DE2514688A1

DE2514688A1 - Schnellschlussventil, insbesondere dampfisolierventil

Info

Publication number: DE2514688A1
Application number: DE19752514688
Authority: DE
Inventors: Ernst Voegeli
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1975-03-20
Filing date: 1975-04-04
Publication date: 1976-09-23
Also published as: US4129141A; SE7602387L; JPS51116428A; NL165269C; IT1055490B; FR2304840B1; CA1040966A; SE424481B; JPS562633B2; FR2304840A1; DE2514688B2; NL165269B; CH589815A5; BE839713A; NL7504535A; GB1548754A

Description

P 4889/St/mm

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Schnellschlussventil, insbesondere Dampfisolierventil

Die Erfindung betrifft ein Schnellschlussventil, insbesondere Dampfisolierventil in Kernreaktoranlagen, mit einem in einem Zylinder verschiebbaren, mit dem Verschlussteil verbundenen Schlie sskolben, wobei der bei Schliessbewegung wirksame Zylinderraum mit einer Druckmittelzufuhrleitung urüder andere Zylinderraum mit einem Raum niedrigeren Druckes verbunden ist und wobei in der Druckmittelzufuhrleitung ein Steuerventil vagesehen ist.

Bei bekannten Schnellschlussventilen dieser Art wird das Steuerventil in Abhängigkeit von der zu überwachenden Betriebsgrösse über Messgeräte und Signalwandler betätigt. Hierdurch ergibt sich eine gewisse Zeitverzögerung vom Ueberschreiten des Grenzwertes der zu überwachenden Grosse bis zum Ansprechen des Schnellschluss vent ils. Ist das Schnellschlussventil in einer Kernreaktoranlage eingebaut, so besteht die Gefahr, dass im Falle eines Leitungsbruches wegen der Zeitverzögerung erhebliche Mengen des die Leitung durchströmenden Mediums, das durch kurzlebige Spaltprodukte kontaminiert sein könnte, in das Maschinenhaus austreten.

609839/0628

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schnellschlussventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass seine Ansprechzeit wesentlich verkürzt und damit ein noch höherer Sicherheitsgrad erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Steuerventil einen Kolben aufweist, dessen eine Kolbenseite vom im Bereich des Austrittsstutzens des Schnellschlussventils wirdenden Druck des das Schnellschlussventil durchströmenden Mediums derart beaufschlagt ist, dass bei Auftreten einer plötzlichen Drucksenkung stromunterhalb des Sitzes des Schnellschlussventils das Steuerventil öffnet. Durch diese Gestaltung wird das Steuerventil direkt dem Druck des das Schnellschlussventil durchströmenden Mediums stromunterhalb des Ventilsitzes ausgesetzt, d, h. dass keine Messfühler und/oder Signalwandler zwischengeschaltet sind. Da sich im Falle eines Leitungsbruches eine Unterdruckwelle mit Schallgeschwindigkeit zum Schnellschlussventil hin ausbreitet, wird die Ansprechzeit des Schnellschlussventils wesentlich verkürzt und ausserdem ergibt sich eine erhöhte Funktionssicherheit wegen des direkt auf den Steuerventilkolben wirkenden Druckes. Ferner ist wegen des Fehlens von Messgeräten und Signalwandlern das erfindungsgemässe Ventil weniger störanfällig.

Bei Verwendung des erfindungsgemässen Ventils in Kernreaktoranlagen ist normalerweise eine Sicherheitsschaltung für die Betätigung des Steuerventils vorhanden. Wird eine solche Sicherheitsschaltung zusätzlich zum erfindungsgemässen Schnellschlussventil angewendet, so ergibt sich der Vorteil, dass durch die direkte Beaufschlagung des Steuerventilkolbens die Ansprechzeit des

609839/062B

-3- 25U68Ö

Schnellschlussventils im Falle eines Leitungsbruches kürzer ist, als wenn - wie bisher üblich - seine Schliessbewegung über die Sieherheitsschaltung ausgelöst wird.

Die Erfindung ist sowohl bei Schnellschlussventilen anwendbar, deren Kolben von einem fremden Druckmittel beaufschlagt werden, als auch bei Schnellschlussventilen, deren Kolben vom sogenannten Eigenmedium, d.-h. von dem das Schnellschlussventil durchströmenden Medium, beaufschlagt wird. Im letztgenannten Fall ist die mit dem bei Schliessbewegung wirksamen Zylinderraum verbundene Druckmittelzufuhrleitung mit ihrem anderen Ende stromoberhalb des Ventilsitzes am Gehäuse des Schnellschlussventils angeschlossen. Die Verwendung des Eigenmediuins ergibt besonders kurze Schliesszeiten, weil keine langen Leitungen notwendig sind.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zur Beaufschlagung des Kolbens de.s Steuerventils/aem im Bereich des Austrittsstutzens des Schnellschlussventils wirkenden Druck eine am Austrittsstutzen angeschlossene Leitung vorgesehen. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass das aus Schnellschlussventil und Steuerventil mit den zugehörigen Leitungen bestehende System vor dem Einbau in die Anlage in einfacher Weise einer Funktionsprüfung unterzogen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert, die im Schnitt ein Schnellschlussventil gemäss der Erfindung zeigt.

Gemäss der Zeichnung ist innerhalb eines Sicherheitsbehälters 1

' 609839/0628

25U688

einer Atomkraftanlage ein Schnellschlussventil 2 untergebracht, dass in einer Leitung 70, 70' angeordnet ist, die von einem nicht gezeichneten Kernraktor zu einer ebenfalls nicht gezeichneten, jedoch ausserhalb des Sicherheitsbehälters befindlichen Turbine führt. Das Schnellschlussventil 2 besteht im wesentlichen aus einem Verschlussteil 8 und einem Ventilgehäuse 3 mit einem Eintrittsstutzen 4 und einem Austrittsstutzen 5. Im Gehäuse 3 ist ein Ventilsitz 7 ausgebildet, mit dem der Verschlussteil 8 zusammenwirkt. Der Verschlussteil 8 ist über eine Stange 9 mit einem Kolben 11 verbunden, der in einem mit dem Gehäuse 3 verbundenen Zylinder 10 verschiebbar ist. In der Zeichnung oberhalb des Kolbens 11 befindet sich ein Zylinderraum 13, der beim Schliessen des Ventils 2 wirksam ist und an dem eine Leitung 16 angeschlossen ist, die dem Zylinderraum 13 beim Schliessen des Ventils 2 Druckmittel zuführt. Dieses Druckmittel stammt aus dem Ventilgehäuse 3 stromoberhalb des Ventilsitzes 7 und wird über eine Leitung 17 entnommen, die mit der Leitung 16 über ein Steuerventil 20 verbunden ist. In der Zeichnung unterhalb des Kolbens 11 befindet sich ein Zylinderraum 14, der über eine Leitung 19, 40 mit einem Raum 41 niedrigen Druckes verbunden ist. In diesem Raum herrscht ein Druck, der tiefer ist als Atmosphärendruck, und der Raum 41 steht z. B. mit dem Kondensator der Turbine in Verbindung. Die Stange 9 ist gegen den Zylinderraum 13 hin offen und enthält eine sich am Deckel 12 des Zylinders 10 abstützende Druckfeder 15, die die Schliessbewegung des Verschlussteils 8 unterstützt.

Das Steuerventil 20 umfasst ein Gehäuse 21 und einen darin be-

609839/0828

weglichen Teil 22. Am untersten Ende des beweglichen Teils 22 weist dieser einen Kolben 30 auf, der in einem Zylinder 23 des Gehäuses 21 verschiebbar ist. An der Unterseite des Zylinders 23 ist eine Leitung 18 angeschlossen, die über ein Magnetventil 47 und ein Rückschlagventil 49 mit dem Austrittsstzutzen 5 des Schnellschlussventils 2 in Verbindung steht. An der Oberseite des Kolbens 30 weist der bewegliche Teil 22 einen Verschlussteil 31 auf, der mit einem Sitz 31' im Gehäuse 21 zusammenwirkt. Am oberen Ende-des Zylinders 23 mündet die vom Ventilgehäuse 3 kommende Leitung 17, so dass der Verschlussteil 31 in Schliesssteilung die Druckmittelzufuhr vom Ventilgehäuse 3 her absperrt. In der Leitung 17 ist ein Rückschlagventil 45 angeordnet, das eine Strömung von Medium in Richtung des Ventilgehäuses 3 verhindert. An den Verschlussteil 31 schliesst sich nach oben eine Stange 32 an, die in einen Verschlussteil 33 übergeht, der mit einem Sitz 33' zusammenwirkt. Zwischen den Sitzen 31' und 33' erstreckt sich eine die Stange 32 mit radialem Abstand umgebende Bohrung 24, an die die zum Zylinderraum 13 führende Leitung 16 ausgeschlossen ist. An den Sitz 33' schliesst sich nach oben eine zylindrische Erweiterung 25 an, an die die zum Raum 41 niedrigeren Druckes führende Leitung 40 angeschlossen ist. Der Verschlussteil 33 ist nach oben verlängert und bildet zusammen mit einer Bohrung 26 im Gehäuse 21 eine Führung für den beweglichen Teil 22 des Steuerventils. Die Verlängerung des Verschlussteils 33 ist gegen oben offen und enthält eine sich am oberen Ende der Bohrung 26 abstützende Druckfeder 35. Ausserdem ist der die Druckfeder 35 enthaltende Hohlraum über eine radiale Bohrung 36 mit der zylindrischen Erweiterung 25 verbunden.

609839/0628

-6- 251468B

Von der am Austrittsstutzen 5 angeschlossenen Leitung 18 zweigt zwischen dem Zylinder 23 und dem Magnetventil 47 eine Leitung 50 ab, die mit einer Verbindungsieitung 51 verbunden ist, die sich zwischen dem Raum 41 niedrigen Druckes und einem Raum 55 hohen Druckes erstreckt. Der im Raum 55 herrschende Druck liegt zwischen Atmosphärendruck und Frischdampfdruck Beiderseits der Einmündung der Leitung 50 in die Leitung 51 weist diese ein Magnetventil 56 und 57 auf. Zwischen dem Magnetventil 57 und dem Raum 55 hohen Druckes kann eine Drossel 58 vorgesehen sein; ebenso zwischen dem Ma-gnetventil 47 und des Rückschlagventil 49 eine Drossel 48.

Das beschriebene Schnellschlussventil wirkt wie folgt:

Im Normalbetrieb der Anlage sind das Schnellschlussventil 2 in der gezeichneten, offenen Stellung und das Steuerventil 20 ebenfalls in der gezeichneten Stellung, in der der Sitz 31' geschlossen und der Sitz 33' geöffnet sind. Es fliesst Frischdampf vom Reaktor her über die Leitung 70 in das Ventilgehäuse 3 und dann über den Austrittsstutzen 5 und die Leitung 70' zur Turbine. Die Zylinderräume 13 und 14 oberhalb bzw. unterhalb des Kolbens 11 des Verschlussteils 8 sind über die Leitungen 16, 40 bzw. 19, mit dem Raum 41 niedrigen Druckes verbunden- Der auf .den Verschlussteil 8 wirkende Druck des Frischdampfes hält, der Druckfeder 15 entgegenwirkend, das Schnellschlussventil in der gezeichneten offenen Stellung. Im Steuerventil 20 steht der bewegliche Teil 22 einerseits unter der Wirkung der Feder 35 und andererseits unter der die Kraft der Feder 35 überwiegenden Wirkung der auf

609839/0628

-e- 25U688

den Kolben 30 wirkenden Drücke. Dabei sind das Magnetventil 47 offen und die Magnetventile 56 und 57 geschlossen. Am Rückschlagventil 49 ist die Vorspannung der Feder so goehlt, dass dieses Ventil dann und nur dann geöffnet wird, wenn der an ihm wirkende Druckabfall um ein geringes grosser ist als die Druckdifferenz, die bei normalen Zuständen zwischen den Anschlussstellen der Leitungen 17 und 18 am Gehäuse 3 bzw. am Austrittsstutzen 5 auftritt. Im Zylinder 23 stellt sich somit im stationären Zustand oberhalb und unterhalb des Kolbens 30 - infolge der an diesem Kolben auftretenden Leckage - der um den Druckabfall am Rückschlagventil 45 reduzierte, hohe Druck ein, der im Ventilgehäuse 3 stromoberhalb des Ventilsitzes 7 herrscht. Der Kraft der Druckfeder 35 wirkt somit eine resultierende Druckkraft entgegen, deren Grösse etwa gleich ist dem Produkt der von der wirksamen Dichtlinie des Sitzes 31 begrenzten Kreisfläche mit der Differenz der in der Leitung 17 zwischen dem Rückschlagventil 45 und dem Steuer-

einerseits andererseits
ventil 20/Äind im Raum 41/herrschenden Drücke. Die Feder 35 ist so bemessen, dass ihre Vorspannung im Normalbetrieb stets kleiner ist als die genannte resultierende Druckkraft. Tritt in der zur Turbine führenden Leitung 70' ein Bruch und damit eine plötzliche Drucksenkung auf, so öffnet sich das Rückschlagventil 49 und über das offene Magnetventil 47 wird der Zylinderraum unterhalb des Kolbens 30 entlastet. Da oberhalb des Kolbens 30 wegen des Rückschlagventils 45 noch der ursprüngliche Frischdampfdruck wirkt, wird der bewegliche Teil 22 des Steuerventils 20 nach unten geworfen, so dass der Verschlussteil 31 den Sitz 31' freigibt, während sich der Verschlussteil 33 an den Sitz 33' anlegt. Es strömt nunmehr Frischdampf aus der Leitung 17 über die Bohrung 24 des Steuerventils 20 und die Leitung 16 in den Zylinderraum

609839/0628

13 oberhalb des Kolbens 11. Der Verschlussteil 8 des Schnellschluss vent ils 2 wird dadurch, unterstützt von der Druckfeder 15, rasch in Schliessstellung bewegt. Bei der beschriebenen Bewegung des beweglichen Teils 22 nach unten findet eine adiabatische Expansion und damit eine Druckverminderung im Ringraum über dem Kolben 30 statt, die die Resultierende der Druckkräfte im Laufe des Abwärtshubes des beweglichen Teils 22 verkleinert. Um dieser Verkleinerung entgegenzuwirken, kann am Abschnitt der Leitung 17 zwischen dem Rückschlagventil 45 und dem Zylinder 23 ein Speichervolumen angeordnetes ein.

Die Magnetventile 47, 56 und 57 können mit einer nicht gezeichneten, auch auf andere Grossen als dem Druck ansprechenden Sicherheitsschaltung verbunden sein. Soll das Schnellschlussventil 2 durch ein von einer Bedienungsperson gegebenes Steuersignal oder durch ein von der Sicherheitsschaltung gegebenes Schliessignal betätigt werden, so wird das Magnetventil 56 durch ein entsprechendes elektrisches Signal geöffnet, wodurch der Raum unterhalb des Kolbens 30 direkt mit dem Raum 41 niedrigen Druckes verbunden wird. Dadurch sind die auf den achsnäheren Bereich des beweglichen Teils 22 wirkenden Druckkräfte im Gleichgewicht gehalten. Der bewegliche Teil 22 wird daher durch den im Ringraum oberhalb des Kolbens 30 wirkenden Ueberdruck, unterstützt durch die Wirkung der Feder 35, in seine untere Endlage geschoben, wodurch der obere Zylinderraum 13 des Zylinders 10 über die Leitungen 17 und 16 mit dem Gehäuse 3 des Schnellschlussventils 2 verbunden wird. Das Schnellschlussventil 2 wird dann - wie oben bereits beschrieben - rasch geschlossen.

.609839/0628

Bei anderen Betriebszuständen, ζ. B. beim Anfahren, kann das Schnellschlussventil 2 dadurch offengehalten werden, dass das eventuell offene Magnetventil 56 und das Magnetventil 47 geschlossen und das Magnetventil 57 geöffnet werden, so dass der hohe

30

Druck aus dem Raum 55 auf die Unterseite des Kolbens/wirkt. Unter dem Einfluss dieses Druckes wird der bewegliche Teil 22 nach oben verschoben, so dass das Schnellschlussventil 2 sich öffnet,

auf
sobald im Ventilgehäuse 3/den Verschlussteil 8 wirkender Druck vorhanden ist. Beim Aufwärtshub des beweglichen Teils 22 kann kurzzeitig Dampf aus dem Ventilgehäuse 3 über die Leitung 17, den Sitz 33' und die Leitung 40 in den Raum 41 geringeren Druckes abströmen. Ein solches Abströmen kann gewünschtenfalls dadurch vermieden werden, dass in die Leitung 40 ein Ventil eingebaut wird, das dann während dieser Uebergangsphase geschlossen wird.

Das Steuerventil 20 mit den Leitungen 16 bis 19 kann am Ventilgehäuse 30 angebaut oder auch in dessen Wand eingebaut sein. Ausser dem Vorteil,/dass das Steuerventil 20 und die Verbindungsleitungen dann einer geringeren Gefahr der Zerstörung ausgesetzt sind, ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Leitungen kurzer werden und damit das Ansprechen des Schnellschlussventiles noch rascher stattfindet.

Das Magnetventil 47 kann auch ausserhalb des Sicherheitsbehälters 1 angeordnet sein, was allerdings zu einer unerwünschten Verlängerung der Leitung 18 führen würde.

Der Durchmesser der Bohrung 26 im Gehäuse 21 kann auch gleich demjenigen der Bohrung 24 gemacht werden, so dass der Verschluss-

609839/0628

teil 33 des Steuerventils 20 nicht als Ventil mit Sitz, sondern als Schieber mit Steuerkante wirkt.

Die Leitung 19 kann über ein nicht dargestelltes Dreiwegventil wahlweise mit der Leitung 40 und mit dem Raum 55 höheren Drukkes verbunden werden, so dass das Schnellschlussventil 2 auch geöffnet werden kann, wenn mediumseitig kein Druck auf dem Verschlussteil 8 wirkt.

S09839/062S

Claims

- li -

Patentansprüche

l.y Schnellschlussventil, insbesondere Dainpfisolierventil in Kernraktoranlagen, mit einem in einem Zylinder verschiebbaren, mit dem Verschlussteil verbundenen Schliesskolben, wobei der bei Schliessbewegung wirksame Zylinderraum mit einer Druckmittelzufuhrleitung und der andere Zylinderraum mit einem Raum niedrigeren Druckes verbunden ist und wobei in der Druckmittelzufuhrleitung ein Steuerventil vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (20) einen Kolben (30) aufweist, dessen eine Kolbenseite vom im Bereich des Austrittsstutzens (5) des Schnellschlussventils (2) wirkenden Druck des das Schnellschlussventil durchströmenden Mediums derart beaufschlagt ist, dass bei Auftreten einer plötzlichen Drucksenkung stromunterhalb des Sitzes (7) des Schnellschlussventils das Steuerventil öffnet.

609839/0628
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem bei Schliessbewegung wirksamen Zylinderraum (13) verbundene Druckmittelzufuhrleitung (16) mit ihrem anderen Ende (17) stromoberhalb des -Ventilsitzes (7) am Gehäuse (3) des Schnellschlussventils angeschlossen ist.
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Zylinderraum (14) über eine Leitung (19) mit dem Raum" (41) niedrigeren Druckes verbunden ist, in dem ein tieferer Druck als Atmosphärendruck herrscht.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (30) des Steuerventils (20) doppeltwirkend ausgebildet ist und die andere Seite dieses Kolbens (30) vom-stromoberhalb des Ventilsitzes (7) wirkenden Druck des das Schnellschlussventil (2) durchströmenden Mediums beaufschlagt ist.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckmittelzufuhrleitung (17) zwischen dem Gehäuse (3) des Schnellschlussventils (2) und dem Kolben (30) des Steuerventils (20) ein Bückschlagorgan (45) angeordnet ist, das eine Strömung nur in Richtung des Steuerventils (20) zulässt.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckmittelzufuhrleitung (17) zwischen dem Rückschlagorgan (45) und dem Steuerventil (20) ein Speiche.rvolumen angeordnet ist.

6 0 9839/0628

-13- 25H688
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beaufschlagung des Kolbens (30) des Steuerventils (20) mit dem im Bereich des Austrittsstutzens (5) des Schnellschlussventils (2) wirkenden Druck eine am Austrittsstutzen (5) angeschlossene Leitung (18) vorgesehen ist.
8. Ventil nach Ansprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass .in der Leitung (18) zwischen dem Austrittsstutzen (5) und dem Steuerventil(20) ein Rückschlagorgan (49) angeordnet ist, das eine Strömung nur in Richtung des Austrittsstutzens (5) zulässt.
9. Ventil nach Anspruch 8, mit eine Feder aufweisendem Rückschlagorgan, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Feder des Rückschlagorgans (49) so bemessen ist, dass der Druckabfall am Rückschlagorgan (49) ungefähr gleich dem bei Normalbetrieb am Schnellschlussventil (2) auftretenden Druckabfall ist.
10. Ventil nach Anspruch 8^ mit einer einen Schliessbefehl abgebenden Sicherheitsschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass an der vom Austrittsstutzen (5) zum Steuerventil (20) führenden Leitung (18) zwischen dem Rückschlagorgan (49) und dem Kolben (30) des Steuerventils (20) eine Leitung (50) angeschlossen ist, die über ein von der Sicherheitsschaltung betätigtes Ventil (56) mit dem Raum (41) niedrigeren Druckes verbindbar ist.
11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwi-

. 609839/0628

sehen dem Rückschlagorgan (49) und dem Kolben (30) des Steuerventils (20) angeschlossene Leitung (50) über ein von der Sicherheit sschaltung betätigtes Ventil (57) mit einem Raum (55) höheren Druckes verbindbar ist.

609839/0 628