DE19747413A1 - Leitungsschieber, insbesondere Schnellschlußschieber für Frischdampf- und Speisewasser-Leitungen in Kraftwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leitungsschieber, insbesondere einen Schnellschlußschieber für Frischdampf- und Speisewas­ ser-Leitungen in Kraftwerken, mit den im Oberbegriff des An­ spruches 1 angegebenen Merkmalen.

Der Oberbegriff gibt die typischen Grund-Konstruktionsmerk­ male eines Leitungsschiebers an, wie sie für den angegebenen Zweck eingesetzt werden. Insbesondere Schnellschlußschieber in Frischdampf- und Speisewasser-Leitungen von Kraftwerken werden an den Sitzflächen während des Schließvorganges in Folge von großen dabei herrschenden Druckdifferenzen außeror­ dentlich hohen Flächenpressungen unterworfen. Die dabei ent­ stehenden Reibungskräfte erzeugen je nach Schließgeschwindig­ keit Reibungswärmen, die zu sehr hohen Temperaturen der Sitz­ flächen führen können. Dadurch kann es zum Erweichen des Sitzflächenmaterials und zum Reibverschweißen der Schieber­ platte mit dem ihr zur Bildung einer Dichtungspaarung im Schließzustand zugeordneten Gehäusesitzring kommen. Als Bei­ spiel sind Reibungswärmen von etwa 20 kW bei Eigenmedium-ge­ steuerten Schiebern mit einer Schließzeit von zirka zwei Se­ kunden bis zu einigen -zig kW bei motorgetriebenen Schiebern mit einer Schließzeit von 20 Sekunden zu nennen. Die bereits erwähnte Reibverschweißung hat eine Riefenbildung an den Sitzflächen und damit größere Undichtigkeiten im Bereich des Leitungsschiebers zur Folge.

Zur Lösung dieser Problematik wurde im Stand der Technik be­ reits versucht, die mit den Gehäusesitzringen eine Dichtungs­ paarung bildenden Sitze an der Schieberplatte zu härten, also mit Sitzpanzerungen zu versehen. Als Material hat sich hier Stellit als mögliche Alternative herauskristallisiert. In der Kernkraftwerkstechnik wird jedoch versucht, kobaldartige Pan­ zerungen, wie sie bei Stellit-Panzerungen vorliegen, zu ver­ meiden bzw. durch andere Werkstoffe zu ersetzen, wie z. B. Antinit. Grundsätzlich hängt das Reibverhalten dieser Panze­ rungen ganz wesentlich von der Wärmebehandlung des Panze­ rungswerkstoffes und des Grundwerkstoffes sowie vom Panze­ rungsverfahren ab. In der Praxis werden hier häufig unbefrie­ digende Ergebnisse erzielt.

Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, einen Leitungsschieber so auszugestalten, daß eine hohe Standfestigkeit der Sitzfläche der Schieberplatte insbesondere gegen eine Reibverschweißung erzielt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des An­ spruches 1 angegeben. Durch die Ausbildung der Sitzfläche durch mindestens einen an der Schieberplatte angebrachten Sitzring aus Oxidkeramik-Material weist die Sitzfläche eine außerordentlich große Härte und einen hohen Schmelzpunkt auf, wodurch die beim Stand der Technik vorherrschenden Probleme umgangen werden. Zudem weist Oxidkeramik-Material gute Gleit- und Schmiereigenschaften sowie eine schlechte Benetzungsfä­ higkeit von Metall auf, was für den Einsatz in dem erfin­ dungsgemäßen Leitungsschieber insbesondere hinsichtlich der erzielbaren Dichtungseigenschaften von Vorteil ist. Das Vor­ sehen eines eigenständigen Sitzringes umgeht dabei die Pro­ blematik, daß bei einer Beschichtung der Schieberplatte im Bereich der Sitzfläche mit Keramik bei schweren Belastungen Abplatzungen auftreten können, da die Haftung von Oxidkera­ mik-Material auf Metall auf Dauer zu schwach ist.

Zusammenfassend wird also die mindestens eine Sitzfläche an der Schieberplatte durch einen Vollkeramik-Sitzring gebildet, wobei vorteilhafterweise beiderseits der Schieberplatte je­ weils ein Sitzring mit einem zugeordneten Gehäusesitzring vorgesehen ist.

Für das Material der Vollkeramik-Sitzringe eignet sich Alumi­ niumoxid, günstigere Festigkeitseigenschaften weist jedoch Zirkonoxid auf, dem der Vorzug zu geben ist.

Durch die gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehene Einschrumpfung des Sitzringes aus Oxidkeramik in eine flachzylindrische Ausnehmung in der Schieberplatte wird der Umstand Rechnung getragen, daß insbesondere Zirkonoxid eine außerordentlich hohe Druckfestigkeit von zirka 1700 N/mm², jedoch eine geringe Zugfestigkeit aufweist. Durch das Einschrumpfen sollten am Sitzring keine Zugspannungen durch äußere Kräfte und durch Temperaturunterschiede entstehen. Nä­ heres hierzu ist der Beschreibung des Ausführungsbeispiels entnehmbar.

Durch eine vorzugsweise unter Preßsitz in der Innenöffnung des Sitzringes montierte Stützscheibe wird der Keramik-Sitz­ ring gegen Biegebeanspruchungen während des Schließvorganges des Leitungsschiebers abgestützt. Dies verbessert wiederum das Verschleißverhalten der Sitzringe.

Durch eine Abrundung der Innen- und Außenkante der Sitzfläche der Sitzringe wird deren Anecken beim Schließvorgang vermie­ den. Der Rundungsradius ist dabei zu optimieren.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert wird. Die

Fig. 1 zeigt einen ausschnittsweisen Axialschnitt durch einen Leitungsschieber.

In Fig. 1 ist mit 1 das Schiebergehäuse bezeichnet, in dem ein offener Leitungsquerschnitt 2 zur Führung eines Prozeßme­ diums, wie Frischdampf oder Speisewasser ausgebildet ist. Der Leitungsquerschnitt 2 setzt sich beiderseits in die Frisch­ dampf- oder Speisewasser-Leitung 3 fort.

Der Leitungsschieber weist ferner in üblicher Weise eine Schieberplatte 4 auf, die mittels einer daran angebrachten Spindel 5 in Richtung des Doppelpfeiles zwischen einer nicht gezeigten, aus dem Leitungsquerschnitt 2 herausgefahrenen Öffnungsstellung und der in Fig. 1 gezeigten Schließstellung verschiebbar ist. Beiderseits der Schieberplatte 4 sind Ge­ häusesitzringe 6, 7 vorgesehen, deren Innenöffnung in etwa dem offenen Leitungsquerschnitt 2 entspricht. Die Gehäuse­ sitzringe 6, 7 sind durch Verschweißungen 8 am Schiebergehäu­ se 1 festgelegt.

Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, weist die Schieberplatte 4 auf ihren beiden Flachseiten 10, 11 eine in der gezeigten Schließstellung mit den Gehäusesitzringen 6, 7 und dem offe­ nen Leitungsquerschnitt 2 konzentrische, flachzylindrische Ausnehmungen 12, 13 auf, in der jeweils ein Sitzring 14, 15 durch Einschrumpfen fixiert ist. Bei diesem Einschrumpfvor­ gang wird die aus einem geeigneten Stahlwerkstoff bestehende Schieberplatte 4 stark erwärmt, wodurch sie sich ausdehnt und folglich der Radius der Ausnehmungen 12, 13 zunimmt. Die Sitzringe 14, 15 können in diesem Zustand in die Ausnehmungen 12, 13 eingesetzt werden. Beim Abkühlen zieht sich die Schie­ berplatte 4 zusammen, wodurch die Sitzringe 14, 15 gefaßt und - bei entsprechender Dimensionierung - auf Druck belastet werden. Werden die Sitzringe 14, 15 zusätzlich beim Abkühlen der Schieberplatte 4 mit Kraft gegen letztere gepreßt, wird eine gute Dichtwirkung zwischen dem Boden der flachen Ausneh­ mung 12, 13 und der Lagerfläche 16 der Sitzringe erzielt.

Die nach außen weisenden Stirnflächen der Sitzringe 14, 15 bilden deren Sitzflächen 17, die mit den Stirnflächen 9 der Gehäusesitzringe 6, 7 im gezeigten Zustand eine hoch-ver­ schleißfeste Dichtungspaarung bilden. Als Vollkeramik-Mate­ rial für die Sitzringe 14, 15 wird Zirkonoxid verwendet.

Als weitere konstruktive Detailmaßnahmen sind einerseits die Abrundung von Innenkante 18 und Außenkante 19 der Sitzflächen 17 hervorzuheben. Ferner ist in die Innenöffnung 20 der Sitz­ ringe 14, 15 jeweils eine Stützscheibe 21 unter Preßsitz mon­ tiert. Die Dicke dieser Stützscheibe 21 ist kleiner als die Dicke der Sitzringe 14, 15, so daß die Sitzflächen 17 über diese Stützscheibe 21 vorspringen.

Schließlich ist zwischen den Lagerflächen 16 der Sitzringe 14, 15 und der Schieberplatte 4 jeweils ein Dichtungsring 22, 23 aus Reingraphit eingesetzt, wodurch eventuelle Unrundhei­ ten am Umfang des Schrumpfsitzes der Sitzringe 14, 15 in den Ausnehmungen 12, 13 ausgeglichen und Leckagen vermieden wer­ den.

Zusammenfassend wird durch den Erfindungsgegenstand ein Lei­ tungsschieber mit verschleißfesteren Sitzflächen geschaffen, wodurch die Funktionssicherheit erhöht wird. Ferner entfällt durch die Verwendung der Vollkeramik-Sitzringe das Nacharbei­ ten der Dichtflächen nach mehreren Betätigungen unter voller Belastung.

Claims (9)

1. Leitungsschieber, insbesondere Schnellschlußschieber für Frischdampf- und Speisewasser-Leitungen in Kraftwerken, mit

• - einem Schiebergehäuse (1),
• - einem darin gebildeten offenen Leitungsquerschnitt (2),
• - einer zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließ­ stellung im Schiebergehäuse (1) verschiebbaren Schieber­ platte (4), und
• - mindestens einem Gehäusesitzring (6, 7), dessen Stirnfläche (9) in der Schließstellung der Schieberplatte (4) mit der Sitzfläche (17) der Schieberplatte (4) eine Dichtungspaa­ rung bildet, gekennzeichnet durch,
• - mindestens einen an der Schieberplatte (4) angebrachten Sitzring (14, 15) aus Oxidkeramik-Material zur Ausbildung der Sitzfläche (17).

2. Leitungsschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei­ derseits der Schieberplatte (4) jeweils ein Sitzring (14, 15) mit zugeordnetem Gehäusesitzring (6, 7) vorgesehen ist.

3. Leitungsschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sitzring (14, 15) aus Zirkon- oder Alumi­ niumoxid besteht.

4. Leitungsschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sitzring (14, 15) aus Vollkeramik-Material besteht.

5. Leitungsschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sitzring (14, 15) in einer flach-zylindri­ schen Ausnehmung (12, 13) in der Schieberplatte (4) durch thermisches Einschrumpfen fixiert ist.

6. Leitungsschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß in die Innenöffnung (20) des mindestens einen Sitzrings (14, 15) eine Stützscheibe (21) eingesetzt ist.

7. Leitungsschieber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheibe (21) unter Preßsitz in der Innenöffnung (20) des Sitzringes (14, 15) montiert ist.

8. Leitungsschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenkante (18, 19) der Sitzfläche (17) des minde­ stens einen Sitzringes (14, 15) abgerundet ist.

9. Leitungsschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen der der Sitzfläche (17) abgewandten Lagerfläche (16) des mindestens einen Sitzringes (14, 15) und der Schieber­ platte (4) ein Dichtungsring (22, 23) vorzugsweise aus Gra­ phit eingesetzt ist.