DE2028544C3

DE2028544C3 - Druckmittelantrieb für Ventile und ähnliche tätige Verschlüsse

Info

Publication number: DE2028544C3
Application number: DE2028544A
Authority: DE
Inventors: Ernst Wiesendangen Voegeli (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1970-05-26
Filing date: 1970-06-10
Publication date: 1974-06-27
Also published as: DE2028544B2; JPS4936449B1; GB1296173A; IT953107B; US3811279A; CA940796A; DE2028544A1; FR2090311B1; ES391527A1; SE372971B; BE767548A; FR2090311A1; CH524091A

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmittelantrieb für Ventile und ähnliche tätige Verschlüsse mit einem Kolben, der in einem Zylinder verschiebbar ist und eine Stange trägt, die stirnseitig aus dem Zylinder herausragt und das Verschlußteil verstellt, und mit ventilgesteuerter wahlweiser wechselseitiger Druckbeaufschlagung einer Kolbenseite und Druckentlastung der anderen Seite.

Ein derartiger Druckmittelantrieb ist aus der deutschen Patentschrift 349 305 bekannt. Bei diesem Druckmittelantrieb tritt ein ständiges Durchlecken von Druckmittel von der druckbeaufschlagten Seite auf die druckentlastete Seite des Kolbens auf. Das ständige Durchlecken von Druckmittel kann mit großen Verlusten verbunden sein, wenn der Kolben einen sehr großen Durchmesser aufweist, beispielsweise mm, wie sie heute bei Absperrventilen mit solchen Sitzdurchmessern in Kernreaktoranlagen vorkommen. Der bekannte Druckmittelantrieb ware deshalb für Kernreaktoranlagen nicht geeignet, da in einem solchen Falle außer dauernder Leckverluste auch die Gefahr einer radioaktiven Verseuchung entstünde, da kontaminiertes Druckmittel in die Atmosphäre gelangen könnte.

Aus der deutschen Auslcgeschrift I 121 424 ist für ein Ventil ein pneumatischer Druckmittelantrieb mit Stufenkolben bekannt, auf dessen kleinere Kolbenfläche stets der volle Druck des Druckmittels wirkt und dessen Zylinderraum mit uincm ihn umgebenden Schmierölbehälter in stets offener Verbindung ist. Die ständige Druckbeaufschlagung soll als Feder wirken. Auch bei diesem bekannten Druckmittelantrieb tritt ein ständiges Durchlecken von Druckmittel von der

ίο kleineren Kolbenfläche her zum Schmierölbehälter auf, während bei Druckbeaufschlagung auf die größere Kolbenfläche auch von dieser Seite her zusätzliches Durchlecken von Druckmittel in den Schmierölbehälter stattfindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmittelantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein Durchlecken von Druckmittel weitgehend vermieden ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch

»ο eine solche Ventilsteuerung der Druckbeaufschlagung und -entlastung, daß nach Erreichen der einen Endstellung beide Seiten des Kolbens druckbeaufschlagt und nach Erreichen der anderen Endstellung beide Seiten des Kolbens druckentlastet sind.

*5 Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß das Durchliecken von Druckmittel auf ein Minimum verringert wird, so daß keine ständigen Leckverluste mehr auftreten, wenn der Kolben seine Endstellungen innehat. Auch bei Verwendung eines Fremddruckmittels als Antrieb ergeben sich günstige Verhältnisse, weil in diesem Falle Pumpenleistung im Druckmittelkreislauf gespart wird. Mit Hilfe des neuen Druckmittela.ntriebes wird es möglich, dessen Kolben auch mit sehr großem Durchmesser, z. B. 500 mm und mehr, auszustatten und für große Ventile anzuwenden, die entsprechend große Stellkräfte ertordern.

Wenn nach einer Weiterbildung der Erfindung mit einem Ventil zum Absperren eines über eine Speisepumpe sowie über Entspannungsmittel im Kreislauf geführten Arbeitsmittels die Räume des Zylinders nicht nur mit einer in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels zwischen Speisepumpe und Verschlußteil befindlichen Stelle, sondern auch mit einer in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels zwischen den Ent-Spannungsmitteln und der Speisepumpe befindlichen Stelle verbindbar sind, ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß überhaupt keine Leckverluste auftreten, weil etwa durchleckendes Arbeitsmittel im Kreislauf bleibt Diese Weiterbildung der Erfindung macht sie besonders geeignet zur Verwendung bei Kernreaktoranlagen, in denen aus Sicherheitsgründen eine radioaktive Verseuchung der Atmosphäre \ erhindert werden muß.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen L'nteransprüchen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild einer Dampfkraftanlage mit

°o einem Absperrventil und einem Druckmittelantrieb nach der Erfindung.

F i Jj. 2 eine abgewandelte Ausführungsform eines Absperrventils mit einem Druckmittelantrieb und
Fi μ. 3 eine Tabelle zur Erläuterung der Betriebsweise des Ventils nach F i g. 1 und 2.

Gemäß Fig. 1 ist ein als Ganzes mit 20 bezeichnetes Absperrventil im Sekundärkreislauf eines Verdampfers 14 angeordnet, in dem Dampf unter Aus-

nutzung der Kernenergie eines Atomkernreaktors ii erzeugt wird. Der Reaktor 11 liegt im Primärkreislauf des Verdampfers 14 und wird beispielsweise mit Wasser gekühlt, das mittels einer Umwälzpumpe 13 zum Verdampfer 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 Absperrventil 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 niedergeschlagen, von wo es über eine Kondensatpumpe 24, einen dampfbeheizten Vorwärmer 25 und einen Entgaser 26 zum Speisewasserbehälter 27 zurückgelangt.

Das Absperrventil 20 besteht aus einem Kugelgehäuse 30, das mit einer Führung 31 für die Stange 33 des Verschlußteils 34 sowie mit einem Zylinder 32 \ersehen ist. Am in Fig. I oberen Ende der Stange i3 ist ein Kolben 35 vorgesehen, während das untere Ende der Führung 31 mit der Oberseite des Verschlußteils 34 zusammen in dessen voll geöffneter Stellung eine Rückdichtung bildet. Zwischen der oberen Stirnwand des Zylinders 32 und der Oberseite des Kolbens 35 ist eine Feder 37 angeordnet, die die Schließbewegung des Verschlußteils 34 unterstützt. An den in Fig. 1 oberen Raum des Zylinders 32 ist eine Leitung 40 angeschlossen, die sich in zwei Leitungen 41 und 42 gabelt, von denen die Leitung 41 über ein Steuerventil 1 in eine Leitung 45 mündet, die zu einer ersten Stelle 43 führt, die zwischen der Speisepumpe 29 und dem Absperrventil 20 liegt. Die Leitung 42 weist ein Steuerventil 3 auf und mündet in eine Leitung 46. die zu einer zweiten Stelle 44 führt, die zwischen der die Entspannungsmittel des Kreislaufes bildenden Turbine 21 und der Speisepumpe 29 liegt. An dem in Fig. I unteren Raum des Zylinders 32 ist eine Leitung 50 angeschlossen, die sich in die Leitungen 51 und 52 gabelt, von denen die erstgenannte über ein Steuerventil 2 in die Leitung 45 mündet und die Leitung 52 über ein Steuerventil 4 zur Leitung 46 führt. Durch die Leitungen 40, 41, 42 und 45 mit den Steuerventilen 1 und 3 und die Leitungen 50,51,52 und 46 mit den Steuerventilen 2 und 4 sind die Räume beiderseits des Kolbens 35 sowohl mit der Stelle 43 als auch mit der Stelle 44 verbindbar. Die Steuerventile 1 bis 4 sind stopfbüchslose Absperrventile.

Im drucklosen Zustand der Anlage ist das Absperrventil 20 unter der Wirkung der Feder 37 geschlossen. Wird im Dampfsammeiraum 18 des Verdampfers 14 ein Dampfdruck aufgebaut, so kann das Absperrventil 20 dadurch geöffnet werden, daß die Ventile 2 und 3 geöffnet und die Ventile 1 und 4 geschlossen weiden. 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 Kolbens 35, während der Raum oberhalb des Kolbens 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 Druckmittel höheren Drucks drückt beim Öffnen des Absperrventils 20 die Feder 37 zusamir.en. Tritt beispielsweise in der vom Absperrventil 20 zur Turbine 21 führenden Leitung 19 ein Bruch auf, so muß das Absperrventil 20 schnell geschlossen werden, was dadurch geschieht, daß die Ventile 1 und 4 geöffnet und die Ventile 2 und 3 ge-

schlossen werden. In diesem Fall wird der oberhalb des Kolbens 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 Kolbens mit der Stelle 44. Unterstützt durch die Feder 37 schließt dann das Absperrventil 20 sofort.

Die Einmündung der Leitung 50 in dem Zylinder 32 ist zweckmäßig etwas oberhalb der unteren Stirnwand des Zylinders angeordnet, so daß im letzten Teil des Schließweges des Verschlußteiles 34 der Koiben 35 die Einmündungsstelle der Leitung 50 verschließt, wodurch das im unteren Raum eingesperrte Medium den Aufschlag des Verschlußteiles auf den Sitz dämpft.

Gemäß F i g. 2 wird das Gehäuse des Absperrventils 20 von einer Erweiterung 70 der Leitung 19 gebildet. Die Führung 31 für die Stange 33 des Kolbens 35 und der Zylinder 32 sind an drei radialen Stegen 71. von denen nur zwei sichtbar sind, in der Erweiterung 70 eingeschweißt. Am Zylinder 32 sind die Leitungen 40 und 50 angeschlossen, die über die Leitungen 41,51 und 45 mit den Ventilen 1 und 2 an der ersten Stelle 43 bzw. über die Leitungen 42, 52 und 46 mit den Ventilen 3 und 4 an der zweiten Stelle 44 des Arbeitsmittelkreislaufs angeschlossen sind. In der Leitung 45 ist ein Rückschlagventil 75 vorgesehen. Außerdem ist ein Druckgasspeicher 77 vorhanden, der übtr eine ein Rückschlagventil 76 aufweisende Leitung 47 mit der Leitung 41 verbunden ist. Da die Austrittsseiten der beiden Rückschlagventile 75 und 76 miteinander und mit den Ventilen 1 und 2 verbunden sind, kann durch entsprechendes Betätigen der Ventile 1 und 2 dem Zylinder 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 Hochdruckgas unterschreitet. Durch diese Schaltung wird sichergestellt, daß das Absperrventil 20 auch 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 entspricht, verzichtet werden.

Um interne Leckverluste klein zu halten, werden die Ventile 1 bis 4 in der in der Tabelle gemäß F i g. 3 angegebenen Weise betätigt. Um das Absperrventil 20 /u schließen, weiden die Ventile 1 und 4 geöffnet und die Ventile 2 und 3 geschlossen (Pos. I). Zum anschließenden Geschlossenhalten des Absperrventils 20 wird der Raum des Zylinders 32, an dem die Leitung 50 angeschlossen ist. mit der ersten Stelle 43 durch Öffnen 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 Ölfnen des Absperrventils 21) werden die Ventile 2 und 3 geöffnet und die Ventile I und 4 geschlossen (Pos, III). Zum anschließenden Offenhalten werden die Ventile 2 und 4 umgeschaltet, d. h.

Ventil 2 geschlossen und Ventil 4 geölinet (Pos. IV). so daß die beiden Räume des V.\ linders 32 mit dei /weilen Stelle 44 des Arbeitsmitttclkreislauls verbunden sind. Da /wischen dem Verschlussteil 34 und der Stirnfläche der Führung 31 die Rückdichtung besteht, tritt auch im Falle der Pos. IV keine interne Leckage auf.

Das beschriebene Betätigen der Ventile I bis 4 entsprechend der 'labeile gemäß Jig.? kann durch eine logische Steuerung erfolgen, die \orzugs weise elektronisch aufgebaut ist.

Nach einer nicht dargestellten Ausführungslorm können die Ventile 1 bis 4 auch durch zwei Dreiweg- \entile gebildet werden. Frsetzt das eine der beiden Dici\\cg\cniile die Ventile 1 und 3 und das anden die Ventile 2 und 4. so entsteht der besondere Vor teil, dab die vier möglichen Stellungen der beider Drciwcgvenlile mit den Positionen I bis IV genial I- ι u. 3 überciiiMimmen.

Nach einer weiteren nicht dargestellten Auslüh rungslorm kann auch das Absperrventil 20 genial I" i g. 1 kompakt und raumsparend ausgebildet v.ci den. indem der Kolben 35 und die Stange 33 hohl um i<j nach oben ollen sind, in welchem Hohlraum dam die Feder 37 untergebracht werden kann. In diesen Jail kann der Zylinder 32 ein Stück mit einem da: kugelige Ventilgehäuse 30 oben abschließende! Deckel bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeiclinungen

Claims

2 023 544 Patentansprüche:

1. Druckmittelantrieb für Ventile und ähnliche tätige Verschlüsse mit einem Kolben, der in einem Zylinder verschiebbar ist und eine Stange trägt, die stirnseitig aus dem Zylinder herausragt und das Verschlußteil verstellt, und mit ventilgesteuerter wahlweiser wechselseitiger Druckbeaufschlagung einer Kolbenseite und Druckententlastung der anderen Seite, gekennzeichnet durch eine solche Ventilsteuerung (1 bis 4) der Druckbeaufschlagung· und -entlastung, daß nach Erreichen der einen Endstellung beide Seiten des Kolbens (35) druckbeaufschlagt und nach Erreichen der anderen Endstellung beide Seiten des Kolbens (35) druckentlastet sind.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schließstellung beide Seiten des Kolbens (35) druckbeaufschlagt und in der Offenstellung beide Seiten des Kolbens (35) druckentlastet sind.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Ventil zum Absperren eines über eine Speisepumpe sowie über Entspannungsmittel im Kreislauf geführten Arbeitsmittels, wobei die Räume des Zylinders mit einer in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels zwischen Speisepumpe und Verschlußteil befindlichen Stelle verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume des Zylinders (32) außerdem mit einer in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels zwischen den Entspannungsmitteln (21) und der Speisepumpe (29) befindlichen Stelle (44) verbindbar sind.

4. Antrieb nach einem dei Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußteil (34) eine Rückdichtung aufweist.

5. Antrieb nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung des Druckmittelantriebs mit dem Ventil (20) bei Kernreaktoranlagen.