DE2028544A1

DE2028544A1 - Vorrichtung zum Absperren eines Arbeitsmittels

Info

Publication number: DE2028544A1
Application number: DE19702028544
Authority: DE
Inventors: Ernst Wiesendangen Vögeli (Schweiz). P
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1970-05-26
Filing date: 1970-06-10
Publication date: 1971-12-09
Also published as: BE767548A; FR2090311A1; US3811279A; DE2028544B2; CH524091A; DE2028544C3; CA940796A; ES391527A1; SE372971B; FR2090311B1; GB1296173A; JPS4936449B1; IT953107B

Description

DlPL ING. H. MARSCH · "

DIPL. ING. K. SPARING

PATENTANWÄLTE p 4447

4 DÜSSELDORF £-äS±L

LINDEMANNSTR. 31, T. 072246

Gebrüder S u 1 ζ e r Aktiengesellschaft, Winterthur, Schweiz

Vorrichtung zum Absperren eines Arbeitsmittels

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Absperren eines über eine Speisepumpe sowie über Entspannungsmittel im Kreislauf geführten Arbeitsmittels, mit einem einen Servokolben aufweisenden Absperrorgan.

Ziel der Erfindung ist es ,Absperrvorrichtungen der eingangs genannten Art zu schaffen, die für grosse Durchflussmengen geeignet sind, bei denen Leckmöglichkeiten, z.B. durch Stopfbüchsen, in den Bereich ausserhalb'des Arbeitsmittelkreislaufs vermieden sind und die einen raumsparenden Aufbau aufweisen^ so dass sie innerhalb des Containments von nuklearen Dampfkraftanlagen verwendbar sind.

Erreicht wird dieses Ziel erfindungsgemäss dadurch, dass die Räume beiderseits des Servokolbens über Steuerorgane sowohl mit einer ersten, in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels zwischen Speisepumpe und Absperrorgan befindlichen Stelle als auch mit einer zweiten, in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels zwischen den Entspannungsmitteln und der Speisepumpe befindlichen Stelle des Arbeitsmittelkreislaufes verbidbar sind.

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Dadurch, dass sich bei der erfindungsgemässen Vorrichtung die Räume beiderseits des Servokolbens. mit zwei Stellen des. Arbeitsmittelkreislaufs verbinden lassen, an denen das Arbeitsmittel verschiedene Drücke aufweist, kann auf einfache Weise das Arbeitsmittel zum Steuern des Servokolbens und damit zum Betätigen des Absperrorgans benützt'werden, ohne dass dabei Stopfbüchsabdichtungen zwischen dem Ventilkörper und dem Gehäuse des Absperrorgans vorgesehen werden müssten. Damit sind Leckagemöglichkeiten unterdrückt, was den weiteren Vorteil mit sich bringt, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung innerhalb des Containments einer nuklearen Dampfkraftanlage angeordnet werden kann, Hierbei wirkt sich weiterhin vorteilhaft aus, dass,weil in solchen Anlagen Absperrorgane mit einem Sitzdurchmesser von beispielsweise 500 mm verwendet werden, XM2XMS die erfindungsgemässe Ausbildung eine besonders kompakte und raumsparende Bauweise ergibt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Schaltbild einer Dampfkraftanlage mitf-einer¹ Absperrvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Absperrorgan,

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform einer Absperrvorrichtung nach der Erfindung,
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Fig. 4 eine Tabelle zur Erläuterung der Betriebsweise der Vorrichtung nach Fig. 3 und

Fig. 5 das Schaltbild einer abgewandelten Dampfkraftanlage mit einer Absperrvorrichtung nach der Erfindung.

Gemäss Fig. 1 ist das als Ganzes mit 20 bezeichnete Absperrorgan im Sekundärkreislauf eines Verdampfers 14 angeordnet, in dem Dampf unter Ausnützung der Kernenergie eines Atomkernreaktors 11 erzeugt wird. Der Reaktor 11 liegt im Primärkreislauf des Verdampfers 14 und wird beispielsweise mit Wasser gekühlt, das mittels einer Umwälzpumpe 13 zum Ver- · dampfer.14 geführt wird, dort beim Durchströmen der U-Rohre 16 seine Wärme an das Arbeitsmittel des Sekundärkreislaufs, beispielsweise Wasser, abgibt und über eine Leitung 15 zum Reaktor 11 zurückströmt.

Das Wasser des Sekundärkreislaufs wird mittels einer Speisepumpe 29 einem Speisewasserbehälter 27 entnommen und über eine Leitung 28 dem Verdampfer 14 zugeführt. Von dem am oberen Ende des Verdampfers 14 befindlichen Dampfsammeiraum 18 führt eine Leitung 19, in der das Absperrorgan 20 angeordnet ist, zu einer Dampfturbine 21, in der die Entspannung des im Verdampfer 14 verdampften Sekundärarbeitsmittels stattfindet. Die Dampfturbine ist mit einem elektrischen Generator 22 gekuppelt. Das entspannte Arbeitsmittel wird in einem Kondensator 23 niederge-

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schlagen, von wo es über eine Kondensatpumpe 24, einen dampfbeheizten Vorwärmer 25 und einen Entgaser 26 zum Speisewasser-' behälter 27 zurückgelangt.

Das Absperrorgan 20 besteht aus einem Kugelgehäuse 30, das mit einer Führung 31 für den Schaft 33 des Ventilkörpers 34 sowie mit einem Servozylinder 32 versehen ist. Am in Fig. 1 oberen Ende des Schaftes 33 1st ein Servokolben 35 vorgesehen. Zwischen der oberen Stirnwand des Servozylinders 32 und der Oberseite des Servokolbens 35 ist eine Feder 37 angeordnet, die die Schliessbewegung des Ventilkörpers 34 unterstützt* An den in Fig.. 1 oberen Raum des Servozylinders 32 ist eine Leitung 40 angeschlossen, die sich in zwei Leitungen 41 und 42 gabelt, von denen die Leitung 41 über ein als Steuerorgan wirkendes Ventil 1 in eine Leitung 45 mündet, die.zu einer ersten Stelle 43 führt, die zwischen der Speisepumpe 29 und dem Absperrorgan 20 liegt. Die Leitung 42 weist ein als Steuerorgan wirkendes Ventil 3 auf und mündet in eine Leitung 46, die zu einer zweiten Stelle 44 führt, die zwischen der die Entspannungsmittel des Kreislaufes

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bildenden Turbine 21 und^Speisepumpe 29 liegt. An dem in Fig. 1 unteren Raum des Servozylinders 32 ist eine Leitung 50 angeschlossen, die sich in die Leitungen 51 und 52 gabelt, von denen die erstgenannte über ein als Steuerorgan wirkendes Ventil 2 in die Leitung 45 mündet und die Leitung 52 über ein als Steuerorgan wirkendes Ventil 4 zur Leitung 46 führt. Durch die Leitungen 40,41,4 2 und 45 mit den Steuerorganen 1 und 3 und die Leitungen 50,51,52 und 46 mit den Steuerorganen 2 und 4 sind die Räume beiderseits

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des Servokolbens 35 sowohl mit der Stelle 43 als auch mit der Stelle 44 verbindbar. Die Steuerorgane 1 bis 4 sind stopfbüchslose Abschlussventile.

Im drucklosen Zustand der Anlage ist das Absperrorgan 20 unter der Wirkung der Feder 37 geschlossen. Wird im Dampfsammelraum 18 des Verdampfers 14 ein Dampfdruck aufgebaut.,·so kann das Absperrorgan 20 dadurch geöffnet werden, dass die Ventile 2 und 3 geöffnet und die Ventile 1 und 4 geschlossen werden. In diesem Fall gelangt unter Druck befindliches flüssiges Arbeitsmittel aus der Leitung 28 über die Leitungen 45, 51 und 50 in den Raum unterhalb des Servokolbens 35, während der Raum oberhalb des Servokolbens über die Leitungen 40, 42 und 46 mit der Stelle 44 verbunden ist, an der ein niedrigerer Druck herrscht als an der Stelle

43. Das in dem unteren Raum wirkende Arbeitsmittel höheren Drucks drückt beim Oeffnen des Absperrorgans 20 die Feder 37- zusammen. Tritt beispielsweise in der vom Absperrorgan 20 zur Turbine 21 führenden Leitung 19 ein Bruch auf, so muss das Absperrorgan 20 schnell geschlossen werden, was dadurch geschieht, dass die Ventile 1 und 4 geöffnet und die Ventile 2 und 3 geschlossen werden. In diesem Fall wird der oberhalb des Servokolbens 35 befindliche Raum über die Leitungen 45,41 und 40 mit der höheren Arbeitsmitteldruck aufweisenden Stelle 43 des Sekundärkreislaufes verbunden und der Raum unterhalb des Servokolbens mit der Stelle

44. Unterstützt durch die Feder 37 schliesst dann das Absperrorgan 20 sofort.

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Die Einmündung der Leitung 50 in den Servozylinder 32 ist zweckmässig etwas oberhalb der unteren Stirnwand des Zylinders ,. angeordnet, sodass im letzten Teil des Schliessweges des Ventilkörpers 34 der Servokolben 35 die Einmündungsstelle der Leitung 50 verschliesst, wodurch das im unteren Raum eingesperrte Medium den Aufschlag des Ventilkörpers auf den Sitz dämpft.

Die in Fig. 2 dargestellte Gestaltung des Absperrorgans 20 ist. durch eine kompakte und raumsparende Ausbildung gekennzeichnet. Das Kugelgehäuse 30 weist einen Flansch 51 auf und wird.durch einen Deckel 52 verschlossen, der zugleich den Servozylinder bildet. Die Führung 31 für den Schaft 33 des Ventilkörpers 34 ist als Büchse ausgebildet, die mit ihrem oberen verdickten Rand an einem als Ringschulter ausgebildeten Abschnitt des Deckels 52 mit Hilfe von Schrauben 17 befestigt ist. Am unteren Ende des Schaftes 33 ist der Ventilkörper 34 mittels Schrauben 56 befestigt, die durch eine strömungstechnisch ausgebildete Kappe 57 verkleidet und gesichert sind. Am oberen Ende ist der .Schaft 33 mit einem Bund versehen, der in eine entsprechende Ausnehmung des Deckels 52 ragt und den Servokolben 35 bildet. Sowohl der Kolben 35 a"Ls auch der untere Teil des Schaftes 33 sind mit Kolbenringen 55 bzw. 61 versehen. Der Schaft 33 ist vom Bund 35 ausgehend mit einer Sackbohrung versehen, in der die Feder 37 untergebracht ist, die innen durch einen am Deckel 52 befestigten Verdrängungskörper 58 zentriert ist. Der Ver-

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drängungskörper 58 kann einen Fühler für den Ventilhut) enthalten, Im Deckel 52 sind sswei Bohrungen 59 und 60 vorgesehen, die in den Raum oberhalb bzw. unterhalb des Servokölbens 35 münden und an die die Leitung 40 bzw. 50 angeschlossen sind. Die untere Stirnseite der Führung 31 und die ihr gegenüberliegende Oberseite des Ventilkörpers 34 sind mit vorspringenden Dichtflächen 65 bzw. 66 versehen, die eine Rücksitzdichtung bilden, Ausser der kompakten Bauform hat das Absperrorgan den wesentlichen Vorteil, dass es keine Stopfbüchsdichtung aufweist; die einzige gegen aussen wirkende Dichtung besteht aus Ringen 68, die aus Silber, bestehen und die zwischen den Flanschen des Kugelgehäuses 30 und des Deckels 52 angeordnet sind. Der Raum zwischen den beiden Ringen 68 kann Über ein gegen Atmosphäre dichtes Detektionsgerät und eine gegen Atmosphäre dichte Leitung beispielsweise mit dem Kondensator 23 in Fig. 1 verbunden sein.

Die beschriebene Gestaltung des Absperrorgans 20 gemäss Fig. 2 hat den besonderen Vorteil, dass der Ventilkörper 34, die Ventilführung 31, der Schaft 33 und der Servokolben 35 zusammen mit dem Deckel 52 eine an das Ventilgehäuse montierbare Einheit bilden, die vor der Montage und auch nach dem Ausbau als Ganzes auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden kann.

Gemäss Fig. 3 wird das Gehäuse des Absperrorgans 20 von einer Erweiterung 70 der Leitung 19 gebildet. Die Führung 31 für den

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z§§§§44

Ventilschaft 33 unff der SöWö^SiiläeF 3¥ slMH¹ äff dj?e¥ Stegen 71, von' deneir nui* zWi^?· s3^tbW SiMtI 70 eingeschweisst. Am Sewo^jtfInder $£ s&ätf¹ und 5Ό^; angeschiossen, die' liBei* dfe iie^tüngeii² 4^,^11 iiHd^s den Ventilen 1 und 2 äh de¥ ef^steii¹ Siioil^ 4^3^? tiiwv ÜÖe^ αϊβ^; tüngen 42,52 und 46^ mit den Ventilen 3 und A¹ &Ά der'" zfae^ten¹ Stelle 44 des Arbeltsmit^eikreislaufs arigeschiössBii¹ siihd. Tu¹ der Leitung 45 ist ein Rückschlagventil 75 vörgesöhenv AiisSer*- dem ist ein Druckgasspeicher 77 vorhahdeny del* UtJe^ einä" elii' Rückschlagventil 76 aufweisende Leitung 47 mit der Leitung 4Ϊ^! verbunden ist. Da die Austrittsseiten del* beiden Rüökschlagventile 75 und 76 miteinander und mit den Ventilen' 1 und 2 verbunden sind, kann durch entsprechendes Betätigen der Ventile 1 und 2 dem Servozylinder 32 Arbeitsmittel von der Stelle 43 ■ oder Hochdruckgas aus dem Speicher 77 zugeführt werden. Die Zufuhr von Hochdruckgas erfolgt, wenn das Arbeitsmittel eine bestimmte Druckdifferenz zum Höchdruckgas unterschreitet. Durch diese Schaltung wird sichergestellt, dass das Absperrorgan aüch^: dann geschlossen gehalten werden kann, wenn kein Arbeitsmitteldruck vorhanden ist. In diesem Fall kann auf das Anordnen einer Feder, die der Feder 37 in Fig. 1 und 2 entspricht, verzichtet werden.

Ifci interne Leckverluste klein zu'halten, kann man die Ventile 1 bis 4 in der in der Tabelle gemäss Fig. 4 angegebenen Weise be* tätigen. Un das Absperrorgan 20 zu schliessen, werdendie Ven-

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ORlGiMAt INSPECTED

tile 1 und 4 geöffnet und die Ventile 2 und 3 geschlossen (Pos;·I), Zum anschliessenden Geschlossenhalten des Absperrorgans 20 wird

der Raum des Servozylinders 32, an dem die Leitung 50 angeschlossen ist, mit der ersten Stelle 43 durch Oeffnen des Ventils 2 und· durch Schliessen des Ventils 4 verbunden (Pos.II). Damit tritt an der Führung 31 nur ein sehr kleines Druckgefälle auf.

Zum Oeffnen des Absperrorgans 20 werden die Ventile 2 und 3 geöffnet und die Ventile 1 und 4 geschlossen (Pos.III). Zum anschliessenden Offenhalten werden die Ventile 2 und 4 umgeschaltet, d.h. Ventil 2 geschlossen und Ventil 4 geöffnet (Pos.IV), sodass die beiden Räume des Servozylinders 32 mit der zweiten Stelle 44 des Arbeitsmittelkreislaufs verbunden sind. Da zwischen dem Ventilkörper 34 und der Stirnfläche der Führung 31 die -Rücksitzdichtung besteht, tritt auch im Falle der Pos. IV keine interne Leckage auf.

Das beschriebene Betätigen der Ventile 1 bis 4 entsprechend der Tabelle gemäss Fig. 4 kann durch eine logische Steuerung erfolgen, die vorzugsweise elektronisch aufgebaut ist.

Gemäss Fig. 5 ist in der Leitung 45 eine Flüssigkeitsvorlage in Form eines zum grössten Teil mit Flüssigkeit gefüllten Behälters 88 vorgesehen, und zwar derart, dass die Leitung 45 in den Behälterraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels mündet. Am Flüssigkeitsraum des Behälters 88 sind die Leitungen 41 und 51

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angeschlossen, die über die Leitung 40 bzw. 50 zum Raum oberhalb bzw. unterhalb des Servokolbens 35 führen. Durch das Einschalten der Flüssigkeitsvorlage kann die Stelle 43 in einem Abschnitt des Arbeitsmittelkreislaufs liegen, der Dampf führt, ohne dass dampfförmiges Arbeltsmittel zu den beiden Räumen im _ Servozylinder gelangt. Die Ausführungsform mit Flüssigkeitsvorlage ist dann besonders zweckmässig, wenn durch ein kompressibles Betäti'gungsmediums bedingte Schwingungen des Servokolbens vermieden werden sollen, die Zufuhr von flüssigem Betätigungsmedium aus dem Arbeitsmittelkreislaufs jedoch nicht möglich oder zu aufwendig ist. In dem Behälter 88 kondensiert stets etwas Dampf, sodass immer ein ausreichender Wasservorrat vorhanden jst, um beim Verschieben des Servokolbens 35 den betreffenden Raum des Servozylinder 32 zu füllen.

Als zusätzliche fakultative Massnahme ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ein aus zwei Kühlern 82 und 85 gebildetes Naturumlaufkühlsystem vorgesehen, das sicherstellt, dass in den Bäumen beiderseits des Servokolbens 35 keine Dampfbildung auftritt. Die Anordnung der beiden Kühler ist dann besonders zweck mässig, wenn dem Verdampfer 14 ein Ueberhitzer 12 nachgeschaltet ist, die Turbine 21 also mit überhitztem Dampf gespeist wird. Die Kühler 82 und 85 sind oberhalb des Servokolbens 35 angeordnet, und zwar steht das untere Ende des Kühlers 82 über eine Leitung 80 mit der zum oberen Raum des Servozylinders 32 führenden Leitung

BAD ORIGINAL

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WB im- Vea?fetomanii}; m gleicher:¹ Vfeise üs* der Kühler 8¥ über ira Bettung! 83ΐ mit, dear zum unteren Rsumi ßihrenden Iieitung^ 50 ^Qn; aem?, olisren Raum des Seiivöz^inde^is 32 Μηί1;^; elite Eeitauigs 8ϊ 2eu» KühUen 8D^ und- zwa» ssu- dessett oberen Ende* Einee: eniisirryecliende Leä/tmng^ 84 führt.- vo» unfcereil· ftätM- des SArvözyllnders zma oberen*. Ende des Kühlers 8Bv Durch den Wirtoeelhfaia. am Absperrorgan 20 einerseits: und dtiröli^: die lCühlüng; in den Kühlern 82 und 85· andererseits: stellt sich in döitt KÜhlsyssfcem ein Naturumlaui^ des die beiden Kolbenselten beaufschlagenden Arbeitsinittels im Sinne der eingezeichneten Pfeile ein, so· dass in^;den^ beiden Räumen keine Dampfbildung auftreten kann.

Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform können die Ventile 1 bis 4 auch durch zwei Dreiwegyentile gebildet werden» Ersetzt das eine der beiden Dreiwegventile die Ventile 1 und 3 und das andere die Ventile 2 und 4, so entsteht der besondere Vorteil, dass die vier möglichen Stellungen der beiden Dreiwegventile mit den Positionen I - IV gemäss Fig. 4 übereinstimmen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(1»)Vorrichtung zum Absperren eines über eine Speisepumpe sowie über Entspannungsmittel im Kreislauf geführten Arbeitsmittels, mit einem einen Servokolben aufweisenden Absperrorgan, dadurch gekennzeichnet, dass die Räume beiderseits des Servokolbens über Steuerorgane sowohl mit einer ersten, in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels zwischen Speisepumpe und Absperrorgan befindlichen Stelle als auch mit einer zweiten, in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels, zwischen den Entspannungsmitteln und der Speisepumpe befindlichen Stelle des Arbeitsmittelkreislaufes verbindbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Absperrorgan in einem Kreislaufabschnitt angeordnet ist, in dem das Arbeitsmittel

. dampfförmig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung P *

derart ausgebildet ist, dass mindestens einer der beiden Räume mit flüssigen Arbeitsmittel beaufschlagt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden mit den beiden Räumen verbindbaren Stellen sich in einem Kreislaufabschnitt befindet, in dem das Arbeitsmittel flüssig ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der sich eine der beiden mit .den Räumen verbindbaren Stellen in einem Kreislaufabschnitt befindet, in dem das Arbeitsmittel dampfförmig ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Räumen einerseits und der an dem Kreislaufabschnitt mit dampfförmigem Arbeitsmittel befindlichen Stelle andererseits eine Flüssigkeiisvorlage angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, dass das Gehäuse des Absperrorganes kugelartig ausgebildet ist und der Ventilkörper, dessen Führung und der Servokolben an einem Gehäusedeckel angebracht sind und mit diesem zusammen eine an das Ventilgehäuse montifirbare Einheit bilden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, mit einer auf dem Ventilkörper wirkenden Feder, dadurch gekennzeichnet, dass die .Feder in einer gegen den Ventilkörper verschlossenen Bohrung des Ventilkörperschaftes untergebracht ist·
7. Verfahren zum Betätigen der Absperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im geschlossenen Zustand, des Absperrorgans beide Räume über die Steuerorgane in Druckausgleich gebracht und gehalten werden mit der ersten, in Strömungrichtung des Arbeitsmittels zwischen Speisepumpe und Absperrorgan befindlichen Stelle.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, bei einem Absperrorgan, dessen Ventilkörper mit einer Rücksitzdichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im offenen Zustand des Absperrorgans beide Räume über die Steuerorgane in Druckausgleich gebracht und gehalten werden mit der zweiten, in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels zwischen den Entspannungsmitteln und der Speisepumpe befindlichen Stelle.

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