CN105659014A - 操作装置和用于操作阀门的方法 - Google Patents

Abstract

<b>所述操作装置（1）包括壳体（2），该壳体带有用于使气动或液压的操作介质（6）进入壳体（2）的至少一个活塞室（3）的入口（5）。在活塞室（3）中可运动地布置了活塞（4）。该活塞（4）通过操作介质（6）至少能够在打开位置和关闭位置（S）之间运动，使得阀门至少能够通过从打开位置到关闭位置（S）的运动进行操作。在关闭位置（2）中，所述活塞（4）和所述壳体（2）如此相互处于有效连接中，从而在入口（5）的下游形成了密封件，用来密封用于操作介质（6）的活塞室（3）。至少所述活塞（4）和壳体（4）的有效连接的区域具有大于10kN/mm²的弹性模量E。</b>

Description

操作装置和用于操作阀门的方法

技术领域

本发明涉及一种操作装置、用于操作阀门的方法以及包括按独立权利要求的前序部分所述的操作装置的发电站。

背景技术

由现有技术公开了气动的或者液压的操作装置，用所述操作装置可以操作发电站的冷却系统或能量产生系统的阀门。这种操作装置例如可以布置在紧急冷却系统中或者用于防止核电站的能量产生系统内过压的安全系统中。

然而这种预公开的现有技术具有以下缺点，即通过发电站中出现的温度以及必要时放射性的辐射强烈降低了操作装置的使用寿命。此外，操作装置的运行经常使用气动的或者液压的操作介质、例如空气或水来实现。当借助于操作装置通过气动的或者液压的操作介质施加到阀门上的压力例如由于故障情况强烈上升时，另一缺点是由于操作装置可能会损坏阀门。

发明内容

因此，本发明的任务是避免已知的缺点，也就是尤其提供一种操作装置和一种方法，用其能够延长具有少量使用气动或液压的操作介质的并且在运行中相对于在气动或液压的操作介质中的压力波动更可靠的使用寿命。

该任务通过按独立权利要求所述的操作装置、包括该操作装置的发电站以及方法得到解决。

按本发明的操作装置包括壳体，该壳体在壳体的至少一个活塞室中具有用于气动或液压的操作介质的入口。在活塞室中可运动地布置了活塞。该活塞可以通过操作介质至少在打开位置和关闭位置之间运动，从而至少能够通过从打开位置到关闭位置中的运动来操作阀门。在关闭位置中，所述活塞和壳体如此相互处于有效连接中，从而在入口的下游形成了密封件（Dichtung），用来密封用于操作介质的活塞室。密封件尤其包括壳体的密封面。尤其实现了用于包围操作装置的密封（Abdichtung）。至少所述活塞和壳体的有效连接的区域具有大于10kN/mm ² 的弹性模量E。优选是大于50kN/mm ² 的弹性模量E并且特别优选大于100kN/mm ² 。

在活塞布置在活塞室中的情况下，按照本申请理解为至少一部分活塞布置在活塞室中并且必要时所有活塞布置在活塞室中。当然可以将一部分活塞布置在活塞室中并且另一部分活塞从壳体中伸出，从而能够操作阀门。也可以替代地考虑，所述活塞能够经由与挺杆的有效连接来操作阀门。

尤其在下游实现密封件的形成，使得操作介质能够进一步通过入口输送到活塞室中并且基本上不能在密封件下游输送操作介质。

气动的或者液压的操作介质按照本申请理解为气体或液体，该气体或液体能够在压力之下输送到活塞室中从而操作活塞。作为气动的操作介质例如可以使用空气、蒸汽、其它气体或由此组成的任意组合。此外，作为液压的操作介质例如可以使用水、其它液体或由此组成的任意的组合。优选使用气动的操作介质。

所述活塞以及壳体的在关闭位置中处于有效连接的区域的构造具有以下优点，即相对于由较软的材料、例如弹性体构成的密封件在发电站并且尤其在核电站中存在的环境条件下显著延长了适合于密封的具有大于10kN/mm ² 的弹性模量E的材料的使用寿命。

当然可以考虑所述壳体和活塞至少在关闭位置中处于有效连接的区域内具有相同的弹性模量E。也可以替代地考虑，在关闭位置中处于有效连接的区域具有不同的弹性模量E。

优选所述壳体具有带有可运动地布置在其中的挺杆的至少一个挺杆导管。该挺杆借助于活塞至少可以从初始位置运动到最终位置中，从而操作阀门。尤其关于操作介质的输送方向将挺杆导管布置在活塞室的下游。

这具有以下优点，即所述活塞与挺杆可以脱离，从而能够避免以操作介质中必要时强烈波动的压力对阀门进行直接加载，从而能够避免在较长的使用寿命期间以及较可靠的运行期间对阀门造成的损坏。

挺杆布置在挺杆导管中，这按照本申请理解为至少一部分挺杆布置在挺杆导管中并且必要时整个挺杆布置在其中。当然可以考虑一部分挺杆伸入活塞室中并且/或者从挺杆导管中如此伸出，从而能够操作阀门。挺杆导管例如可以构造成壳体中的凹陷和/或导轨。

优选关于所述活塞在挺杆上的力的作用方向，在活塞和挺杆之间布置了弹簧元件用于缓冲和/或减弱（Entkoppeln）挺杆的通过操作介质施加到活塞上的力。所述弹簧元件尤其是压缩弹簧。

所述弹簧元件布置在活塞和挺杆之间具有以下优点，即能够可靠地缓冲阀门运行中的压力波动以及尤其压力峰值或者必要时能够使其基本上完全减弱。

优选所述挺杆导管和/或凹陷在活塞的关闭位置中借助于密封件基本上相对于活塞室进行密封。该凹陷在活塞中布置在背对活塞室的侧面上。所述挺杆导管和/或凹陷尤其与操作装置的周围环境处于流动连接中。这具有以下优点，即所述操作介质必要时可以通过流动连接由操作装置进行输送。

优选在壳体上或者在壳体中布置了与活塞和/或必要时与挺杆处于有效连接的复位装置，用于使活塞复位到打开位置中并且/或者必要时使挺杆复位到初始位置中。尤其将复位装置构造为复位弹簧。

这具有以下优点，即在操作介质输送到壳体中结束之后可以实现操作装置的复位，从而能够重新使用所述操作装置，例如用于重新操作阀门。复位弹簧用作复位装置具有以下优点，即能够可靠地在没有其它驱动机构的情况下实现复位。

例如也可以将复位装置替代地构造成电动马达。当然也可以考虑可气动和/或液压地进行运行的复位装置，其中例如可以使用气动的或者液压的操作介质。

优选在壳体上和/或壳体中布置用于活塞的止挡件，其中所述活塞的至少一个区域在关闭位置中与止挡件处于有效连接中。这具有以下优点，即能够可靠地限定活塞的位置用于独立于操作介质的压力限制施加到阀门上的力。尤其在弹簧元件布置在活塞和挺杆之间时，由此能够根据止挡件和使用的弹簧元件的位置基于弹簧元件的压缩来调节最大施加到阀门上的力。

优选在常规使用中密封面关于活塞的运动方向的至少一个密封区段以大于0°并且小于90°的角度w倾斜（neigen），其中在有效连接的密封区域内如此构造所述活塞并且尤其使其斜切（abschraegen），从而实现活塞与壳体的有效连接用于形成密封件。优选所述密封区段在常规使用中以大于15°并且小于75°的角度w并且特别优选以大于30°并且小于60°的角度倾斜。所述密封区域尤其具有基本上等于密封区段的角度。

这具有以下优点，即增大了所述密封面用于更可靠的密封以及更低的操作介质的消耗。此外，倾斜的密封面有利地可用作止挡件。

在常规使用中关于活塞的运动方向确定角度w，其中角度w=0°相应于密封区段与运动方向的平行构造；角度w=90°相应于密封区段与运动方向的垂直构造。完全确定所述角度w；换句话说，例如密封区段相对于运动方向顺时针方向45°以及逆时针方向-45°的定向理解为角度w=45°。

优选至少对活塞和壳体的在关闭位置中处于有效连接的用于形成密封件的区域进行涂覆和/或表面处理。所述涂层和/或表面处理的密封面尤其具有比活塞和/或壳体在涂层区域内的更小的弹性模量E。所述涂层和/或表面处理的区域尤其具有大于10kN/mm ² 的弹性模量E，优选大于50kN/mm ² 并且特别优选大于100kN/mm ² 。

这具有以下优点，即通过使用涂层和/或通过对密封面进行表面处理为了以尤其更小的弹性模量形成密封件而使密封件更可靠。

尤其在具有不同弹性模量的活塞的密封区域和壳体的密封面的构造中，更硬的区段、也就是具有更大弹性模量的密封区域或密封面具有比更软的区段、也就是具有更小弹性模量的密封区域或密封面更大的面。所述密封区域和密封面在关闭位置S中如此相互布置，从而基本上避免在更软的区段中形成边缘和/或凹槽。

当然可以考虑，所述壳体和活塞根据相应的要求设有相同的涂层或者也设有不同的涂层。作为涂层例如可以使用如铜或钢的金属；也可以替代地考虑使用石墨。

优选所述活塞和壳体至少在密封件的区域内由金属和/或陶瓷制成。在另一优选的实施方式中，所述操作装置基本上由金属、陶瓷以及石墨或由此组成的任意组合制成。

使用金属、陶瓷和石墨用于制造操作装置具有以下优点，即所述材料关于高温以及放射性辐射是有抵抗力的，使得由此制成的操作装置具有较长的使用寿命。

优选所述操作装置不包括弹性体。这具有以下优点，即经常用作密封材料的弹性体经常对高温和/或放射性辐射作出负面反应，使得弹性体失去相应的密封特性，这会强烈缩短操作装置的使用寿命或者必要时缩短相应的维修间隔。

优选所述活塞在面对挺杆的侧面上具有凹陷，挺杆至少在关闭位置中至少部分地伸入所述凹陷中。在另一优选的实施方式中，所述复位装置至少部分地布置在凹陷中。

这具有以下优点，即能够实现紧凑的结构，尤其至少关于操作装置的尺寸基本上沿着活塞和/或挺杆的运动方向实现。

优选在密封件上游在活塞的外侧面上和/或活塞室的内壁上布置了密封装置。所述密封装置尤其构造为活塞环和/或曲径式密封件。该活塞环优选构造为金属的活塞环。

所述密封装置布置在密封件上游具有以下优点，即支持入口和密封件之间压力差的形成，这简化了活塞从打开位置到关闭位置中的运动并且必要时通过快速达到关闭位置来减少操作介质的消耗。

本发明的另一方面涉及一种包括阀门以及用于阀门的操作装置的发电站。该操作装置构造成如前面所描述的操作装置。所述发电站尤其是具有反应堆建筑的核电站。

发电站以及尤其核电站大多数具有紧急冷却系统，或者也具有用于防止能量产生系统中的过压的安全系统。在紧急冷却系统中、安全系统中或者也在能量产生系统中可以布置阀门，该阀门可以根据相应系统的要求借助于操作装置进行操作。

本发明的另一方面涉及一种用于借助于操作装置来操作阀门的方法。尤其如前面所描述的那样构造所述操作装置。所述方法包括通过操作装置的壳体的入口将气动或液压的操作介质输入活塞室的步骤。随后通过操作介质使布置在活塞室中的活塞从打开位置运动到关闭位置中从而操作阀门。此外，借助于通过活塞和壳体的有效连接形成的密封件实现关闭位置中用于操作介质的活塞室的密封。这种密封件尤其在入口下游形成。如此形成密封件，使得操作介质基本上不能在密封件下游流动。该密封件具有大于10kN/mm ² 的弹性模量E。

附图说明

下面根据实施例为了更好地进行理解，对本发明的其它特征和优点进行更详细的解释，而本发明不限制于所述实施例。附图：

图1示出了按本发明的操作装置的断面图示；

图2示出了替代的按本发明的操作装置的断面图示；

图3示出了具有阀门的按本发明的操作装置的示意图示；

图4示出了具有按图1的按本发明的操作装置的核电站的示意图示。

具体实施方式

在图1中以断面图示示意性地示出了按本发明的操作装置1。

该操作装置1包括带有活塞室3的壳体2。在活塞室3中布置了活塞4。该活塞4可运动地进行布置，其中实现了基本上平行于操作装置1的纵轴线的运动；该纵轴线基本上平行于用6表示的箭头进行布置，该箭头表示输入气动的操作介质、例如蒸汽。

所述壳体2具有用于气动的操作介质6的入口5；当然也可以替代地考虑使用液压的操作介质6、例如水来代替气动的操作介质。

所述活塞4具有构造为曲径式密封件的密封装置16，其中与壳体2的内壁15有配合间隙地实现密封作用。该密封装置16布置在包括密封面8的密封件的上游。当然也可以考虑构造没有密封装置16的活塞4。

在活塞4的背对入口5的侧面上，其在外侧面上以关于活塞4的运动方向呈45°角度斜切，由此形成了密封区域28。所述壳体2具有带有密封区段17的密封面8，其中现在所述密封区段17形成了整个密封面8；当然可以替代地考虑所述密封区段17仅仅形成密封面8的一部分。所述密封区段17在按常规的使用中关于活塞4的运动方向具有角度w=45°。

在活塞4的关闭位置S中，所述活塞4的斜切的密封区域28与密封区段17如此处于有效连接中，从而在密封面8上形成密封件。能够可选地在密封面8上布置涂层18，其中该涂层例如可以涉及铜涂层；当然同样可以将涂层替代地或者额外地施加在活塞4的密封区域28上；当然也可以替代地考虑，取代涂层18或者作为涂层18的补充，对密封面8和/或密封区域28进行表面处理，从而如此调整弹性模量以形成最佳的密封件8。

在关闭位置S中，所述活塞4靠在止挡件13上，该止挡件通过密封面8形成。借助于该止挡件13限定了活塞4在关闭位置S中的位置。

所述操作装置1具有带有布置在其中的挺杆10的挺杆导管9。该挺杆10同样布置成可运动的，其中实现基本上平行于操作装置1的纵轴线的运动。在所述挺杆导管9中布置了构造为复位弹簧12的复位装置。所述挺杆导管9和凹陷借助于这里构造为壳体中的孔的流体连接部21与操作装置的周围环境处于流动连接之中。

所述活塞4在面对挺杆10的侧面上具有凹陷14，所述挺杆10至少在关闭位置S中至少部分地伸入所述凹陷中。此外，在该凹陷中布置了构造为压缩弹簧11的弹簧元件。

在运行中，借助于通过壳体2的入口5输入气动的操作介质6、例如蒸汽或空气来实现这里没有示出的阀门的操作。所述操作介质6输送到活塞室3中并且由此将力施加到活塞4上，该活塞在一开始位于这里没有示出的打开位置中；在该打开位置中所述活塞4反向于箭头6向上偏移，其中所述挺杆10也处于这里没有示出的起始位置中，其中挺杆反向于箭头6向上偏移。

通过输入操作介质6，所述活塞4沿着密封面8或者说止挡件13的方向运动。在运动到关闭位置S中时，所述操作介质6可以到达挺杆导管9以及凹陷14，并且通过流体连接部21泄漏到周围环境中。所述操作介质6的这种损失可以通过密封装置16来降低。

通过所述活塞4运动到关闭位置S中来进行所述压缩弹簧11的压缩并且由此挺杆10运动到最终位置F中。当活塞4到达关闭位置S时，实现活塞室3与挺杆导管9以及凹陷14的密封，从而基本上不再出现操作介质6的进一步损失。通过活塞4的借助于止挡件13可靠限定的关闭位置S给出了压缩弹簧11和复位弹簧12的最大预应力。

在结束输入操作介质6之后，借助于复位弹簧12使所述活塞4复位到打开位置中并且使挺杆10复位到初始位置中。

在图2中以断面图示示意性地示出了替代的按本发明的操作装置1。

相同的附图标记在所有的图中表示相同的特征并且因此仅仅在需要时重新进行解释。

与按图1的操作装置不同的是，按图2的操作装置1具有构造为活塞环的密封装置16。该活塞环构造为钢环（Stahlring），尤其具有氮化的或者镀硬铬的表面。

此外，所述操作装置1具有由石墨制成的壳体密封件20用于确保壳体2的密封性。该壳体2构造成由多部分组成的，其中壳体的所述部分可松开地相互连接。为此，所述壳体2具有螺纹装置22，该螺纹装置为了更好的清晰度仅仅在操作装置1的左侧面上示出。当然也可以考虑将壳体2构造成单件的。

在图3中示意性地示出了按本发明的操作装置1。借助于所述挺杆10可以操作阀门7。作为操作装置例如可以使用按图1的或者也按图2的操作装置。

在图4中示意性地示出了具有按图1的按本发明的操作装置1的核电站19。

所述核电站19包括反应堆建筑23，其中布置了反应堆24。所述反应堆建筑23具有保护罩。

所述反应堆24与用于输入和输出液体和/或气体的管道连接。在管道中作为安全阀布置了蒸汽隔离阀25、供水隔离阀26以及过压阀27，其能够直接地或者间接地借助于用于安全运行的操作装置1进行操作。

Claims (16)

1.操作装置（1），包括壳体（2），所述壳体具有用于使气动或液压的操作介质（6）进入所述壳体（2）的至少一个活塞室（3）的入口（5），其中，在活塞室（3）中可运动地布置了活塞（4）并且所述活塞通过所述操作介质（6）至少能够在打开位置和关闭位置（S）之间运动，使得阀门（7）至少能够通过从打开位置到关闭位置（S）的运动进行操作，其中，在关闭位置（S）中所述活塞（4）和所述壳体（2）相互处于有效连接中，从而在所述入口（5）的下游形成了尤其包括所述壳体（2）的密封面（8）的密封件用来密封用于所述操作介质（6）的活塞室（3），尤其用于包围所述操作装置（1），其特征在于，所述活塞（4）和所述壳体（2）的有效连接的区域具有大于10kN/mm²的弹性模量E，优选大于50kN/mm²的弹性模量E并且特别优选大于100kN/mm²的弹性模量E。

2.按权利要求1所述的操作装置（1），其特征在于，所述壳体（2）具有带有可运动地布置在其中的挺杆（10）的至少一个挺杆导管（9），其中，所述挺杆（10）借助于所述活塞（4）至少能够从初始位置运动到最终位置（F）中，从而操作所述阀门（7）。

3.按权利要求2所述的操作装置（1），其特征在于，关于所述活塞（4）的力到所述挺杆（10）上的作用方向，在所述活塞（4）和所述挺杆（10）之间布置了弹簧元件、尤其压缩弹簧（11），用于缓冲和/或减弱所述挺杆（10）的通过所述操作介质（6）施加到所述活塞（4）上的力。

4.按权利要求2或3所述的操作装置（1），其特征在于，所述挺杆导管（9）和/或在所述活塞（4）中布置在背对所述活塞室（3）的侧面上的凹陷（14）在所述活塞（4）的关闭位置（S）中基本上借助于密封件相对于所述活塞室（3）进行密封，其中，尤其所述挺杆导管（9）和/或所述凹陷（14）与所述操作装置（1）的周围环境处于流动连接之中。

5.按权利要求1到4中任一项所述的操作装置（1），其特征在于，在所述壳体上或者在所述壳体中布置了与所述活塞（4）和/或必要时与所述挺杆（10）处于有效连接的复位装置、尤其复位弹簧（12），从而将所述活塞（4）复位到打开位置中并且/或者必要时将所述挺杆（10）复位到初始位置中。

6.按权利要求1到5中任一项所述的操作装置（1），其特征在于，在所述壳体（2）上并且/或者在所述壳体（2）中布置了用于所述活塞（4）的止挡件（13），其中，所述活塞的至少一个区域在关闭位置（S）中与所述止挡件（13）处于有效连接。

7.按权利要求1到6中任一项所述的操作装置（1），其特征在于，所述密封面（8）的至少一个密封区段（17）关于所述活塞（4）的运动方向在常规使用中以大于0°并且小于90°的角度w倾斜，优选大于15°并且小于75°的角度w倾斜，并且特别优选大于30°并且小于60°的角度w倾斜，其中，所述活塞（4）在密封区域（28）内构成有效连接并且尤其被斜切，从而能够实现所述活塞（4）与所述壳体（2）的有效连接从而形成密封件。

8.按权利要求1到7中任一项所述的操作装置（1），其特征在于，至少对所述活塞（4）和所述壳体（2）的在关闭位置（S）中为了形成密封件而有效连接的区域进行涂覆和/或表面处理，其中，涂层（18）和/或表面处理的密封面（8）尤其具有比在所述活塞（4）和/或所述壳体（2）在涂层（18）和/或表面处理区域的区域内的更小的弹性模量E。

9.按权利要求1到8中任一项所述的操作装置（1），其特征在于，所述活塞（4）和所述壳体（2）至少在所述密封件的区域内由金属和/或陶瓷制成。

10.按权利要求1到9中任一项所述的操作装置（1），其特征在于，所述操作装置基本上由金属、陶瓷以及石墨或由此组成的任意组合制成。

11.按权利要求1到10中任一项所述的操作装置（1），其特征在于，所述操作装置（1）没有包含弹性体。

12.按权利要求2到11中任一项所述的操作装置（1），其特征在于，所述活塞（4）在面对所述挺杆（10）的侧面上具有凹陷（14），所述挺杆（10）至少在关闭位置（S）中至少部分地伸入所述凹陷中。

13.按权利要求12所述的操作装置（1），其特征在于，所述复位装置至少部分地布置在所述凹陷（14）中。

14.按权利要求1到13中任一项所述的操作装置（1），其特征在于，在密封件上游在所述活塞（4）的外侧面上和/或所述活塞室（3）的内壁（15）上布置了密封装置（16），尤其优选金属的活塞环和/或曲径式密封件。

15.发电站（19），尤其具有反应堆建筑（23）的核电站，包括阀门（7）以及用于所述阀门（7）的按权利要求1到14中任一项所述的操作装置（1）。

16.用于操作阀门（7）的方法，借助于尤其按权利要求1到14中任一项所述的操作装置（1），包括以下步骤：

-通过所述操作装置（1）的壳体（2）的入口（5）将气动的或者液压的操作介质（6）输入所述活塞室（3）中；

-通过操作介质（6）使布置在所述活塞室（3）中的活塞（4）从打开位置运动到关闭位置（S）从而操作所述阀门（7）；

-在关闭位置（S）中借助于通过所述活塞（4）和所述壳体（2）的有效连接形成的密封件来密封用于操作介质（6）的活塞室（3），使得操作介质（6）基本上不能够在密封件下游流动，其中，所述密封件具有大于10kN/mm²的弹性模量E。