CN1826487A - 应用在发电厂稳压系统中的减压装置 - Google Patents

Abstract

一种应用于电厂特别是核电厂的稳压系统中的减压装置，该装置具有两个在阀体(1)上并联设置的主阀组件(33，34)，同时具有每两个操纵一个主阀组件(33，34)的调节阀(38，39，40，41)。因此减压装置的功能是在主阀组件(33，34)的单个故障以及调节阀(38，39，40，41)的单个故障两种情况下都可以实现的。

Description

应用在发电厂稳压系统中的减压装置

技术领域

本发明涉及到一种应用在电厂特别是核电厂稳压系统中的减压装置。

背景技术

在电厂特别是核电厂中，通常设置有稳压系统用于调节反应堆冷却剂的压力，该稳压系统具有一个用于容纳冷却剂的容器，并且用于维持电厂主循环的最低工作压力。这种稳压系统是非常必要的，因为冷却剂在过冷的状态下被循环泵送。

基于安全的原因，稳压系统具有一带有至少一个安全阀的过压安全装置。例如在DE 195 32 928 C2中公开的应用在电厂稳压系统中的安全阀装置，其包括串联连接的安全阀，这些安全阀设置在共用安全阀体上，该安全阀体同时还作为用于法兰连接到其上的其它阀体(也就是其它的换向阀体以及多个调节阀体)的支座。在公开的安全阀装置中，也可以应用串联阀以及单一阀装置。在任何情况下，利用换向阀可选地将不同的调节阀与安全阀相对应。

本发明的目的是这样构思减压装置和将该减压装置应用到电厂稳压系统中的，即在实现简单和减轻重量的结构的同时实现特别广泛的故障控制。

发明内容

根据本发明，本发明的目的根据具有权利要求1所述特征的减压装置来实现。在阀体中设置了两个并联的主阀组件，同时每两个调节阀用于一个主阀的操纵。在主阀组件的操纵中出现的单个故障(误差)通过主阀组件的并联连接来控制。每一个主阀组件对应两个调节阀，并由此控制调节阀范围内的单项故障。通过将两个阀体组件设置在共同的也称为主阀体的阀体上，实现了减压装置的特别紧凑以及减轻重量的结构。与包括有阀体和主阀组件的主阀比较相对较小和较轻的调节阀的结构相反对于整个减压装置的质量处于次要的意义。根据一个优选的设计方案，这样实现了整个减压装置特别紧凑的结构，即对应于主阀组件的调节阀设置在与阀体连接的调节阀体或者调节阀块中。其中调节阀体例如可以法兰连接到阀体上或者与阀体一体构成。

两个对应于主阀组件设置的调节阀例如是并联连接的，就是逻辑上的“或”连接；或者例如是串联连接，也就是逻辑上的“和”连接。调节阀的串联连接是优选的，因为通过调节阀的打开可以排除主阀组件的意外泄漏(打开)。根据另一可选的方案，在原理上来自DE 195 32 928 C2中公开的方法，换向装置被设置用于对单个调节阀选择性启动。

为了直接操纵利用调节阀控制的主阀组件，优选提供有稳压系统的介质。在这里为了打开主阀组件，作用在与主阀组件相连接的活塞上的介质的压力或者升高或者降低。优选的是降低在活塞上的压力以用于打开主阀组件，也就是说根据减压原理操纵。其优点是，在调节阀的短暂操纵时间之后在活塞上设定一个这样大小的压力变化，从而使主阀利用自身介质的作用完全开启。

根据一个优选的改进方案，每个主阀组件都对应有一个起动连接装置(der Anfahrüberbrückung)，并在稳压系统中没有充分增长的压力时能可靠保持主阀组件的关闭。起动连接装置优选具有一个与主阀组件的阀锥相连接的心轴，这个心轴设置在主阀组件的排放侧，进而设置在主阀组件与活塞相对的一侧。这样，利用简单的方法，通过调节阀控制的活塞或者通过起动连接装置的心轴来实现至少分别在一个方向上直接线性操纵阀锥。起动连接装置在两个终端位置之间是可调节的，其中在第一终端位置允许在整个活塞行程中操纵主阀组件，在第二终端位置主阀组件被锁定在关闭位置。优选的是在起动连接装置的心轴与阀体或者与阀体刚性连接的壳体之间设置有密封装置，如果起动连接装置处于第一位置，也就是处于允许操纵主阀组件的位置，则该密封装置使得心轴相对于阀体密封。在同样作为停止连接装置的起动连接装置没有动作时，第一密封装置起作用。此外设置有一个后接于第一密封装置的第二密封装置，这个密封装置不依赖于其位置，使得起动连接装置的心轴相对于阀体密封。第二密封装置例如设计为填料密封或者波纹管密封。仅在唯一限定的心轴位置起作用的第一密封装置与后接的第二密封装置之间形成一个腔体，这个腔体优选与低压系统连接。密封仅需要用来抵御开启压力，即在阀体组件之后的流动方向上的压力。

为了使在操纵起动连接装置时心轴仅仅线性动作，优选地该起动连接装置具有扭转止动器。此外，起动连接装置优选配备了位置指示器。在一个有利的方法中，位置指示器的组成部分同样构成了扭转止动器的组成部分。在一个简单的设计方案中，位置指示器仅仅包括两个限位开关，这两个限位开关对应起动连接装置的两个所述的终端位置。

起动连接装置优选具有一个驱动装置，该驱动装置的构造与调节阀的驱动装置的构造至少在很大程度上是一致的。在此特别考虑使用机电驱动装置作为驱动装置。不同的是根据可选择的结构方案，电机驱动的调节阀被温度控制的引导阀替代，该引导阀的特征在于突出的无源特性。

阀体内部的主阀组件以节省空间的方式优选地至少近似并联地设置在一起，也就是说具有相同的动作方向。特别是在这种设计中，通过主阀组件将用于从稳压器(压力容器)排出的介质的一个共同入流腔与同样的一个共同出流腔隔离开。在阀体中注入介质的入流方向优选与从阀体中流出介质的介质流出方向至少近似相对应。

主阀组件被优选地构造成上密封的，也就是说，阀锥或者是支承阀锥的部件在完全打开的位置构成相对于阀体的密封。其另外的优点是，在主阀组件完全打开的时候，阀锥不再由于流出介质的压力而受到或仅仅受到有限的在关闭位置方向上的力。因此即使全部的调节阀出现故障时，根据减压装置的动作而排除了主阀组件的自动关闭。

主阀组件的阀锥在运行条件下会受到较大的力，并承受了至少小的变形。这以特别高的标准这样实现，即主阀组件的阀锥在环形开口中容纳了相对应成型的阀片，优选的是多个同心设置的阀片。这些阀片有利地在阀锥中逐渐压缩。

根据优选的改进方案，来这样可靠地避免在打开之前或者在打开过程中防止炙热的流出介质对主阀组件的损伤，即主阀组件前接有一个集水器(受水器)。在主阀组件的开启过程结束之后，在主阀组件保持在开启位置时可以确保可靠地避免通过流出的介质造成的可能伤害。

本发明的优点特别是，通过在唯一阀体上设置的减压装置的两个主阀组件和总共四个调节阀的组合，调节阀优选法兰连接在同一阀体上，总体紧凑结构的减压装置的功能不但在主阀组件单个故障时而且在调节阀单个故障时得以实现。

附图说明

接下来基于附图进一步解释根据本发明的实施例。图中示出：

图1a到1c：带有两个主阀组件的减压装置的不同截面以及局部视图，

图2a到2c：减压装置的起动连接装置(der Anfahrüberbrückung)的不同截面，

图3：减压装置的侧视图，

图4：减压装置的俯视图，

图5a到5c：减压装置的不同运行状态的截面图，以及

图6：带有减压装置的稳压器(压力容器)。

在所有图中相应的部分以相同的标号表示。

具体实施方式

在图1中部分示出的核电站的稳压系统的减压装置，包括阀体1，该阀体由不生锈的锻件制成。从稳压系统流入阀体1的入流介质的入流方向用R1表示，而出流方向用R2表示。在出流方向R2在阀体1上焊接有标称内径为DN 300的管头1.1(在图1c中没有示出)。作为选择，此处也可以通过法兰连接。这同样适用于具有标称内径DN 130的入口接管。在阀体1内与入口接管连接有入流腔31，而出流接管与出流腔32连接，入流腔与出流腔31、32大致相互并联设置在阀体1中。

在与入流方向R1和出流方向R2相一致的入流腔和出流腔31、32的延伸方向的垂直方向上，设置有第一主阀组件33和第二主阀组件34。主阀组件33、34并联设置在阀体1中，使得从入流腔31通过主阀组件33、34中的一个主阀组件到达出流腔32的流动路径大约呈Z型。主阀组件33、34不仅在几何学意义上而且在流体技术意义上是并联相接的，也就是说，在打开一个或两个主阀组件33、34时，也就打开了从入流腔31到出流腔32的流动路径。为了操纵所示的减压装置，仅打开一个冗余(备用)的主阀组件33、34。

如果相反地两个减压阀以串联方式连接，那么单个故障(单项误差)，即在需要的情况下减压阀中的一个不动作(没反应)，可能无法控制。因此为了平衡这种状况，由每两个串联连接的减压阀构成的两个装置必须被并联连接。因此与这种利用常规减压阀构成的装置相比较，根据本发明的减压装置由于在同一个阀体1上并联设置两个主阀组件33、34而节省了两个单一的减压阀。此外，在阀体1上的组合的主阀组件33、34构成减压阀装置，这个装置比两个串联连接的减压阀设计得更为简单和紧凑。

每一个主阀组件33、34都被一个壳体盖2封闭，壳体盖在图中在下侧螺纹旋接在阀体1上。在将主阀组件33、34安装到阀体1上之前，首先将接下来还要进一步描述的主阀组件33、34的部件预装配。接下来例示性描述两个主阀组件33、34中的一个，其中这两个主阀组件33、34具有相同的结构。

主阀组件33具有以接下来还要进一步描述的方式通过稳压器(压力容器)的介质操纵的活塞4，该活塞连接有一个朝向入流腔31的上活塞杆4.1和一个朝向壳体盖2的下活塞杆4.2。上活塞杆4.1被保持在也称为导向组件的气缸3中的上导向套11来进行导向，而下活塞杆4.2被保持在壳体盖2中的下导向套12来进行导向。对称于第一主阀轴线HV1设置的活塞4，包括在活塞与壳体盖2之间的下活塞腔2.1。

在稳压器符合运行条件下，也就是说主阀组件33关闭时，通过活塞4利用稳压器中的介质的压力对活塞腔2.1以及整个入流腔31包括环形腔3.1施加压力，而出流腔32中无压力。并借此使与上活塞杆4.1螺纹连接的阀锥5抵压在阀座9上。多个同心安装的环形阀片10在阀锥5中压缩。紧邻阀片10的是流体锥端6，这个流体锥端包括铰接的横穿过出流腔32的阀杆7的球状头(Verdickung)。通过在阀锥5上应用多个阀片10以及在流体锥端6内的阀杆7的至少轻微铰接的支承，达到阀锥5的高度挠性，以及达到与高负载且热负载下可能变形的阀座9的高度的适配能力。由此实现了在所有运行条件下的由所述部件构成的阀组件的配合密封性，其中通过提高阀片10的数量提高阀锥5的柔韧性。通过阀片10的相互支撑，在高液体压力下也不会产生机械的超负荷。

阀杆7仅仅在减压装置在如图所示的实施例中配备有一个起动连接装置和停止连接装置时是必要的。在接下来简称为起动连接装置(der Anfahrüberbrückung)35的起动连接装置和停止连接装置的任务是，使得即使在低的系统压力例如低于10bar时主阀组件33、34也保持在关闭的位置。在图1中仅部分示出的起动连接装置35将在接下来根据图2a到图2c来详细描述。整个起动连接装置35螺纹连接在与阀体1连接的挡盖8上，并借此与阀体1刚性连接，其中起动连接装置35几乎同心地沿着主阀轴线HV1延伸。相应地也适用于第二起动连接装置35，其沿着第二主阀组件34的主阀轴线HV2设置。铰接在阀锥5上的阀杆7利用横向销钉17在连杆13的滑动导向装置36中有限制地移动导向。连杆13与阀杆7在保持利用滑动导向装置36实现相对的纵向移动性的情况下连接，该连杆的一侧与心轴15连接，而在其下侧朝向阀体1的端部带有尾刀槽的圆锥体16可运行连接。

当这个圆锥体16处于图示的下端部位置时，就会坐落在与挡盖8和阀体刚性连接的轴座套18上。通过圆锥体16坐落在轴座套18上，在起动连接装置35的心轴15和与阀体1刚性连接的挡盖8包括轴座套18之间形成第一密封装置37。除了启动和停止运行的特殊情况以外，心轴15一直处于图示的位置，一个不受心轴15位置影响的起作用的第二密封装置由一个保持在轴封支座19中的轴封20构成。作为选择也可以在这个位置安装波纹管密封，这种波纹管密封在结构上是复杂的，但是却提供了比较好的密封功能。不受第二密封装置20类型的影响，在进一步描述的方法中，在第一密封装置37与第二密封装置之间形成的腔与低压系统连接。

心轴15以及轴封支座19包括轴封20以及轴封垫圈21基本上设置在主阀裙板14中。紧邻的主阀裙板是驱动装置裙板23，在它的内部有一个扭转止动器(转矩支架)22，这个扭转止动器仅仅允许心轴15直线运动。大致为销钉状的扭转止动器22穿过与主阀裙板14螺纹连接的驱动装置裙板23的长孔。扭转止动器22同时作为起动连接装置35的位置指示器的一部分，其还包括有一个下部限位开关24和一个上部限位开关25。独立于此，还设置有用于指示活塞4和阀锥5位置的另一个位置指示器(未示出)。

为了驱动心轴15和连杆13，设置有常用的电枢驱动装置28，该电枢驱动装置具有心轴导向套制动器27和梯形心轴导向套26。心轴导向套制动器27优选具有零角度(零角形)。在电枢驱动装置28完全上升或者运动时，一个未示出的弹簧组被预加应力。其产生一个在相反方向上后续的电枢驱动装置28启动时的力的储备。

在图3和图4中示出的是一个根据图1a到2c的减压阀装置的侧视图以及俯视图。另外从图中可以看到，除了起动连接装置35以外，还可以看出两个分别对应于主阀组件33、34的调节阀块30，其中每一个调节阀块都具有两个调节阀38、39、40、41。调节阀38、39、40、41与起动连接装置35一样，每一个都具有一个电枢驱动装置28。调节阀38、39、40、41的驱动装置被构造成至少在很大程度上与起动连接装置35的驱动装置相类似，从而实现了较高比例的相同部件。区别在于在心轴导向套制动器27中设置的梯形心轴导向套26以及其螺纹的螺距。不同于图4中所示出的减压阀装置的结构，在另一可选的结构方案中，调节阀块30也可以在阀体1的同一侧以法兰连接的方式连接到阀体1上。调节阀块30的侧面法兰连接在这种情况下有助于减压阀装置较低的重心，并以此产生带有很少的顶端疲劳的有利的振荡特性。调节阀38、39、40、41的驱动装置被设计成自动制动，从而使得用于控制主阀组件33、34操纵的具有行程大约为5mm的控制阀38、39、40、41甚至在电源故障时也能保持各自的设置值。通过在与阀体1法兰连接的调节阀块30上设置调节阀38、39、40、41实现了调节阀装置的高压管-释放结构。

减压阀装置的运行方法接下来将依据图5a到图5c进一步地阐述。在图5a中示出的装置对应于带有关闭的主阀组件33、34的符合条件的运行。阀座9利用阀锥5的圆形的部分表面被闭合。同时心轴15处于下部终端位置，在这个位置阀锥5可被移动。利用作用在阀锥5(图1)上的液体压力使入流腔31相对于出流腔32密封。

在需要的情况下，根据减压原理工作的减压阀装置的下活塞腔2.1利用与主阀组件33、34中的一个对应的调节阀38、39或者调节阀40、41进行减压。在此，调节阀块30的调节阀38、39或者调节阀40、41串联连接，也就是说，主阀组件33、34的开启仅仅在两个附属的调节阀38、39或者40、41进行开启过程时才会发生。如果主阀组件33、34中的一个不能实现其功能，那么对应于两个主阀组件33、34的调节阀块30上的调节阀40、41或者38、39将动作。以这种方法，不仅调节阀38、39、40、41的单个故障(单项误差)，而且主阀组件33、34的单个故障(单项误差)被加以控制。如图5b所示，如果阀锥5完全下降，也就是说在完全打开的位置，那么阀锥5的环形作用面5.1与导向组件3接触。从而在阀锥5上几乎没有使阀锥压向关闭方向的作用力。同时形成阀锥5相对于下活塞杆4.2和相对于活塞4的密封，也就是说，形成了对于主阀组件33、34的上密封。主阀组件33、34的全部调节时间，也就是说，从图5a所示的位置到图5b所示的位置的转变，为大约5到6秒。在主阀组件33、34开启以后，阀锥5不依赖于调节阀38、39、40、41的功能而保持在图5b所示的打开位置。在故障状况下，通过主阀组件33、34的运动部分的重力以及通过产生的摩擦力而保持在该打开位置。

接下来向关闭位置的转变如根据图5c所示仅仅借助于起动连接装置35来实现。当利用起动连接装置35实施主阀组件33，34的关闭运动时，横向销钉17处于底部，也就是说朝向阀座9的滑动导向装置36的端部。在关闭运动结束的同时，扭转止动器(转矩支架)22操纵上部限位开关25。起动连接装置35保持在这个位置直到起动过程结束。最后，利用稳压器中的介质的足够的压力使起动连接装置35的心轴15回到图5a所示的位置。

图6示出了核电厂的稳压器42的极度简化图。在稳压器42上设置有安全阀(未示出)，用于堆芯熔化的严重故障情况下的减压。该安全阀同样利用未示出的调节阀控制。如果其他的减压装置发生故障，那么按照这种方式反应堆储压器球形罩在主循环的低压范围熔断，从而避免了在高压熔断线路的情况下堆芯从反应堆储压器中流出到扩展面(传播面)。根据本发明的减压装置在这种情况下并不需要采取措施。

基于前述情况，如果与稳压器连接的且没有示出的安全阀没有提供足够的排放功率，特别是一个或多个安全阀或者所属的调节阀没有动作时，那么通过连接管道43连接到稳压器42的根据本发明的减压装置投入使用。为了在这种情况下将稳压器42中的压力保持在低压的范围，例如20bar以下，将打开通过相对应的调节阀38、39或者调节阀40、41控制的主阀组件33、34中的一个。在首先被控制的主阀组件33、34或者通过所属的调节阀38、39或者40、41的控制没有作用的情况下，仅仅控制第二主阀组件34、33。因而，不仅主阀组件33、34而且调节阀38、39、40、41设计为冗余(备用)的，并且能控制单个故障。此外，主阀组件是无源部件，没有自己的例如机电驱动装置。无需机电驱动装置的主阀组件33、34除了安全技术的优点以外还具有另外的优点，在阀体1上取消了沉重的驱动装置。更确切地说，在阀体1上仅仅是螺纹安装了与主阀机电驱动装置相比相对小和轻的起动连接装置35。并由此避免了尤其在地震时相关的减压装置的强烈顶部疲劳。

阀体1前接有一个集水器44，该集水器阻止了通过稳压器42的介质对主阀组件33、34功能的损害。特别是避免了在将来自稳压器42的一个或者多个未示出的安全阀中的例如500摄氏度的炙热的蒸汽的排出期间对还在关闭的主阀组件33、34的损害。如果两个主阀组件中的一个打开，仅在大约5到6秒的调节时间过后减压装置的排气功率为在340摄氏度时每小时900t饱和蒸汽。没有同时打开两个主阀组件33、34。

符号说明

1阀体                  1.1管头

2壳体盖                2.1活塞腔

3气缸                  3.1环形腔

4活塞                  4.1活塞杆

4.2活塞杆              5阀锥

5.1作用面              6流体锥端

7阀杆                  8挡盖(箱体)

9阀座                  10阀片

11导向套               12导向套

13连杆                 14主阀裙板

15心轴                 16圆锥体

17横向销钉             18轴座套(箱体)

19轴封支座             20轴封

21填料压盖             22扭转止动器(转矩支架)

23驱动装置裙板         24限位开关

25限位开关             26梯形心轴导向套

27心轴导向套制动器              28电枢驱动装置

30调节阀块                      31入流腔

32出流腔                        33主阀组件

34主阀组件                      35起动连接装置(der

                                Anfahrüberbrückung)

36滑动导向装置                  37密封装置

38调节阀                        39调节阀

40调节阀                        41调节阀

42稳压器(压力容器)              43连接管道

44集水器                        DN 300标称内径

DN 130标称内径                  HV1主阀轴线

HV2主阀轴线                     R1入流方向

R2出流方向

Claims (19)

1.一种应用于电厂特别是核电厂的稳压系统中的减压装置，具有两个在阀体(1)上设置、并联连接的主阀组件(33，34)，

分别具有用于操纵所述主阀组件(33，34)而设置的两个调节阀(38，39，40，41)。

2.根据权利要求1所述的减压装置，其特征在于，每两个对应于所述主阀组件(33，34)的所述调节阀(38，39，40，41)设置在一个与所述阀体(1)连接的调节阀体(30)上。

3.根据权利要求1或2所述的减压装置，其特征在于，对应于所述主阀组件(33，34)的所述调节阀(38，39，40，41)被串联连接。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的减压装置，其特征在于，为了操纵每一个所述主阀组件(33，34)，分别设置有一个可由稳压系统的介质施压的活塞(4)。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的减压装置，其特征在于，每一个所述主阀组件(33，34)都对应有一个起动连接装置(35)，该起动连接装置具有与所述主阀组件(33，34)连接的心轴(15)。

6.根据权利要求4和5所述的减压装置，其特征在于，所述起动连接装置(35)设置在所述主阀组件(33，34)的背离活塞(4)的一侧。

7.根据权利要求5或6所述的减压装置，其特征在于，所述起动连接装置(35)具有滑动导向装置(36)，该滑动导向装置在第一位置时允许操纵所述主阀组件(33，34)，在第二位置时锁定所述主阀组件(33，34)。

8.根据权利要求7所述的减压装置，其特征在于，在所述滑动导向装置(36)的第一位置，第一密封装置(37)被封闭在与所述阀体(1)刚性连接的壳体部件(8，18)和所述起动连接装置(35)的心轴(15)之间。

9.根据权利要求8所述的减压装置，其特征在于，所述第一密封装置(37)后接有用于密封起动连接装置(35)的心轴(15)的第二密封装置(20)。

10.根据权利要求5到9中任一项所述的减压装置，其特征在于，所述起动连接装置(35)的心轴(15)具有扭转止动器(22)。

11.根据权利要求5到10中任一项所述的减压装置，其特征在于，具有所述起动连接装置(35)的位置指示器(22，24，25)。

12.根据权利要求10和11所述的减压装置，其特征在于，所述扭转止动器(22)构成了所述起动连接装置(35)的位置指示器(22，24，25)的一部分。

13.根据权利要求5到12中任一项所述的减压装置，其特征在于，所述起动连接装置(35)具有驱动装置(28)，该驱动装置的结构与所述调节阀(38，39，40，41)的驱动装置(28)的结构至少在很大程度上相一致。

14.根据权利要求1到13中任一项所述的减压装置，其特征在于，所述主阀组件(33，34)至少近似地相互并联设置在一起。

15.根据权利要求1到14中任一项所述的减压装置，其特征在于，所述主阀组件(33，34)将阀体(1)内的共用的入流腔(31)和共用的出流腔(32)隔离开。

16.根据权利要求15所述的减压装置，其特征在于，在入流腔(31)中的入流方向(R1)至少近似地对应于在出流腔(32)中的出流方向(R2)。

17.根据权利要求1到16中任一项所述的减压装置，其特征在于，所述主阀组件(33，34)被设计为上密封的。

18.根据权利要求1到17中任一项所述的减压装置，其特征在于，所述主阀组件(33，34)包括安装在阀锥(5)的开口中的环形阀片(10)。

19.根据权利要求1到18中任一项所述的减压装置，其特征在于，具有一个前接于所述主阀组件(33，34)的集水器(44)。

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