DE2514688C3 - Schnellschlußventil, insbesondere Dampfisolierventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schnellschlußventil, insbesondere Dampfisolierventil in Kernreaktoranlagen, mit einem in einem Zylinder verschiebbaren, mit dem Verschlußteil verbundenen Betätigungskolben, wobei der eine Zylinderraum über ein Steuerventil wechselweise mit einer Druckmittelzufuhrleitung und mit einem Raum niedrigen Drucks verbunden ist und wobei das Steuerventil einen Kolben aufweist, dessen eine Kolbenseite vom im Bereich des Austrittsstutzens des Schnellschiußventils wirkenden Druck des das Schnellschlußventil durchströmenden Mediums über eine Verbindungsleitung derart beaufschlagt ist, daß bei Auftreten einer plötzlichen Drucksenkung stromunterhalb des Sitzes des Schnellschiußventils das Steuerventil > umschaltet

Ein bei Rohrbruch schnell schließendes Ventil dieser Art ist aus der CH-PS 1 54 893 bekannt Außerdem ist aus der »Technischen Rundschau Sulzer«, 2/1973, S. 134, Fig. 15, ein Dampfisolierventil einer Kernreaktoranlage

ίο bekannt dessen Auf- und Zubewegungen über Steuerventile von einem Sicherheitssystem aus gesteuert werden. Besteht der Wunsch, die Funktion eines Schnellschiußventils und die Funktion eines Auf-/Zuventils in einem Ventil zu vereinigen, so entsteht das Problem, daß bei Ansprechen des einen der beiden Systeme das Druckmittel für die Betätigung des Hauptventils zum anderen, nicht ausgelösten System abfließt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Ventil

der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es auch sicher funktioniert wenn es als Auf-/Zuventil wirkt, wobei die beiden Systeme sich gegenseitig nicht stören.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß

2s darin, daß zusätzlich eine einen Schließbefehl abgebende Sicherheitseinrichtung vorgesehen ist, daß in der Verbindungsleitung ein den Rückfluß zum Kolben des Steuerventils verhinderndes Ventil angeordnet ist, daß von der Verbindungsleitung zwischen dem den Rückfluß

.ίο zum Kolben des Steuerventils verhindernden Ventil und dem Kolben des Steuerventils eine Leitung abzweigt die über ein Absperrventil zu einem Raum niedrigen Drucks führt, und daß das Absperrventil von der zusätzlichen Sicherheitseinrichtung so beeinflußt ist,

.vs daß es auf den auf das Schnellschlußventil bezogenen Schließbefehl der zusätzlichen Sicherheitseinrichtung hin öffnet.

Durch diese Gestaltung ist auf einfache Weise ein betriebssicheres Arbeiten des Hauptventils erreicht,

4« indem das das Hauptventil betätigende Druckmittel immer eindeutig zum Betätigungskolben fließt, ohne zum nicht ausgelösten System abzuströmen. Dabei bleiben die Vorteile des Schnellschiußventils erhalten, daß wegen der direkten Einwirkung des das Hauptventil

4¹S durchströmenden Mediums auf den Kolben des Steuerventils eine sehr kurze Ansprechzeit und eine hohe Funktionssicherheit besteht.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der Druckmittelzufuhrleitung zwischen dem

so Gehäuse des Schnellschiußventils und dem Kolben des Steuerventils ein eine Strömung nur in Richtung des Steuerventils zulassendes Ventil angeordnet. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das Steuerventil mindestens in der ersten Phase eines Leitungsbruches

ss rasch schließt, weil auf dem Steuerventilkolben noch der Druck des das Schnellschlußventil durchströmenden Mediums wirkt, wenn das die Strömung nur in Richtung des Steuerventils zulassende Ventil schon geschlossen ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mit einer Feder in dem den Rückfluß zum Kolben des Steuerventils verhindernden Ventil ist die Vorspannung dieser Feder so bemessen, daß der Druckabfall an dem Rückfluß verhindernden Ventil ungefähr gleich dem bei Normalbetrieb am Schnellschlußventil auftretenden Druckabfall ist. Hierdurch wird erreicht, daß im Normalbetrieb keine nennenswerte Leckage entlang des Steuerventilkolbens auftritt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zwischen dem den Rückfluß zum Steuerventilkolben verhindernden Ventil und dem Steuerventilkolben angeschlossene Leitung über ein von der Sicherheitseinrichtung betätigtes Ventil mit einem Raum höheren Drucks verbindbar. Diese Anordnung gestattet in einfacher Weise ein Wieder-Öffneo des Schnellschlußventils.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung erläutert, die im Schnitt ein Schnellschlußventil gemäß der Erfindung zeigt Gemäß der Zeichnung ist innerhalb eines Sicherheitsbehälters 1 einer Atomkraftanlage ein Schnellschlußventil 2 untergebracht, daß in einer Leitung 70, 70⁷ angeordnet ist, die von einem nicht gezeichneten Kernreaktor 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 Verschlußieil 8 zusammenwirkt Der Verschlußteil 8 ist über eine Stange 9 mit einem Kolben U 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 nüt 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 Drucks 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 beweglichen 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 Austrittsstutzen 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 3Γ im Gehäuse 21 zusammenwirkt. Am oberen Ende des Zylinders 23 mündet die vom Ventilgehäuse 3 kommende Leitung 17, so daß der Verschlußteil 31 in Schließstellung 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 3V 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

Drucks führende Leitung 40 angeschlossen ist Der Verschlußteii 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.

Von der am Austrittsstutzen 5 angeschlossenen Leitung 18 zweigt zwischen dem Zylinder 23 und dem Magnetventil 47 eine Leitung 50 ab, die mit einer Verbindungsleitung 51 verbunden ist, die sich zwischen dem Raum 41 niedrigen Drucks und einem Raum 55 hohen Drucks 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 Drucks kann eine Drossel 58 vorgesehen sein; ebenso zwischen dem Magnetventil 47 und dem 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 3Γ 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, 40 mit dem Raum 41 niedrigen Drucks 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 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 gewählt, daß dieses Ventil dann und nur dann geöffnet wird, wenn der an ihm wirkende Druckabfall um ein geringes größer 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 Steuerventil 20 einerseits und im Raum 41 andererseits 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 unter-

halb 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 13 oberhalb des Kolbens 11. Der Verschlußteil 8 des Schnellschlußventils 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 Äbwärtshubs 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 angeordnet sein.

Die Magnetventile 47, 56 und 57 können mit einer nicht gezeichneten, auch auf andere Größen 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 Schließsignal 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 Drucks 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 Überdruck, 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.

Bei anderen Betriebszuständen, z. B. beim Anfahren, kann das Schnellschlußventil 2 dadurch offengehalten werden, daß das eventuell offene Magnetventil 56 und das Magnetventil 47 geschlossen und das Magnetventil

s 57 geöffnet werden, so daß der hohe Druck aus dem Raum 55 auf die Unterseite des Kolbens 30 wirkt. Unter dem Einfluß dieses Drucks wird der bewegliche Teil 22 nach oben verschoben, so daß das Schnellschlußventil 2 sich öffnet, sobald im Ventilgehäuse 3 auf den

id 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 Drucks abströmen. Ein solches Abströmen kann gewünschtenfalls dadurch vermieden werden, daß in die Leitung 40 ein Ventil eingebaut wird, das dann während dieser Übergangsphase 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 kürzer werden und damit das Ansprechen des Schnellschlußventils noch rascher stattfindet

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

w Der Durchmesser der Bohrung 26 im Gehäuse 21 kann auch gleich demjenigen der Bohrung 24 gemachi werden, so daß der Verschlußteil 33 des Steuerventils 2C nicht als Ventil mit Sitz, sondern als Schieber mi Steuerkante wirkt.

Die Leitung 19 kann über ein nicht dargestellte! Dreiwegventil wahlweise mit der Leitung 40 und mi dem Raum 55 höheren Drucks verbunden werden, se daß das Schnellschlußventil 2 auch geöffnet werdei kann, wenn mediumseitig kein Druck auf den

Verschlußteil 8 wirkt Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprache:

1. Schnellschluß ventil, insbesondere Dampfisolierventil in Kernreaktoranlagen, mit einem in einem Zylinder verschiebbaren, mit dem Verschlußteil verbundenen Betätigungskolben, wobei der eine Zylinderraum über ein Steuerventil wechselweise mit einer Druckmittelzufuhrleitung und mit einem Raum niedrigen Drucks verbunden ist und wobei das Steuerventil einen Kolben aufweist, dessen eine Kolbenseite vom im Bereich des Austrittsstutzens des Schnellschiußventils wirkenden Druck des das Schnellschlußventil durchströmenden Mediums über eine Verbindungsleitung derart beaufschlagt ist, daß bei Auftreten einer plötzlichen Durchsenkung stromunterhalb des Sitzes des Schnellschiußventils das Steuerventil umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine einen Schließbefehl abgebende Sicherheitseinrichtung vorgesehen ist, daß in der Verbindungsleitung (18) ein den Rückfluß zum Kolben (30) des Steuerventils (20) verhinderndes Ventil (49) angeordnet ist, daß von der Verbindungsleitung (18) zwischen dem den Rückfluß zum Kolben (30) des Steuerventils (20) verhindernden Ventil (49) und dem Kolben (30) des Steuerventils (20) eine Leitung (50) abzweigt, die über ein Absperrventil (56) zu einem Raum (41) niedrigen Drucks führt, und daß das Absperrventil (56) von der zusätzlichen Sicherheitseinrichtung so beeinflußt ist, daß es auf den auf das Schnellschlußventil (2) bezogenen Schließbefehl der zusätzlichen Sicherheitseinrichtung hin öffnet.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckmittelzufuhrleitung (17) zwischen dem Gehäuse (3) des Schnellschiußventils (2) und dem Kolben (30) des Steuerventils (20) ein eine Strömung nur in Richtung des Steuerventils (20) zulassendes Ventil (45) angeordnet ist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dessen den Rückfluß zum Kolben des Steuerventils verhinderndes Ventil eine Feder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Feder des den Rückfluß verhindernden Ventils (49) so bemessen ist, daß der Druckabfall an diesem Ventil (49) ungefähr gleich dem bei Normalbetrieb am Schnellschlußventil (2) auftretenden Druckabfall ist.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem den Rückfluß zum Kolben (30) des Steuerventils (20) verhindernden Ventil (49) und dem Kolben (30) des Steuerventils (20) angeschlossene Leitung (50) über ein von der Sicherheitseinrichtung betätigtes Ventil (57) mit einem Raum (55) höheren Drucks verbindbar ist.