DE2349155A1

DE2349155A1 - Glandless solenoid valve for controlling corrosive fluids - has soft-iron armature sealed within sliding valve-opening component

Info

Publication number: DE2349155A1
Application number: DE19732349155
Authority: DE
Inventors: Heinz Antoni; Carl Hans Leichsenring
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1972-05-26
Filing date: 1973-09-29
Publication date: 1975-04-10
Also published as: DE2225689B1; DE2225689C2

Abstract

The particular fluid to be considered is a high concentration of nitric acid. All parts of the valve in contact with it are of austenitic stainless steel but, as this is non-magnetic, the armature is of soft-iron sealed within the sliding valve-opening component. Component is a cylindrical shell its upper part containing the soft-iron armature wholly sealed within the top plate and the central tube; its lower part contains a spring pressing upon the valve plate which may be of synthetic ruby and which is held captive by the inturned shoulder at the lower end. The valve closing spring shuts the valve which is opened by passing current through an electric coil surrounding the upstanding cylindrical part of the valve cover.

Description

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 25. 9. 1973SOCIETY FOR Karlsruhe, September 25, 1973

KERNFORSCHUNG MBH PLA 73/51 Sdt/lbNUCLEAR RESEARCH MBH PLA 73/51 Sdt / lb

3
Zusatz zu P 22 25 689.1-12 3
Addition to P 22 25 689.1-12

Stuffing box-free solenoid valve for aggressive media

Die Erfindung betrifft ein stopfbuchsenloses Magnetventil für aggressive Medien, gemäß der Patentanmeldung P 22 25 68^.^-12 bestehend aus einem Ventilgehäuse mit dem Ventilraum und einer mit diesem dicht verbundenen von der Magnetwicklung umgebenen hohlen Hülse zur Aufnahme eines unter Federdruck stehenden Magnetankerträgers, der in sich ein ebenfalls unter Federdruck stehendes Verschlußteil für die Ein- oder Auslassöffnungen aufnimmt und zwischen seiner Ober- und Unterseite Verbindungskanäle aufweist.The invention relates to a glandless solenoid valve for aggressive media, according to patent application P 22 25 68 ^. ^ - 12 consisting of a valve housing with the valve chamber and one surrounded by the magnet winding, which is tightly connected to it hollow sleeve for receiving a magnet armature support which is under spring pressure and which is also under spring pressure Receives closure part for the inlet or outlet openings and having connecting channels between its top and bottom.

Solche Ventile in stopfbuchsenloser Ausführung, das heißt ohne Betätigungsdurchführung nach außen, werden infolge ihrer dichten Kapselung vorzugsweise in kerntechnischen Anlagen eingesetzt. Zu den Anforderungen, die an die Dichtigkeit gestellt werden müssen, treten weitere Forderungen nach Strahlenbeständigkeit und nach Korrosionssicherheit. In Wiederaufarbeitungsanlagen für bestrahlte Kernbrennstoffe eingesetzte Ventile müssen säurefest sein und darüber hinaus bei Schmutzunempfindlichkeit eine hohe Betriebssicherheit über lange Zeit gewährleisten. Ein für diese Zwecke geeignetesSuch valves in a glandless design, that is, without Owing to their tight encapsulation, they are preferably used in nuclear systems. to the requirements that must be placed on the tightness, come further requirements for radiation resistance and after Corrosion protection. In reprocessing plants for irradiated Valves used in nuclear fuel must be acid-proof and, in addition, have a high level of operational reliability if they are not sensitive to dirt guarantee for a long time. A suitable one for these purposes

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Ventil ist in der deutschen Patentanmeldung P 22 25 689.4-12 κ> beschrieben. Bei den herkömmlichen Ventilen sind die Bedingungen jedoch schlecht erfüllbar, da die zwangsläufig durch den Druckausgleich mit dem abzusperrenden Medium in Berührung kommenden Kerne aus ferritischem Material sich z.B. in hochkonzentrierter Salpetersäure auflösen. Ein Übergang auf säurefeste Kernmaterialien ist nicht möglich, da einerseits säurefeste, austenitische Materialien nicht magnetisierbar sind und andererseits, ferritische, jedoch hochlegierte korrosionsfeste Stähle bei häufiger Schaltung einen Aufmagnetisierungseffekt zeigen können, der die Funktionssicherheit des Ventiles beeinträchtigen könnte. Um somit ein Hängenbleiben der Ventilmagnete mit Sicherheit zu verhindern, sind, von den magnetischen Eigenschaften her gesehen, ferritische Weicheisenkerne erforderlich, da die sich in hochradioaktiven Anlagen in Betrieb befindlichen Ventile nur sehr schwer und mit großem Aufwand austauschen lassen.Valve is described in German patent application P 22 25 689.4-12 κ> . In the case of conventional valves, however, the conditions are difficult to meet, since the cores made of ferritic material that inevitably come into contact with the medium to be shut off as a result of the pressure equalization dissolve, for example, in highly concentrated nitric acid. A transition to acid-resistant core materials is not possible because, on the one hand, acid-resistant, austenitic materials are not magnetizable and, on the other hand, ferritic, but high-alloy, corrosion-resistant steels can show a magnetization effect when switched frequently, which could impair the functional reliability of the valve. In order to reliably prevent the valve magnets from getting stuck, ferritic soft iron cores are required from the point of view of the magnetic properties, since the valves in operation in highly radioactive systems can only be replaced with great difficulty and with great effort.

Weitere Magnetventile zum Stand der Technik sind in der Hauptanmeldung P 22 25 689.J[-12 beschrieben und gewürdigt.Further prior art solenoid valves can be found in the main application P 22 25 689.J [-12 described and appreciated.

Die hier vorliegende Erfindung hat nun die Aufgabe, ein Ventil gemäß der Hauptanmeldung zu verbessern, welches wie dieses ebenfalls beim Einsatz in stark korrosiven Medien, wie hochkonzentrierter Salpetersäure hinreichend beständig ist und dabei eine einfachere und billigere Herstellungsmöglichkeit erlaubt.The present invention now has the task of providing a valve according to to improve the main application, which like this one as well when used in highly corrosive media, such as highly concentrated nitric acid, is sufficiently resistant and a simpler one and cheaper manufacturing option allowed.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabenstellung besteht bei einem Ventil der eingangs beschriebenen Art,darin, daß der Magnetankerträger die Form eines Doppelnapfes aus korrosionsfestem Werkstoff mit zwei Räumen aufweist, in dessen einem, dem Ventilraum abgewendeten und völlig abgekapselten Raum sich der Magnetanker befindet, und daß in dem anderen Raum des Magnetankerträgers am Innenrand der Öffnung als Schließelement ein ebenfalls korrosionsfestes Plättchen angeordnet ist, welches mittels einer korrosionsfesten Feder von innen gegen die zur Halterung eingewalzte Napfwand gedruckt wird und Verbindungsöffnungen von dem Raum hinter dem Plättchen durch die Napfwand zum Ventilraum hin vorhanden sind. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin,The inventive solution to this problem consists in a valve of the type described in that the armature support has the shape of a double cup made of corrosion-resistant material with two rooms, in one of which, the valve chamber facing away and completely encapsulated, the armature is located is located, and that in the other space of the armature support on the inner edge of the opening as a closing element is also corrosion-resistant Plate is arranged, which by means of a corrosion-resistant spring from the inside against the rolled-in cup wall to the holder is printed and there are connection openings from the space behind the plate through the cup wall to the valve space. Another advantageous feature of the invention is

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daß die Verbindung zwischen der Ober- und Unterseite des Magnetankerträgers durch eine Längsbohrung des Ankers gebildet wird, wobei der Magnetanker in seinem Träger von einem korrosionsfesten Rohr durchsetzt ist, dessen Wandung mit dem Magnetankertrager dicht verbunden ist und das den anderen Raum des Magnetankerträgers mit den Innenraumteil der Hülse außerhalb des Magnetankerträgers verbindet. Bei einem Ventil dieser Bauart können in vorteilhafter Weise das Ventilgehäuse, die Hülse und der Magnetankerträger, dessen Deckel und das Rohr aus säurefestem Material, der gekapselte Magnetkern jedoch aus Magnetwerkstoff, vorzugsweise Weicheisen bestehen. Das eigentliche Dichteelement bei diesem Ventil wird vorteilhafterweise aus einem synthetischen Rubinplättchen gefertigt. Diese Ventilbauart gestattet es, den eigentlichen Magnetankerkern völlig mit säurefestem Material zu kapseln, wobei die magnetischen Eigenschaften eines stopfbuchsenlosen Magnetventils erhalten bleiben und das Ventil mit dem zu schaltenden, korrosiven Medium völlig geflutet werden kann.that the connection between the top and bottom of the armature support is formed by a longitudinal bore in the armature, the magnet armature in its support by a corrosion-resistant Tube is penetrated, the wall of which is tight with the armature support is connected and that connects the other space of the armature support with the interior part of the sleeve outside of the armature support. In a valve of this type, the valve housing, the sleeve and the armature support, its The cover and the tube are made of acid-resistant material, but the encapsulated magnetic core is made of magnetic material, preferably soft iron. The actual sealing element in this valve is advantageously made from a synthetic ruby plate. These Valve design allows the actual armature core completely to be encapsulated with acid-proof material, whereby the magnetic properties of a glandless solenoid valve are retained and the valve can be completely flooded with the corrosive medium to be switched.

Der Druckausgleich beim Schalten des Magnetes zwischen Ober- und Unterseite erfolgt dabei in vorteilhafter Weise durch das, den Magnetankerträger und den Magnetkern durchsetzende Rohr, welches ebenfalls aus säurefestem Material wie der Träger gefertigt ist. Die Figur zeigt im Querschnitt das Ventilkörpergehäuse 1, das an seiner Oberseite mit der hohlen Hülse 2 dicht verschraubt ist. Ventilgehäuse 1 und Hülse 2 schließen einen Ventilraum 7 ein, der über den Ventilsitz 8 und die Einlauföffnung 9 mit den Zu- bzw. Ablauföffnungen 5 und 6 in Verbindung steht. Der obere Teil der Hülse 2 ist durch eine Zwischenwand 10 abgedichtet, über welcher sich der vom Ventilraum 7, bzw. dem zu schaltenden Medium getrennten Hülsenkern 11 befindet. Der Hülsenkern 11 bildet einen Teil des Schalt- . magnetes. Außerhalb der Hülse 2 ist um diese herum die nicht dargestellte Wicklung zur Erzeugung des magnetischen Feldes angeordnet. Im Innenraum der Hülse 2, der einer kreiszylindrischen Bohrung entspricht, gleitet mit geringem Spiel der ebenfalls krei'szylindrische Magnetankerträger 3. Dieser weist die Form eines Doppelnapfes mit zwei Räumen 12 .und 13 auf. In den nach außen durch den Deckel 14 gekapselten oberen Raum 12 des Trägers 3 ist der Magnetanker 4 angeordnet. Der Magnetanker 4 wird von einer Bohrung 15 durchsetzt, die den unteren Napf-The pressure equalization when switching the magnet between the top and bottom takes place in an advantageous manner by the Magnetic armature support and the tube penetrating the magnetic core, which is also made of acid-proof material like the carrier. The figure shows in cross section the valve body housing 1, the its upper side is screwed tightly to the hollow sleeve 2. Valve housing 1 and sleeve 2 enclose a valve chamber 7, which Via the valve seat 8 and the inlet opening 9 with the inlet and outlet openings 5 and 6 is in connection. The upper part of the sleeve 2 is sealed by an intermediate wall 10, over which the from the valve chamber 7, or the medium to be switched, separate sleeve core 11 is located. The sleeve core 11 forms part of the switching. magnets. Outside the sleeve 2, the winding (not shown) for generating the magnetic field is arranged around it. In the interior of the sleeve 2, which corresponds to a circular cylindrical bore, the circular cylindrical bore slides with little play Magnet armature support 3. This has the shape of a double cup with two spaces 12 and 13. In the outward The magnet armature 4 is arranged by the upper space 12 of the carrier 3 which is encapsulated by the cover 14. The magnet armature 4 is penetrated by a hole 15, which the lower cup

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raum 13 mit dem oberen Teil 18 des Ventilraumes 7 verbindet. Die Bohrung 15 ist gegenüber dem Magnetanker 4 durch das Rohr 16 abgekapselt, welches mit dem Deckel 14 und der Napfzwischenwand 17 dicht verschweißt ist. Durch diese Bohrung 15 entsteht somit eine Verbindung von Ober- zur Unterseite des Magnetes, der jedoch nicht mit den zu schaltenden Medium in Berührung kommen kann. Der untere Teil des Trägers 3 trägt eine Nase 19, durch welche sich der Träger 3 an der Hülse 2 mittels der Schraubenfeder 20 abstützt. Dadurch wird der Träger 3 ständig gegen den Ventilsitz 8 angedrückt. Das Verschlußteil besteht aus einem Plättchen 21, das sich durch die Feder 22 an der Zwischenwand 17 abstützt. Am Herausrutschen aus dem Raum 13 wird das Plättchen 21 durch die eingewalzte untere Napfwand 23 gehindert. Das Plättchen 21 wird mittels der beiden Federn 20 und 22 auf den Ventilsitz 8 des Ablaufes 6 gedrückt und kann sich durch seine freifedernde Ausführung diese gut anpassen. Am Plättchen 21 ist noch ein- Bund 25 angebracht, der das Plättchen 21 am Verrutschen gegenüber der Feder 22 hindert.space 13 with the upper part 18 of the valve chamber 7 connects. The bore 15 is encapsulated from the magnet armature 4 by the tube 16, which is welded tightly to the cover 14 and the intermediate cup wall 17. This bore 15 thus creates a Connection from top to bottom of the magnet, which, however, cannot come into contact with the medium to be switched. The lower Part of the carrier 3 carries a nose 19 through which the carrier 3 is supported on the sleeve 2 by means of the helical spring 20. Through this the carrier 3 is constantly pressed against the valve seat 8. The closure part consists of a plate 21, which extends through the Spring 22 is supported on the partition 17. As it slips out of the space 13, the plate 21 is pushed through the rolled-in lower cup wall 23 prevented. The plate 21 is pressed onto the valve seat 8 of the drain 6 by means of the two springs 20 and 22 and can move adapt this well thanks to its free-spring design. A collar 25 is attached to the plate 21, which the plate 21 on Prevents slipping with respect to the spring 22.

Um einen rascheren Druckausgleich beim Bewegen des Trägers 3 zwischen den Räumen 7 und 18 über die Bohrung 15 sicherzustellen, ist die Wandung des unteren Napfraumes 13 mit der Bohrung 24 versehen, durch welche das zu schaltende Medium im Raum 7 nach oben abströmen kann.In order to achieve a faster pressure equalization when moving the carrier 3 between To ensure the spaces 7 and 18 via the bore 15, the wall of the lower cup space 13 is provided with the bore 24 through which the medium to be switched in space 7 can flow upwards.

Bei dem beschriebenen Ventil sind alle Teile bis auf den Magnetanker 4 aus säurefestem Material, z.B. außer dem Plättchen 21 aus dem Werkstoff Nr, 4541 gefertigt. Der völlig gekapselte Anker 4 kann aus ferritischen Weicheisen bestehen und nur nach den magnetischen Eigenschaften ausgelegt werden. Für das Plättchen 21 ist synthetischer Rubin als Werkstoff vorgesehen, der als Abdichtungswerkstoff auf Stahl für seine hohe Lebensdauer und seine geringe Verschleißanfälligkeit bei aggressiven Medien bekannt ist. Die freifedernde Anpressung des Plättchens ist zur genauen Zentrierung des Ventilsitzes notwendig. Der Durchmesser der Bohrung 15 kann etwa 2 - 5 mm bei einem Durchmesser von ca. 15 mm der Hülse 2 betragen. Einen entsprechenden bzw. größeren Querschnitt weist auch die Öffnung 24 auf, sowie der Ringraum'zwischen der Nase 19 und der Begrenzungswand des Innenraumes 7 an der Hülse 2. Dadurch ist genü-In the valve described, all parts are except for the armature 4 made of acid-resistant material, e.g. except for the plate 21 made of material No. 4541. The fully enclosed anchor 4 can consist of ferritic soft iron and only be designed according to the magnetic properties. For the plate 21 is Synthetic ruby is intended as the material used as a sealing material on steel for its long service life and its low Susceptibility to wear with aggressive media is known. The free-spring pressure of the plate is for the exact centering of the Valve seat necessary. The diameter of the bore 15 can be about 2-5 mm with a diameter of about 15 mm of the sleeve 2. The opening also has a corresponding or larger cross section 24, as well as the annular space between the nose 19 and the boundary wall of the interior 7 on the sleeve 2. This is sufficient

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gend freier Ströraungsquerschnitt vorhanden, so daß ein MedientauBch zwischen den Räumen 7 und 18 auch durch Verschmutzung nicht behindert wird. Auch kleinere Festkörper können dabei hin und her wandern, ohne den Ventilkörper zu blockieren. Der besondere Vorteil des hier vorliegenden Magnetventiles besteht darin, daß das als Schließelement verwendete Plättchen billiger als anders geformte Elemente herstellbar ist und seine glatte bzw. ebene Dichtfläche einfach zu schleifen ist.A little free flow cross-section is available, so that a change of media between the rooms 7 and 18 is not hindered by soiling. Even smaller solids can move back and forth without blocking the valve body. The particular advantage of the present solenoid valve is that the plate used as the closing element is cheaper to manufacture than differently shaped elements and its smooth or flat sealing surface is easy to grind.

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Claims

ORGANISATION FOR; SOCIETY FOR; PARTY FOR
NUCLEAR RESEARCH MBH

Claims;

f 1.) Solenoid valve without stuffing box for aggressive media, according to the patent application P 22 25 689.i (-12, consisting of a Valve housing with the valve chamber and a hollow sleeve which is tightly connected to it and surrounded by the magnet development for receiving a magnet armature carrier which is under spring pressure and which has a locking part which is also under spring pressure for the one or. Receives outlet openings and between its top and bottom connecting channels, characterized in that the armature support (3) has the shape of a Double bowl made of corrosion-resistant material with two spaces (12, 13), one of which faces away from the valve space (7) and completely encapsulated space (12) the armature (4) is located, and that in the other space (13) of the armature support (3) a likewise corrosion-resistant plate (21) is arranged on the inner edge of the opening as a closing element, which is pressed from the inside against the rolled-in cup wall (23) by means of a corrosion-resistant spring (22) and connecting openings (24) from the space (13) behind the plate (21) through the cup wall to the space (7).

2. Solenoid valve according to claim 1, characterized in that the connection between the top and bottom of the armature support (3) is formed by a longitudinal bore (15) in the armature (4), the magnet armature (4) in its support (3) from a corrosion-resistant Tube (16) is penetrated, the wall of which is tightly connected to the armature support (3) and the other Space (13) of the armature support (3) with the interior part (18) the sleeve (2) outside of the armature support (3) connects.

3. Solenoid valve according to claim 2, characterized in that the valve housing (1), the sleeve (2), the magnet armature support (3), its cover (14) and the Rphr (16) made of acid-proof material, but the encapsulated magnet armature (4) made of magnetic material, preferably soft iron.

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4. Solenoid valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the plate (21) consists of ruby.

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