Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Betätigung eines pneumatisch zu öffnenden Frischdampf-Absperrventils in einem Kernreaktor.
Dabei wird von der Verwendung eines Solenoid-Ventils als Pilotventil zur Absperrventil-Betätigung und insbesondere eines Dreiweg-Solenoid-Ventils ausgegangen, das ausfallsicher arbeitet.
In einem typischen Siedewasserreaktor strömt getrennter und getrockneter Dampf durch eine oder mehrere, typischerweise vier Düsen, an die jeweils Dampfleitungen aus Kohlenstoffstahl geschweisst sind. Mehrere Ventile werden in Verbindung mit den Leitungen für verschiedene Sicherheitsfunktionen verwendet. Der Haupttyp von sicherheitsbezogenen Dampfleitungsventilen sind Absperr- und Sicherheits/Entlastungsventile.
Typischerweise werden zwei Absperrarmaturen an jeder Dampfleitung montiert, und zwar jeweils eine inner- und eine ausserhalb der Sicherheitshülle. Die Sicherheitsventile sind luftbetätigte, federbelastete, pneumatisch kolbenbetätigte Kugelventile, die von einem dreistufigen Betätigungsmechanismus gesteuert werden, der nachfolgend detailliert beschrieben wird. Der Hauptbetätiger für das Frischdampf-Absperrventil schliesst es mit einer Kraft von etwa 9000 kp. Dieser Betätiger wird von einem pneumatischen Steuersystem mit einer Kraft von etwa 45 kp bedient, das seinerseits von einem Solenoid-Pilotventil mit einer Schliesskraft von etwa 1 kp betätigt wird. Jedes Frischdampf-Absperrventil ist dazu vorgesehen, bei einem Ausfall, wie einem pneumatischen Druckabfall oder Leistungsverlust zum Pilotventil, zu schliessen.
Die Sicherheitsfunktion des Frischdampf-Absperrventil-Betätigers ist eine Schliessfunktion, d.h., dass er dazu bestimmt ist, das Absperr- oder MSIV-Ventil unter bestimmten Bedingungen, wie niederer Wasserpegel im Reaktorbehälter, hohe Strahlung von der Dampfleitung, hohe Strömungsgeschwindigkeit in der Hauptdampfleitung, niederer Druck in der Turbine usw., zu schliessen. Zwei Pilotventile sind für das Schliessen vorhanden. Das Schliesssignal kommt von zwei unabhängigen Kanälen, die jeweils zwei unabhängige Abschaltsensoren für jede gemessene Variable haben. Wenn eine Isolation ausgelöst wird, geht der Schliessvorgang weiter und kann nur manuell in einen \ffnungsvorgang umgewandelt werden. Die Ventile können ferner durch unabhängige, manuell fernbediente Schalter im Überwachungsraum betätigt werden.
Die Sicherheits- oder Entlastungsventile sind Doppelfunktionsventile. Die Sicherheitsfunktion umfasst Schutz gegen Überdruck des Primär- oder Hauptsystems des Reaktors. Die Entlastungsfunktion umfasst ein servobetätigtes \ffnen zur Druckentlastung des Primärsystems des Reaktors. Die Sicherheitsentlastung ist in ihren beiden Funktionen im Vergleich zum Frischdampf-Absperrventil entgegengesetzt, dessen Funktion das \ffnen ist, wogegen die Sicherheitsfunktion dieses Absperrventils das Schliessen ist.
Bisherige Pilotventile wurden auf Grund einer Anzahl von Überlegungen konstruiert. Andere Faktoren der vorangehenden Pilotventile wurden zur Minimalisierung des Leistungsverbrauches mindestens teilweise deshalb so ausgelegt, weil die hohe Leistung verbrauchenden Solenoid-Ventile typischerweise eine kürzere Lebensdauer haben und öfter ersetzt werden müssen. Ferner wurden herkömmliche Pilotventile zur Herabsetzung der Kosten, in Übereinstimmung mit der erreichten Sicherheit sowie anderen Anforderungen ausgelegt. Wie bereits oben erwähnt, sind die Pilotventile zum Schliessen bei Ausfällen, beispielsweise beim Verlust des pneumatischen Druckes zu den Pilotventilen, ausgelegt. Es wurde aber festgestellt, dass die bisherigen Pilotventile eigentlich nicht bei Ausfällen oder Klemmen der Schliessfeder schliessen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das die Nachteile der bisherigen Ausführungen nicht aufweist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des ersten Patentanspruches gelöst.
Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführung als MSIV- oder Frischdampf-Absperrventil wird ein Ventil verwendet, das bei einem Ausfall der Schliessfeder nicht öffnet. Ferner wird als MSIV-Pilotventil ein Ventil benutzt, in dem die pneumatischen Kräften das Schliessen statt \ffnen begünstigen, so dass die pneumatischen Kräfte im Falle eines Federeffektes zum Schliessen neigen, wobei Schwierigkeiten beim Schliessen infolge von Federausfällen abgeholfen werden. Die offenbarte Konstruktion erfordert typischerweise ein Solenoid mit einem höheren Leistungsverbrauch als derjenige von bestehenden Pilotventilen, und ein Ventil, das in vielen Fällen teurer ist als herkömmliche Ausführungen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht eines MSIV-Ventils bzw. Frischdampf-Absperrventils, teilweise im Schnitt zur Darstellung des Ventilsitzes,
Fig. 2a ein Wirkschaltbild der pneumatischen Logik zur Betätigung des MSIV-Ventils, das offen dargestellt ist,
Fig. 2b wie Fig. 2a, jedoch mit entregten ersten und zweiten Pilotventilen zum Schliessen des MSIV-Ventils,
Fig. 3a ein Schaltbild eines herkömmlichen Pilotventils in offener oder erregter Auslegung,
Fig. 3b wie Fig. 3a, jedoch in geschlossener oder entregter Auslegung,
Fig. 4a ein Schaltbild eines Solenoid-Ventils zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung in einer offenen oder erregten Auslegung und
Fig. 4b wie Fig. 4a, jedoch mit dem Pilotventil in geschlossener oder entregter Auslegung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Betätigung oder Steuerung eines MSIV-Ventils oder Frischdampf-Absperrventils in einer Dampfleitung eines Kernkraftwerkes, so dass ein Ausfall einer Solenoid-Rückstossfeder in einem Pilotventil nicht das Schliessen des MSIV-Ventils verhindert und nicht zu einem spontanen \ffnen eines geschlossenen MSIV's führt.
Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf das Frischdampf-Absperrventil bzw. das MSIV-Ventil und das vorliegende Betätigungsverfahren beschrieben. Gemäss Fig. 2 ist das MSIV-Ventil 10 in einem Sternmuster mit der Hauptdampf-Leitung 12 verbunden. In der Darstellung nach Fig. 1 fliesst der Dampf von oben rechts nach unten links. Das MSIV hat einen Ventilkörper 14 und einen Ventilsitz 16. Im Normalbetrieb wird das MSIV in der offenen Position von einem elektromagnetischen Betätiger mit einer ersten und einer zweiten Stufe gehalten. In der offenen Position ist das MSIV zum Durchlassen von Dampf vom Reaktorbehälter zur Dampfturbine wirksam. In Fig. 1 befindet sich der Ventilkörper 14 im MSIV-Ventil in der geschlossenen Position.
Die Position des Ventilkörpers 14, d.h. entweder die vollständig offene oder geschlossene Position, wird vom Gleichgewicht zwischen einem zylinderartigen, pneumatischen Betätiger 18 und vier Federn gesteuert, von welchen zwei 20a und 20b, in Fig. 1 sichtbar sind. Die zwei anderen, nicht gezeigten Federn befinden sich direkt hinter den gezeigten ersten Federn 20a, 20b in der Ansicht nach Fig. 1. Die Federn 20a, 20b üben eine Kraft zum Halten des Ventilkörpers 14 in der Sitzstellung aus. Die Neigungen der Feder können von einem pneumatischen Zylinder 18 behoben werden, der bei Betätigung den Ventilkörper 14 von seinem Sitz abheben kann. Ein Hydraulikverteiler 22 ist als Dämpfungsglied zur Reduktion der Schliessgeschwindigkeit des MSIV-Ventils innerhalb von Normen vorgesehen.
In Fig. 2a wird der Pneumatikzylinder 18 in seiner offenen Position mittels eines positiven Druckes an einem unteren Durchlass 24, verglichen mit dem Druck an einem oberen Durchlass 26, gehalten, der in der offenen Auslegung mit einer Abluftleitung 28 verbunden ist. Wenn das MSIV-Ventil geschlossen ist, wie dies in Fig. 2b gezeigt ist, wird der untere Durchlass 24 mit einer Abluftleitung 30 und der obere Durchlass 26 mit einer Hochdruck-Luftleitung 32 verbunden. Der Aktivierungszustand des Pneumatikzylinders 18 wird von einem Satz von Primärventilen 34 gesteuert, die ihrerseits von Pilotventilen 42 und 44 gesteuert werden. Ein drittes Ventil 46 ist ferner zur Verwendung in Prüfbetrieb vorgesehen.
Die Pilotventile 36 sind wunschgemäss insofern ausfallsicher, als eine MSIV-Schliessung nicht nur von der Ermittlung eines anormalen Zustandes, wie oben beschrieben, sondern auch vom Verlust der elektrischen Leistung oder des pneumatischen Druckes abhängt. Die Reaktion auf den Verlust der elektrischen Leistung oder des Pneumatikdruckes wird anhand von den Fig. 2a und 2b näher erläutert. In Fig. 2a sind die beiden Pilotventile 42 und 44 im erregten Zustand dargestellt. In diesem Zustand sind die Solenoide 48, 50 erregt, damit die Ventile in einer solchen Form angeordnet werden, dass Druck von einer Niederdruck-Luftleitung 52 über eine Leitung 54 zum Primärbetätiger 34 sowie zu einem Ventil 56 über Leitung 55 abgegeben wird, dessen Funktion nachfolgend erläutert wird.
Der Druck in der Leitung 54 betätigt das erste Primärbetätigungsventil 40 und infolgedessen das zweite Primärbetätigungsventil 38 derart, dass der höhere Luftdruck von der Druckleitung 32 durch das Testventil 58 dem unteren Durchlass 24 des Pneumatikzylinders 18 zugeführt wird. In dieser Position der Primär-Betätigungsventile 38, 40 wird der obere Durchlass 26 mit einer Abluftleitung 28 verbunden, wie dies oben beschrieben ist.
Die Wirkung der Entregung des ersten und des zweiten Pilotventils 42, 44 ist in Fig. 2b gezeigt. Das Schliessen des MSIV-Ventils wird von der Entregung der beiden Pilotventile 42, 44 verursacht. Die Entregung der Pilotventile 42, 44 kann von der Ermittlung eines MSIV-Schliesszustandes mittels eines Sensors, wie vorangehend beschrieben, oder vom allgemeinen Verlust der elektrischen Leistung zum Pilotventilsystem 36 herrühren. In beiden Fällen wird ein Eingang von der Niederdruck-Luftleitung 52 verhindert, und stattdessen werden die Leitungen 54 und 55 mit einer Abluftleitung 60 verbunden. Die Verbindung der Leitung 54 mit der Abluftleitung 60 bewirkt eine Bewegung des zweiten Primärbetätigungsventils 40 zur Position, die in Fig. 2b gezeigt ist, in welcher der Eingang von der Hochdruck-Luftleitung 32 dem Desaktivierungs-Durchlass 62 des zweiten Primärbetätigungsventils 38 zugeführt wird.
Dies bewegt das zweite Primärbetätigungsventil 38 zur Position nach Fig. 2b, in welcher der untere Durchlass 24 des Pneumatikzylinders 18 durch das Testventil 56 und das Ventil 58 jeweils mit den Abluft-Durchlässen 30, 64 verbunden ist. In dieser Weise führt eine Entregung des Pilotventilsystems 36 bei der Ermittlung eines Reaktorzustandes oder bei Verlust der elektrischen Leistung zum Schliessen des MSIV-Ventils. In ähnlicher Weise führt der Verlust des Luftdruckes an der Leitung 52 zu einem Druckverlust an der Primärbetätigungsleitung 54, was wiederum zum Schliessen des MSIV-Ventils führt.
Obschon das in Fig. 2a und 2b gezeigte System zur MSIV-Schliessung führt, wenn ein Verlust an Leistung oder pneumatischem Druck zum Pilotventil 42, 44 besteht, wurde festgestellt, dass herkömmliche Pilotventile zu einer Art von Ausfällen neigen, die nicht notwendigerweise zum Schliessen des MSIV's führt, was wünschenswert ist.
In Fig. 3a ist ein herkömmliches Solenoid-Pilotventil mit dem Solenoid 42 im aktivierten oder erregten Zustand gezeigt. In diesem Zustand wirkt der Reaktorkern 68 in der oberen Position gemäss Fig. 3a gegen den Druck der Rückstossfeder 70. Am Reaktorkern 68 ist eine Zylinder-Einlassdichtung 70 vorgesehen, die vom entsprechenden Ventilsitz 74 weggehalten wird, damit eine Fluidverbindung zwischen dem Zylinderdurchlass 76 und dem Einlass 78 ermöglicht wird. Mittels eines Abstimmkolbens 80 ist ein zweiter Ventilsitz 82 befestigt, der gemäss der Ausführung in Fig. 3a gegen einen Zylinder/Abluftventilsitz 84 anliegt, um den Zylinderdurchlass 76 von der Fluidverbindung mit dem Abluftdurchlass 86 abzudichten. Der Druckunterschied über der Dichtung 82 dient als Hilfe für den Sitz. Eine zweite Feder 88, die schwächer ist als die Rückstossfeder, dient als Hilfe beim Aufsetzen.
Fig. 3b zeigt die Ausführung eines herkömmlichen Pilotventils in einem Zustand, in dem das Solenoid 42 entregt ist. In dieser Ausführung wird der mechanische Widerstand gegen den Druck der Rückstossfeder 70 von der schwächeren Sekundärfeder 88 geleistet. Beim entregten Betrieb, wie vorgesehen, wird der Kern 88 von der Rückstossfeder 70 in seine Abwärtsstellung gezwungen, wie dies in Fig. 3b gezeigt ist, damit die Zylinder-Einlassdichtung 72 gegen den Zylinder-Einlasssitz 74 anliegt, und die Zylinder-Einlassdichtung 82 wird vom Zylinder-Abluftsitz 84 wegbewegt, um die Fluidverbindung zwischen dem Zylinderdurchlass 76 und dem Abluftdurchlass 86 herzustellen. Der Druckunterschied über die Dichtung 72 schafft eine zusätzliche \ffnungskraft, die der Rückstossfeder 70 entgegengerichtet ist.
Es wurde festgestellt, dass die herkömmlichen Pilotventile nach Fig. 3a und 3b zu Ausfällen neigen. Falls die Rückstossfeder 70 ausfällt, ist keine Kraft vorhanden, welche die Zylinder-Einlassfeder 72 gegen den entsprechenden Sitz 74, gegen die oben beschriebenen \ffnungskräfte, hält. Falls der Kern 68 oder andere gleitende Teile, wie der Abstimmkolben 80, beispielsweise infolge eines Fremdkörpers im Pilotventil klebt, das die Rückstossfeder 70 nicht aus eigener Stärke beheben kann, ist es möglich, dass wieder ein Ausfall des Zylinder-Einlassventils 72 beim Anlegen gegen den Zylinder-Einlasssitz 74 auftreten kann.
Somit neigt das herkömmliche Ventil zu mindestens zwei Ausfallarten (Ausfall der Rückstossfeder oder Kleben der beweglichen Teile), wobei das Resultat des Ausfalles nicht das Schliessen des MSIV-Ventils bedeutet, sondern dass es von einem geschlossenen Zustand aus offen oder geschlossen bleibt. Ein derartiger Zustand widerspricht ausfallfreien Resultaten, die in einem Isolierventil gesucht werden.
Fig. 4a und 4b zeigen ein Pilotventil für einen ausfallsicheren Betrieb bei einem Rückstossfeder-Ausfall. In dieser Ausführung neigt der von der Verbindung des Einlasses 178 mit dem Zylinderdurchlass herrührende pneumatische Druck dazu, der \ffnungskraft zu widerstehen, die vom Solenoid 142 in Übereinstimmung mit der Kraft von der Rückstossfeder 170 entwickelt wurde. Insbesondere die Wirkung des höheren Druckes auf den ausgesetzten Flächenbereich 190 benachbart zur Zylinder-Abluftdichtung 182, verglichen mit dem Druck auf die untere Fläche 191, verursacht eine Nettokraft auf den Abstimmkolben 180 in der Schliessrichtung.
Aus diesem Grunde muss das Solenoid 142, das sowohl die Rückstossfeder 170 als auch die pneumatische Kraft übersteigen muss, eine grössere Kraft als diejenige leisten, welche in herkömmlichen Pilotventilen vorhanden ist, und somit einen grösseren Leistungs bedarf haben als herkömmliche Solenoide.
Wenn das Solenoid 142 in Fig. 4b entregt ist, neigen sowohl die Kraft der Rückstossfeder 170 als auch die pneumatische Kraft von der Zylinder-Abluftströmung zum Halten des Pilotventils in der geschlossenen Lage, wie dies in Fig. 4b gezeigt ist, und infolgedessen zur Halterung des MSIV-Ventils in der geschlossenen Stellung.
Das Pilotventil zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann ein beliebiges Dreiweg-Solenoidventil sein, in dem der pneumatische Druck zur Halterung des Solenoidventils in der geschlossenen Stellung neigt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Ventil vom Modell 1/2SMS-S-02 verwendet, das von der Target Rock Co von E. Farmingdale, New York, geliefert wird, wobei dieses Modell an einem Sicherheits-Entlastungsventil verwendet wird. Es wurde festgestellt, dass, obschon die endgültige Sicherheitsfunktion des MSIV-Ventils (d.h. das Schliessen des Ventils) im Gegensatz zum Sicherheits-Entspannungsventil (d.h. das \ffnen des Ventils) steht, ein derartiges Ventil zur Lieferung der erwünschten ausfallsicheren Funktion in einem MSIV-Ventil nützlich sein kann.
Mehrere Variationen und Abänderungen der vorliegenden Erfindung sind möglich. Die Erfindung ist auch für nichtnukleare Zwecke und insbesondere für einen ausfallsicheren Betrieb verwendbar.
The present invention relates to a method for actuating a pneumatically openable live steam shut-off valve in a nuclear reactor.
It is assumed that a solenoid valve is used as a pilot valve for the actuation of the shut-off valve, and in particular a three-way solenoid valve that works fail-safe.
In a typical boiling water reactor, separated and dried steam flows through one or more, typically four nozzles, to which carbon steel steam lines are welded. Several valves are used in connection with the lines for various safety functions. The main type of safety related steam line valves are shut-off and safety / relief valves.
Typically, two shut-off valves are installed on each steam line, one inside and one outside the safety envelope. The safety valves are air-actuated, spring-loaded, pneumatic piston-operated ball valves, which are controlled by a three-stage actuation mechanism, which is described in detail below. The main actuator for the live steam shut-off valve closes it with a force of around 9000 kp. This actuator is operated by a pneumatic control system with a force of approximately 45 kp, which in turn is operated by a solenoid pilot valve with a closing force of approximately 1 kp. Each live steam shut-off valve is intended to close to the pilot valve in the event of a failure, such as a pneumatic pressure drop or loss of power.
The safety function of the live steam shut-off valve actuator is a closing function, which means that it is designed to lower the shut-off or MSIV valve under certain conditions, such as low water level in the reactor vessel, high radiation from the steam line, high flow velocity in the main steam line Pressure in the turbine etc. to close. Two pilot valves are available for closing. The closing signal comes from two independent channels, each with two independent shutdown sensors for each measured variable. When insulation is triggered, the closing process continues and can only be converted manually into an opening process. The valves can also be operated by independent, manually remote-controlled switches in the monitoring room.
The safety or relief valves are dual function valves. The safety function includes protection against overpressure of the primary or main system of the reactor. The relief function includes a servo-operated opening to depressurize the primary system of the reactor. The two functions of safety relief are opposite to that of the main steam shut-off valve, the function of which is to open, whereas the safety function of this shut-off valve is to close.
Previous pilot valves were designed based on a number of considerations. Other factors of the foregoing pilot valves have been designed to minimize power consumption at least in part because the high power solenoid valves typically have a shorter life and need to be replaced more often. Conventional pilot valves have also been designed to reduce costs, in accordance with the level of safety achieved and other requirements. As already mentioned above, the pilot valves are designed to close in the event of failures, for example when the pneumatic pressure to the pilot valves is lost. However, it was found that the previous pilot valves did not actually close when the closing spring failed or jammed.
The object of the invention is to provide a method which does not have the disadvantages of the previous embodiments.
This object is achieved according to the features in the characterizing part of the first claim.
Embodiments are described in the dependent claims.
In the present version as an MSIV or live steam shut-off valve, a valve is used which does not open if the closing spring fails. Furthermore, a valve is used as the MSIV pilot valve, in which the pneumatic forces favor the closing instead of opening, so that the pneumatic forces tend to close in the event of a spring effect, whereby difficulties in closing due to spring failures are remedied. The disclosed construction typically requires a solenoid with a higher power consumption than that of existing pilot valves, and a valve that in many cases is more expensive than conventional designs.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
1 is a plan view of a MSIV valve or live steam shut-off valve, partly in section to show the valve seat,
2a is a circuit diagram of the pneumatic logic for actuating the MSIV valve, which is shown open,
2b as Fig. 2a, but with de-energized first and second pilot valves for closing the MSIV valve,
3a shows a circuit diagram of a conventional pilot valve in an open or excited configuration,
3b as Fig. 3a, but in a closed or de-energized design,
Figure 4a is a circuit diagram of a solenoid valve for use in the present invention in an open or energized configuration and
Fig. 4b as Fig. 4a, but with the pilot valve in a closed or de-energized design.
The present invention relates to a method for actuating or controlling an MSIV valve or live steam shut-off valve in a steam line of a nuclear power plant, so that a failure of a solenoid recoil spring in a pilot valve does not prevent the MSIV valve from closing and not to a spontaneous one Open a closed MSIV's leads.
The present invention is described by reference to the live steam shut-off valve or the MSIV valve and the present actuation method. 2, the MSIV valve 10 is connected to the main steam line 12 in a star pattern. 1, the steam flows from the top right to the bottom left. The MSIV has a valve body 14 and a valve seat 16. In normal operation, the MSIV is held in the open position by an electromagnetic actuator with a first and a second stage. In the open position, the MSIV is effective for passing steam from the reactor vessel to the steam turbine. In Fig. 1, the valve body 14 in the MSIV valve is in the closed position.
The position of the valve body 14, i.e. either the fully open or closed position is controlled by the balance between a cylinder-like pneumatic actuator 18 and four springs, two of which 20a and 20b are visible in FIG. 1. The two other springs, not shown, are located directly behind the first springs 20a, 20b shown in the view according to FIG. 1. The springs 20a, 20b exert a force for holding the valve body 14 in the sitting position. The inclinations of the spring can be eliminated by a pneumatic cylinder 18 which, when actuated, can lift the valve body 14 from its seat. A hydraulic distributor 22 is provided as an attenuator to reduce the closing speed of the MSIV valve within standards.
In FIG. 2a, the pneumatic cylinder 18 is held in its open position by means of a positive pressure at a lower passage 24 compared to the pressure at an upper passage 26, which in the open configuration is connected to an exhaust air line 28. When the MSIV valve is closed, as shown in FIG. 2 b, the lower passage 24 is connected to an exhaust air line 30 and the upper passage 26 to a high pressure air line 32. The activation state of the pneumatic cylinder 18 is controlled by a set of primary valves 34, which in turn are controlled by pilot valves 42 and 44. A third valve 46 is also provided for use in testing.
As desired, the pilot valves 36 are fail-safe insofar as an MSIV closure depends not only on the determination of an abnormal condition, as described above, but also on the loss of electrical power or pneumatic pressure. The reaction to the loss of electrical power or pneumatic pressure is explained in more detail with reference to FIGS. 2a and 2b. The two pilot valves 42 and 44 are shown in the excited state in FIG. 2a. In this state, the solenoids 48, 50 are energized so that the valves are arranged in such a manner that pressure is released from a low pressure air line 52 via a line 54 to the primary actuator 34 and to a valve 56 via line 55, the function of which follows is explained.
The pressure in line 54 actuates the first primary actuation valve 40 and consequently the second primary actuation valve 38 such that the higher air pressure from the pressure line 32 is supplied through the test valve 58 to the lower passage 24 of the pneumatic cylinder 18. In this position of the primary actuation valves 38, 40, the upper passage 26 is connected to an exhaust duct 28, as described above.
The effect of de-excitation of the first and second pilot valves 42, 44 is shown in Fig. 2b. The closing of the MSIV valve is caused by the de-excitation of the two pilot valves 42, 44. The de-excitation of the pilot valves 42, 44 can result from the determination of an MSIV closed state by means of a sensor, as described above, or from the general loss of electrical power to the pilot valve system 36. In both cases, entry from the low pressure air line 52 is prevented and instead lines 54 and 55 are connected to an exhaust air line 60. The connection of the line 54 to the exhaust air line 60 causes the second primary control valve 40 to move to the position shown in FIG. 2b, in which the input from the high pressure air line 32 is supplied to the deactivation passage 62 of the second primary control valve 38.
This moves the second primary actuation valve 38 to the position according to FIG. 2b, in which the lower passage 24 of the pneumatic cylinder 18 is connected to the exhaust air passages 30, 64 by the test valve 56 and the valve 58, respectively. In this way, de-excitation of the pilot valve system 36 leads to the closing of the MSIV valve when determining a reactor state or when the electrical power is lost. Similarly, the loss of air pressure on line 52 results in a pressure loss on primary actuation line 54, which in turn closes the MSIV valve.
Although the system shown in Figs. 2a and 2b results in MSIV closure when there is a loss of power or pneumatic pressure to the pilot valve 42, 44, it has been found that conventional pilot valves are prone to some type of failure that does not necessarily close the valve MSIV's performs what is desirable.
Figure 3a shows a conventional solenoid pilot valve with solenoid 42 in the activated or energized state. In this state, the reactor core 68 acts in the upper position according to FIG. 3a against the pressure of the recoil spring 70. A cylinder inlet seal 70 is provided on the reactor core 68, which is kept away from the corresponding valve seat 74 so that a fluid connection between the cylinder passage 76 and the Inlet 78 is allowed. By means of a tuning piston 80, a second valve seat 82 is fastened, which, according to the embodiment in FIG. 3a, bears against a cylinder / exhaust valve seat 84 in order to seal the cylinder passage 76 from the fluid connection with the exhaust air passage 86. The pressure difference across the seal 82 serves as an aid to the seat. A second spring 88, which is weaker than the recoil spring, serves as an aid when fitting.
3b shows the implementation of a conventional pilot valve in a state in which the solenoid 42 is de-energized. In this embodiment, the mechanical resistance to the pressure of the recoil spring 70 is provided by the weaker secondary spring 88. In de-energized operation as provided, the core 88 is urged downward by the recoil spring 70 as shown in FIG. 3b so that the cylinder inlet seal 72 abuts the cylinder inlet seat 74 and the cylinder inlet seal 82 becomes moved away from the cylinder exhaust seat 84 to establish fluid communication between the cylinder passage 76 and the exhaust passage 86. The pressure difference across the seal 72 creates an additional opening force which is directed against the recoil spring 70.
It was found that the conventional pilot valves according to FIGS. 3a and 3b tend to fail. If the recoil spring 70 fails, there is no force holding the cylinder inlet spring 72 against the corresponding seat 74, against the opening forces described above. If the core 68 or other sliding parts such as the tuning piston 80 sticks, for example as a result of a foreign body in the pilot valve, which the recoil spring 70 cannot repair on its own, it is possible that the cylinder inlet valve 72 will fail again when it is applied against the Cylinder intake seat 74 can occur.
Thus, the conventional valve tends to have at least two types of failure (failure of the recoil spring or sticking of the moving parts), the result of the failure not meaning the closing of the MSIV valve, but that it remains open or closed from a closed state. Such a condition contradicts failure-free results that are sought in an isolating valve.
4a and 4b show a pilot valve for fail-safe operation in the event of a recoil spring failure. In this embodiment, the pneumatic pressure resulting from the connection of the inlet 178 to the cylinder passage tends to withstand the opening force developed by the solenoid 142 in accordance with the force from the recoil spring 170. In particular, the effect of the higher pressure on the exposed surface area 190 adjacent to the cylinder exhaust seal 182 compared to the pressure on the lower surface 191 causes a net force on the tuning piston 180 in the closing direction.
For this reason, the solenoid 142, which must exceed both the recoil spring 170 and the pneumatic force, must exert a greater force than that which is present in conventional pilot valves and therefore has a greater power requirement than conventional solenoids.
When the solenoid 142 is de-energized in Fig. 4b, both the force of the recoil spring 170 and the pneumatic force from the cylinder exhaust flow tend to hold the pilot valve in the closed position, as shown in Fig. 4b, and consequently to hold of the MSIV valve in the closed position.
The pilot valve for use in the present invention can be any three-way solenoid valve in which the pneumatic pressure tends to hold the solenoid valve in the closed position. In a preferred embodiment, a model 1 / 2SMS-S-02 valve supplied by Target Rock Co of E. Farmingdale, New York is used, which model is used on a safety relief valve. It has been found that, although the ultimate safety function of the MSIV valve (ie, closing the valve) is in contrast to the safety relief valve (ie, opening the valve), such a valve provides the desired fail-safe function in an MSIV Valve can be useful.
Several variations and modifications of the present invention are possible. The invention can also be used for non-nuclear purposes and in particular for fail-safe operation.