DE2218653C2

DE2218653C2 - Absperrventil mit einem Kolben und einem Hilfsventil

Info

Publication number: DE2218653C2
Application number: DE2218653A
Authority: DE
Inventors: M Pospisek
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1972-04-10
Filing date: 1972-04-18
Publication date: 1980-10-09
Also published as: GB1418177A; DE2218653B1; FR2179809A1; US3807438A; ES413508A1; JPS4916011A; FR2179809B1; CA982447A; JPS5514312B2; BE797861A; NL7206221A; IT983761B; NL147522B; CH550351A; SE377175B

Description

Die Erfindung betrifft ein Absperrventil, insbesondere für kompressible Medien, dessen Verschlußteil einen in einem Zylinder verschiebbaren Kolben aufweist, wobei der dem Verschlußteil zugewendete Zylinderraum direkt oder über einen großen Querschnitt und der dem Verschlußteil abgewenclcte Zylinderraum über mindestens eine Drosselstelle stets mit der Zuströmscitc des Ventils verbunden sind, wobei der dem Verschlußteil abgewendete Zylinderraum über ein Hilfsventil mit einem Raum niedrigeren Druckes verbindbar ist und wobei zwischen dem dem Verschlußteil abgewendeten Zylinderraum und dem Hilfsventil eine Drosseleinrichtung vorgesehen ist, deren wirksamer Drosselquerschnitt in Abhängigkeit vom Hub des Verschlußteils derart verändert wird, daß er bei Schließstellung des Verschlußteils ein Maximum aufweist und Lei Bewegung des Verschlußteils in öffnendem Sinne zu einem Minimum wird.

Es ist ein Ventil dieser Art bekannt Die Drosseleinrichtung dieses Ventils besteht aus einem in Bewegungsrichtung des Verschluflteils mehrere Löcher aufweisen-

i^ den Zylinder, in dem ein stangenartiger Fortsatz des Kolbens gleitet Außerdem ist im stangenartigen Fortsatz eine winkelförmige Bohrung vorgesehen, durch die der dem Verschlußteil abgewendet^ Zylinderraum mit dem Zylinderraum in Verbindung steht, in dem der stangenartige Fortsatz gleitet Bei Bewegung des Verschlußteils in öffnendem Sinne werden die Öffnungen in der Zylinderwand nacheinander vom stangenartigen Fortsatz verschlossen, wonach das Medium aus dem dem Verschlußteil abgewendeten Zylinderraum durch die winkelförmige Bohrung im stangenartigen Fortsatz entweichen kann. Somit wird der Drosselquerschnitt gegen Ende des Hubes zu einem Minimum. Wird das Ventil als Sicherheitsventil in Kernreaktoranlagen verwendet, wobei der Kolben von Dampf oder Gas

beaufschlagt wird, so wird beim öffnen des Ventils das aus Verschlußteil und Kolben bestehende System zunächst etwas beschleunigt und danach durch Verringern des Drosselquerschnitts in seiner Bewegung gedämpft. Wenn sich hierbei ein Druckpolster aufbaut, besteht die Gefahr, daß das Verschlußsystem federnd zurückgeworfen wird.

Aus der am 12. Januar 1956 ausgelegten deutschen Auslegeschrift M 21 810XII/47g ist eine Vorrichtung zur Dämpfung des Schlages Heim Schließen des Verschlußteils eines in einer Wasserleitung angeordneten Ventils bekannt, um Wasse^rschläge in der Leitung und damit Überbeanspruchungen in dieser Leitung zu vermeiden. Bei dieser Dämpfungsvorrichtung ist ein Drosselspalt vorgesehen, der zwischen einem mit dem Verschlußteil verbundenen Kolben und dem Zylinder derart vorgesehen ist, daß er sich bei Bewegung des Verschlußteils in Schließrichtung verengt. Beim Schließen muß also das vom Kolben durch den Spalt verdrängte Wasser einen zunehmenden Widerstand

w überwinden, so daß der Verschlußteil immer langsamer werdend seine Schließstellung erreicht

Eine nach dem gleichen Dämpfungsprinzip arbeitende Vorrichtung ist aus der deutschen Auslegeschrift 10 43 738 bekannt. Die Drosselung erfolgt hierbei mit

■">■) Hilfe einer im Verschlußteil angebrachten Drosselbohrung, in die ein fest am Ventilgehäuse angebrachter Stift ragt, der so ausgebildet ist, daß abhängig vom zurückgelegten Weg des Verschlußteils die Drosselwirkung bis zum Ende der Schließbewegung zunimmt. Bei

Mi beiden bekannten Drosselvorrichtungen ändert sich also der Drosselquerschnitt in Richtung der Schließbewegung von einem Maximum zu einem Minimum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Absperrventil der eingangs benannten Art eine auch für Gase und Dämpfe brauchbare Dämpfungseinrichtung zu schaffen, bei der kein federndes Zurückwerfen des Verschlußsystems stattfindet und keine großen Werkstoffbeanspruchungcn auftreten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teii des Anspruchs !angegebenen Merkmale.

Dadurch wird auf einfache Weise erreicht, daß die Öffnungszeit des Absperrventils wesentlich kürzer ist, denn beim Öffnen wird zunächst sehr rasch ein großer ■> Ventilquerschnitt freigegeben, ohne daß im späteren Verlauf der Öffnungsbewegung der Verschlußteil mit großer Beschleunigung in die Endlage fahren oder federnd zurückgeworfen würde, denn der sich anfänglich mit großer Beschleunigung bewegende Verschluß- in teil wird im weiteren Verlauf seiner Bewegung durch die Wirkung des minimalen Drosselquerschnitts zunächst stark gebremst und gelangt schließlich wegen des sich wieder vergrößernden Drosselquerschnitts in kurzer Zeit mit sehr kleiner Geschwindigkeit in die Endlage, ι ί Gleichzeitig werden übermäßige Werkstoffbeanspruchungen vermieden, was im Hinblick darauf wesentlich ist, daß der Sitzdurchmesser des Absperrventils etwa 200 mm beträgt

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Drosseleinrichtung aus einem mit dem Kolben verbundenen Schieberkolben un<? zwei mit diesem zusammenwirkenden, in Achsrichtung des Schieberkolbens hintereinander angeordneten Kammern sowie zwei Querschnittsverengungen, von denen die eine sich zwischen den Kammern und die andere zwischen dem dem Verschlußteil angewendeten Zylinderraum und der diesem Raum benachbarten Kammer befindet, und daß die diesem Zylinderraum benachbarte Kammer mit dem Hilfsventil und die andere Kammer so mit dem dem Verschlußteil abgewendeten Zylinderraum verbunden ist.

Aus der am 10. September 1953 bekanntgemachten deutschen Patentanmeldung B 14 753 XII/47 g ist es bekannt, zur Steuerung eines Regelventils zwei gleichartig betätigte Hilfsventil parallel zu schalten.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch ein Absperrventil gemäß der Erfindung und

F i g. 2 das Ventil nach F i g. 1 in Ansicht zusammen mit einer besonderen Steuerventilanordnung.

Gemäß F i g. 1 ist das Gehäuse 1ί· des als Ganzes mit 1 bezeichneten Absperrventils durch einen Ventilsitz 2 in eine Eintrittskammer 3 und eine Austrittskammer 4 unterteilt. In die Eintrittskammer 3 ragt ein Zylinder 10 hinein, in dem ein Koilben 12 verschiebbar angeordnet ist. Der Zylinder 10 weist an seinem oberen Ende eine Ringschidter 7 auf, mit der er unter Zwischenschaltung zweier Dichtungen 8 zwischen einem Flansch 5 des Gehäuses 18 und einem Flansch 6 eines Deckels 9 eingespannt ist. Die beiden Flansche 5 und 6 werden durch Schrauben 11 zusammengehalten.

Das untere Ende des Kolbens 12 ist etwas eingezogen und bildet den mit dem Sitz 2 zusammenwirkenden Verschlußteil 13. An seinem oberen Ende bildet der Kolben 12 eine ringförmige Wand 52, die mit einer etwa radialen Bohrung 32 versehen ist, die zusammen mit einer Bohrung 31 im Zylinder 10 eine Drosselstelle bildet, über die der dem Verschlußteil 13 abgewendete Zylinderraum 30 stets mit der Eintrittskammer 3 verbunden ist. Im Zylinderraum 30 ist eine Feder 55 M untergebracht, die in Schließrichtung auf den Kolben 1? wirkt.

Der Kolben 12 ist über einen zentralen Fortsatz 14 einstückig mit einem Schieberkolben 15 versehen, der zusammen mit zwei Kammern 22 und 24 und zwei Verengungen 21 und 23 eine Drosseleinrichtung bildet. Zwischen dem Schieberkolben 15 und dem Kolben 12 befindet sich ein Abschnitt 16, dessen Durchmesser kleiner ist als der des Schieberkolbens 15, so daß dieser nach Art eines Steuerschiebers eine obere und eine untere Steuerkante aufweist, die mit den Verengungen 23 bzw. 21 zusammenwirken. Die beiden Kammern 22 und 24 bilden mit den sie begrenzenden Wandungsteilen ein Schiebergehäuse 20, das aus einem Stück mit dem Deckel 9 besteht Die obere Kammer 24 ist über Bohrungen 25, von denen in F i g. 1 nur eine gezeichnet ist, mit dem Zylinderraum 30 und die Kammer 22 über eine Bohrung 40 großen Querschnitts und über eine am Deckel 9 angeschlossene Leitung 41 mit dem Hilfsventil 53 verbunden. Die Leitung 41 setzt sich hinter dem Hilfsventil 53 in eine Ablaufleitung 76 fort die zu einem Raum niedrigeren Druckes führt, z. B. in die an die Austritiskammer 4 angeschlossene, nicht dargestellte Leitung. Die zwischen den Kainmern 22 und 24 befindliche Verengung 23 hat einen Durchmesser, der etwas größer ist als der des Schieberkolbens 15. Die Verengung 21 zwischen der Kammer 22 und dem Zylinderraum 30 hat einen Durchmesser, der dem des Schitüerkolbens 15 entspricht. Das Hilfsventil 53 wird auf nicht näher dargestellte Weise vom Druck des abzusperrenden Mediums in der Eintrittskammer 3 beeinflußt, wozu am Gehäuse 58 eine Leitung 59 angeschlossen ist. Eine weitere am Gehäuse 18 angeschlossene Leitung 57 dient zum Entwässern der Eintrittskammer 3.

Am oberen Ende des Schieberkolbens 15 ist ein Zapfen 50 angebracht, der in offener Stellung des Verschlußteils 13 mit einem elektrischen Hubgeber 51 zusammenwirkt, der auf dem Deckel 9 angeordnet ist.

Das Absperrventil 1 ist beispielsweise an die Frischdampfleitung einer Kernreakioranlage angeschlossen und dient als Sicherheitsventil. In diesem Fall muß es beim Überschreiten eines bestimmten Frischdampfdruckes schnell öffnen.

Das Absperrventil funktioniert wie folgt: Im Normalbetrieb der Anlage wird der Verschlußteil 13 auf den Sitz 2 gepreßt, und zwar durch den Druck des Mediums in der Eintrittskammer 3, der über die 3ohrung2n 31 und 32 auf die dem Verschlußteil 13 abgewendete Seite des Kolbens 12 wirkt. Steigt der Druck in der Eintrittskammer 3 über einen bestimmten Wert, so öffnet das Hilfsventil 53 in der Leitung 41. Es pflanzt sich dadurch eine Unterdruckwelle vom Hilfsventil 53 aus über die Leitung 41, die Bohrung 40, die Kammern 22 und 24 und die Bohrungen 25 in den Zylinderraum 30 fort, so Jaß das Medium aus diesem Raum über die Leitungen 41 und 76 abströmt Infolgedessen sinkt der Druck im Zylinderraum 30, und Kolben 12 und Verschlußteil 13 bewegen sich in öffnendem Sinne, wobei diese stark beschleunigt werden. Die Bohrungen 31 und 32 sind so klein, daß der Druck im Zylinderraum 30 näher bei dem in der Leitung 7^C herrschendem Druck als bei dem in der Eintrittskammer 3 herrschenden Druck liegt. Wegen der großen Druckdifferenz erreicht der Servokolben 12 schon nach Zurücklegung eines kurzen Weges eint hohe Geschwindigkeit. Wenn der Schieberkolben 15 mk seiner oberen Steuerkante in die Verengung 23 einläuft, wird der Querschnitt für das aus dem Zylinderraum 30 in die Leitung 41 abströmende Medium ein Minimum, so daß das Medium stark gedrosselt wird und die Beschleunigung abnimmt und schließlich zu Null wird.

Ungefähr zu diesem Zeitpunkt vorläßt die untere Kante des .Schieberkolbens 15 die Verengung 21. so daB wieder eine Verbindung größeren Querschnitts /wischen dem Zylinderraum 30 und der Leitung 41 hergestellt ist. Diese Verbindung, deren Größe von dem Kingquer schnitt zwischen dem Kolbenabschnitt 16 und der Verengung 21 bestimmt wird, ist wesentlich kleiner als die vorher existierende Verbindung über die Flohrungen 25 und die Kammern 24 und 22. Damit is; der sich zwischen dem Kolbcnabschnitl 16 und der Verengung m 21 einstellende Mediunistrom so gering, daß der Kolben weiterhin gebremst wird, bis er schließlich mit sehr kleiner Geschwindigkeit die obere Endlage erreicht.

Soll das Absperrventil 1 geschlossen werden, so wird das Hilfsventil 53 geschlossen, und es stellt sich dann ι über die Bohrungen 31 und 32 im Zylinderraum 30 der gleiche Druck wie in der Eintrittskammer 3 ein. Die Schließfeder 55 und das Eigengewicht bringen dann den Verschlußteil 13 in Schließstellung.

Gemäß F i g. 2 ist an Steile des einzigen riiif:>veniiis 53 :n eine aus zwei Hilfsventilen bestehende Anordnung vorgesehen. Diese Anordnung besteht aus einem ersten, elektrisch gesteuerten Hilfsventil 63 und einem zweiten, hydraulisch gesteuerten Hilfsventil 83. Für das elektrisch gesteuerte Hilfsventil 63 ist an der Leitung 59 eine .··, Membrandose 60 als Druckempfänger angeschlossen, die einen Kontaktsatz 61 trägt, der im Stromkreis der Spule 62 eines Magnetankers 64 angeordnet ist. an dem der Verschlußteil 65 befestigt ist. Es können parallel zum Kontaktsatz 61 weitere Kontaktsätze im Stromkreis der m Spule 62 vorgesehen sein, die von anderen Sicherheitsgrößen beeinflußt werden.

An der Leitung 59 ist außer der Membrandose 60 ein zum hydraulisch gesteuerten Hilfsventil 83 gehörender Begrenzer 70 angeschlossen, der einen federbelasteten η Stufenkolben 71 enthält. Ein durch die Stufe gebildeter Ringraum 72 ist über eine Leitung 73 mit einem Zylinder 74 sowie über eine Drosselstelle 75 mit der Ablaufleitung 76 verbunden, die zu einer Leitung 77 führt, die ar die Austrittskammer des Absperrventils I angeschlossen ist. Im Zylinder 74 ist cm kleiner Servokolben 8f angeordnet, der über eine Stange 81 mit dcir federbelastet Vcrschlul.tteil 82 des Hilfsventil* 8] verbunden ist. Das elektrisch gesteuerte Hilfsventil 63 und das hydraulisch gesteuerte Hilfsventil 83 sin, parallel an der Leitung 41 sowie an der Abiaufleitung 7f angeschlossen.

Steigt der Druck in der Membrandose 60 über einen bestimmten Grenzwert, so schließt der Kontaktsatz 61 den Stromkreis, und die Spule 62 hebt den Anker 64 und damit den Verschlußteil 65 an, so daß dann, wie oben ar Hand von F i g. I beschrieben, das Absperrventil I öffnet.

Sollte das elektrisch gesteuerte Hilfsventil 63 weger fehlender elektrischer Energie ausfallen, so spricht da· hydraulisch gesteuerte Hilfsventil 83 an. In diesem Falle steigt der Druck im Absperrventil 1 über den an dei rviembranuose 60 eingesieiiieti Gren/wcti niiiaiiv w.i· zur Folge hat, daß im Begrenzer 70 der Stufenkolben 71 bei einem /weiten, etwas höher eingestellten Grenzwert aus der Stufe austritt, wodurch die gesamte Kolbenflä ehe vom Medium beaufschlagt wird und der Kolben 71 schlagartig in eine obere Endlage gelangt. Damit gelangt das Medium auch schlagartig auf den kleiner Servokolben 80. der den Verschlußteil 82 plötzlich anhebt, so daß die Leitung 41 mit dem niedrigerer Druck ii.-r Ablaufleitung 76 in Verbindung kommt. Da? Absperrventil I öffnet dann, wie es oben an Fig. I erläutert wurde.

Gemäß F i g. 2 itt an der Eniwässerungsleitung 57 über ein Ventil 92 ein Kondensattopf 90 angeschlossen dessen Ausgang mit der Ablaufleitung 76 verbunden ist Mit Hilfe des Kondensattopfes wird vermieden, daß sich über dem Sitz 2 Wasser ansammelt, das das Absperrven til 1 füllen und dadurch seine sichere Betriebsweise beeinträchtigen könnte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Absperrventil, insbesondere für kompressible Medien, dessen Verschlußteil einen in einem Zylinder verschiebbaren Kolben aufweist, wobei der dem Verschlußteil zugewendete Zylinderraum direkt oder über einen großen Querschnitt und der dem Verschlußteil abgewendete Zylinderraum über mindestens eine Drosselstelle stets mit der Zuströmseite des Ventils verbunden sind, wobei der dem Verschlußteil abgewendete Zylinderraum über ein Hilfsventil mit einem Raum niedrigeren Druckes verbindbar ist und wobei zwischen dem dem Verschlußteil abgewendeten Zylinderraum und dem Hilfsventil eine Drosseleinrichtung vorgesehen ist deren wirksamer Drosselquerschnitt in Abhängigkeit vom Hub des Verschlußteils derart verändert wird, daß er bei Schließstellung des Verschlußteils ein Maximum aufweist und bei Bewegung des VerschluBteils in öffnendem Sinne zu einem Minimum wird, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Drosselquerschnitt nach Durchlaufen des Minimalbereichs ab einem festgelegten Hub einen gegenüber diesem Minimum vergrößerten Wert aufweist

2. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Drosseleinrichtung aus einem mit dem Kolben (12) verbundenen Schieberkolben (14 bis 16) und zwei mit diesem zusammenwirkenden, in Achsrichtung des Schieberkolbens hintereinander angeordneten Kammern (22, 24) sowie zwei Quersch.iittsvei v-ngungen (21, 23) besteht, von denen dit -sine sich zwischen den Kammern (22,24) und die and«, e zwischen dem dem Verschlußteil (13) abgewendeten Zylinderraum (30) und der diesem Raum benachbarten Kammer (22) befindet, und daß die diesem Zylinderraum (30) benachbarte Kammer (22) mit dem Hilfsventil (53) und die andere Kammer (24) mit dem dem Verschlußteil (13) abgewendeten Zylinderraum (30) verbunden ist.

3. Absperrventil nach Anspruch I oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) und der Schieberkolben (14 bis 15) aus einem Stück bestehen.

4. Absperrventil nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Schieberkolben (14 bis 16) zusammenwirkenden Kammern (22, 24) in einem Ventildeckel (9) angebracht sind.

5. Absperrventil nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Verschlußteil (13) abgewendete Zylinderraum (30) eine auf den Kolben (12) wirkende Schließfeder (55) aufweist.

6. Absperrventil nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß dem hydraulisch gesteuerten Hilfsventil (53) ein elektrisch gesteuertes Hilfsventil parallel geschaltet ist.