse anstehenden Druckmedium in Verbindung steht und das Ventil in Schließ stellung hält, wobei die öffnung des Ventils durch Entlastung des Druckraumes über eine Entleerungsöffnung und ein bei Erreichen des Ansprechdruckes selbsttätig schaltendes und auch bei anderen. Betriebszuständen betätigbares Steuerorgan ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Belastungszylinder (8) einen Ejektor (lo) trägt,

b) dessen Einlauf düse (11) über eine Zuleitung (IjJ) mit dem im Ventilgehäuse (l) anstehenden Druckmedium in offener Verbindung steht,

c) und dessen in der gleichen Achse (15) liegende Auslaufdüse (12) mit ihrem Eintrittsteil (17) über eine Entleerungsöffnung (16) mit dem Druckraum (9) des Belastungszylinders (8) offen verbunden ist,

d) während am Auslaß (l8) der Auslaufdüse (12) eine Absperrarmatur (19) und dahinter ein Entlastungsraum (2o) vorgesehen sind.

2. Sicherheits- und Entlastungsventil nach Anspruch 1, d adurch gekennzeichnet, daß der Kolben (7) aus einem äußeren Ringkolbenteil (21) und einem zentralen

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Führungskoibenteil (22) besteht und in einem aus zwei konzentrisch ineinanderliegenden Zylindermänteln (25,24) bestehenden Belastungszylinder (8) gleitet, wobei die Entleerungsöffnung (16) einerseits in den Ejektor (lo) und andererseits in den Außenzylinderteil (25) mündet und der Innenzylindermantel (24) mit einer oder mehreren Drosselbohrungen (25) versehen ist, die im Verlauf der Hubbewegung vom zentralen Führungskolbenteil (22) überfahren werden.

Sicherheits- und Entlastungsventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (13) zusammen mit der Einlauf düise (11) des Ejektors (lo) und der anschließenden Entleerungsöffnung (16) als Zuströmleitung zum Pullen des Zylinderdruckraumes (9) während des Ventilschließhubes ausgebildet ist.