DE2519346C2

DE2519346C2 - Steuerbares Ventil

Info

Publication number: DE2519346C2
Application number: DE2519346A
Authority: DE
Inventors: Erwin 8521 Möhrendorf Laurer; Hans-Peter Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Schabert
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-09-26
Filing date: 1975-04-30
Publication date: 1984-01-12
Also published as: DE2446044C3; DE2446044B2; DE2446044A1; DE2519346A1

Description

Das DBP 24 30 724 befaßt sich mit einem steuerbaren Ventil für eine aus einer Sicherheitshülle herausführende Frischdampfleitung einer Kernreaktoranlage, das im Verlauf der Frischdampfleitung angeordnet ist und einen der Frischdampfleitung entsprechenden maximalen Durchlaßquerschnitt aufweist Nach seinem Patentansprach 1 ist vorgesehen, daß ein Antrieb das Ventil bei Vorliegen eines Lecks in der Frischdampfleitung bis zu einem vorgebbaren Durchlaßquerschnitt schließt, jedoch bei Anlegen eines höheren Drucks als dem Betriebsdruck der Frischdampfleitung das Ventil vorgebbar bis zu höchstens dem halben maximalen Durchlaßquerschnitt öffnet. Dies ergibt den Vorteil, daß auch für den Störungsfall ein unzulässig hoher Druck im Kühlsystem des Kernreaktors, das den Dampf erzeugt vermieden wird. Gleichzeitig werden aber auch durch eine Begrenzung der Ausströmrate des Dampfes Schäden im Dampferzeugungssystem ausgeschlossen, die sonst bei einer Druckentlastung zu befürchten wären.

Nach dem älteren Patent 24 46 044 erhält das Ventil nach dem eingangs genannten Patent dadurch einen einfachen Aufbau, daß der Antrieb zwei Kolben aufweist, die jeweils in einem Zylinder angeordnet und von beiden Seiten über in die Zylinder führende Leitungen mit Druck beaufschlagbar sind, und wobei die Kolben durch Dampf aus der Frischdampfleitung zu betätigen sind.

Die Erfindung bezweckt eine weitere Verbesserung des eingangs genannten steuerbaren Ventils mit dem ZieL eine ausfallsichere Betätigung zu gewährleisten, die ohne zusätzliches Druckmittel auskommt und eine weitere Verbesserung der Erfindung des Hauptpatents darstellt

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß beide Seiten der Kolben permanent über Leitungen mit der Frischdampfleitung in Verbindung stehen und daß sie durch gesteuerte Druckentlastung auf der entsprechenden Kolbenseite betätigt werden. Dies bietet weniger Störungsmöglichkeiten als ein »aktiver« Druckaufbau und gewährleistet die schon· genannte sichere Betätigung. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß das Ventil im Normalfall auch im Bereich seines Betätigungssystems mit Frischdampf versorgt ist Dadurch vergleichmäßigen sich die Temperaturen, und die Wärmebeanspruchungen werden geringer.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnung ein steuerbares Ventil in einem Schnitt längs der Ventilachse gezeigt

Die von einem Dampferzeuger eines Druckwasserreaktors ausgehende Frischdampfleitung 1 besitzt einen Krümmer, der zugleich das Ventilgehäuse 2 eines steuerbaren Ventils 3 bildet. Zu diesem Zweck ist im unteren vertikalen Leitungsteil ein horizontal liegender Ventilsitz 9 vorgesehen, der in der mit durchgehenden Linien gezeichneten Ventilstellung mit einem Ventilteller 4 verschlossen ist Der Ventilteller 4 besitzt einen rohrförmigen Fortsatz 5, an dessen freiem Ende ein Differentialkolben 6 angeformt ist. Der Differentialkolben 6 ist mit Kolbenringen 7 und 8 in einem Ringraum 10 geführt Weitere Dichtungsringe 11 gleiten in einem Rohrteil 12 des Ventilgehäuses 2 im Bereich zwischen dem Ventilteller 4 und dem Kolben 6.

Im Ventilteller 4 sitzt ein zentraler Bolzen 15, der durch eine Bohrung 16 eines zweiten oder Hilfskolbens 17 geführt ist. Der Hilfskolben 17 umfaßt ein Rohrteil 18 mit dem dem Ventilteller 4 zugekehrten Ende 19, in dem die Bohrung 16 vorgesehen ist. Eine auf den Bolzen 15 aufgeschraubte Mutter sorgt für eine Kopplung zwischen dem Kolben 17 und dem Ventilteller 4. Mit Kolbenringen 22 ist der Kolben 17 in seinem Zylinder 24 abgedichtet.

Die dem Ventilteller 4 abgekehrte Seite des Kolbens 17 trägt einen Stößel 25, der durch einen Deckel 26 des Ventilgehäuses 2 ragt. An den Deckel 26 ist ein in das Ventilgehäuse 2 ragender Rohrteil 27 angeformt, der den Zylinder 24 von außen und den Ringraum 10 von innen begrenzt Außerhalb des Deckels 26 besitzt der Stößel 25 eine Verdickung 29, so daß der in das Innere des Ventilgehäuses 2 führende Weg des Kolbens 17 begrenzt ist.

Die Bohrung 30, die den Stößel 25 aufnimmt, besitzt einen dem Kolben 17 zugekehrten erhöhten Rand 32. Mit diesem wirkt eine Erhöhung 33 des Kolbens 17 zusammen, so daß ein Auslaßventil 34 gebildet wird. Ein ähnliches Auslaßventil 36 mit einem erhöhten Rand 37 und einer am Kolben 6 vorgesehenen Erhöhung 38 ist dem Ringraum 10 zugeordnet.

An dem mit dem Hilfskolben 17 fest verbundenen Stößel 25 ist eine Anzeigestange 40 angebracht. Sie ragt in ein Rohr 41, das eine magnetische Erfassung der Stellung der Stange 40 und damit des Kolbens 17 ermöglicht. Auch der Kolben 6 trägt eine Stange 42 zur Stellungsmeldung. Diese ragt in eine Hülse 43, auf der zur Stellungsanzeige eine Spule 44 angeordnet sein kann.

Im Ventilteller 4 sind Bohrungen 46 vorgesehen. Sie

verbinden die Frischdampfleitung 1 mit dem Inneren 47 ö-s Ventiltellers 4. Weitere Bohrungen 48 im Teil 19 stellen die Verbindung der Frischdampfleitung mit dem Inneren 49 des Kolbens 17 her. In der Kolbsnscheibe des Kolbens 17 sind Bohrungen 50 angeordnet, die als Drosseln ausgebildet sind. Über sie wird aer Zylinder 24 mit Frischdampf versorgt

Im Kolben 6 sind Bohrungen 51 vorgesehen. Sie sind ebenfalls als Drosseln, unter Umständen auch stellbar, ausgebildet urid versorgen den Ringraum 10 mit Frischdampf. Der der Unterseite des Kolbens 6, also der kleineren Kolbenfläche, zugeordnete Raum 54 ist über Drosselbohrungen 55 mit dem hinter dem Ventilteller 4 liegenden Teil der Frischdampfleitung verbunden. Alle Bohrungen sind weitgehend vertikal ausgerichtet, so daß im Ventilgehäuse 2 sich bildendes Kondensat abfließen kann.

Der rohxförmige Fortsatz 5 des Ventiltellers 4 ist mit einem Keil 56 versehen, der in eine Nut 57 des Äohrteüs 27 ragt, in dem das Rohrteil 18 des Kolbens 17 geführt ist Der Keil sorgt für eine Unverdrehbarkeit des Ventiltellers 4.

An das Auslaßventil 36 sind Steuerleitungen'60 und 61 angeschlossen, die über Steuerventile 62 und 63 in einen nicht gezeichneten Abblasetank in der Sicherheitshülle des Kernkraftwerkes führen. In diesen ist demnach der Ringraum 10 gesteuert entlüftbar. Desgleichen ist an das Auslaßventil 34 eine Steuerleitung 65 angeschlossen, die zu einem Steuerventil 66 führt Mithin ist auch der Zylinder 24 gesteuert entlüftbar. Weiterhin ist der Raum 54 über zwei Leitungen 67 und 68 mit Steuerventilen 69 und 70 gesteuert entlüftbar. Daraus ergibt sich folgende Wirkungsweise:

In der gezeichneten Schließstellung verharrt der Ventilteller 4 auch im drucklosen Zustand unter der *"> Wirkung seiner Masse, die zum Beispiel 100 kg beträgt. Steigt der Druck in der Frischdampfleitung 1 bei der Dampferzeugung, eo werden alle Räume im Inneren des Ventils 3 bis auf den Raum 54, der mit der Auslaßseite des Ventils 3 in Verbindung steht, gleichmäßig mit oo Dampf gefüllt. Es sind dies die Räume 47,49,10 und 24. Der Druck im Ringraum 10 hält dabei das Ventil 3 mit der gewünschten Anpreßkraft in Abhängigkeit von der Höhe des Dampfdruckes geschlossen. Die wirksame Fläche ist dabei durch die Ringfläche mit dem Außendurchmesser d₃ und dem Innendurchmesser d₂ gegeben.

Zum öffnen des Ventils 3 kann der Ringraum 10 über die Leitungen 60 und 61 durch öffnen der Ventile 62 oder 63 entlüftet werden. Die Öffnungskraft ist dabei w durch den Druck und die Ringfläche mit dem Außendurchmesser di und dem Innendurchmesser <ä bestimmt.

Mit dem öffnen des Ventils 3 füllt sich der hinter dem Ventilsitz 9 liegende Teil der Frischdampfleitung 1 mit Dampf. Nunmehr wird daher auch der Raum 54 mit Dampf gefüllt. Am Ende des Öffnungshubes wird das Ausströmen weiteren Dampfes aus dem Raum 10 durch das Verschließen des Auslaßventils 36 unterbunden. Die Unterseite des Ventiltellers 4 erreicht dabei die bei 72 &o strichpunktiert gezeichnete Stellung. Der Durchlaßquerschnitt durch das Ventil 3 ist voll geöffnet. In dieser Stellung wird der Ventilteller 4 durch die druckfreie Fläche des Entlastungsventils 36 gehalten, die mit dem Dampfdruck multipliziert die Haltekraft ergibt Alle anderen Flächen der Kolben 6,17 sind mit dem gleichen Druck beaufschlagt

Zum Schließen des Ventils 3 kanu durch Öffnen der Steuerventile 69 oder 70 eine Entlastung im Raum 54 herbeigeführt werden, zum Beispiel dann, wenn an der Frischdampfleitung 1 ein Leck entsteht Sollte auf Grund des Schließens der Dampfdruck vor-Jem Ventil 3 zu hoch ansteigen, so wird druckabhängig das Steuerventil 66 geöffnet Dadurch wird der Zylinder 24 entlastet Der Hilfskolben 17 bewegt sich in die obere Endlage und nimmt dabei über den Bolzen 15 den Ventilteller 4 so weit mit daß seine Unterseite die gestrichelt gezeichnete Stellung 73 einnimmt In dieser Stellung steht für die Druckentlastung der Frischdampfleitung 1 eine Auslaßfläche zur Verfügung, die V5 des normalen Durchlaßquerschnittes des Ventils 3 beträgt Man erreicht dadurch einen Druckabbau ohne gefährliche Ausströmraten, die etwa das dünnwandige Rohrbündel eines Dampferzeugers gefährden wurden. Auch diese teilweise Öffnungsbewegung erfolgt ausschließlich durch Druckentlastung. In der zur teilweise geöffneten Stellung des Ventils 3 gehörenden oberen Endstellung hält sich der Kolben 17 mit einer Haltekraft, die durch den in Öffnungsrichtung wirkenden Dampfdruck und durch die Auslaßfläche der Bohrung 30 mit dem Durchmesser dj bestimmt ist.

Soll das Ventil 3 wiederum vollständig geschlossen werden, so wird der Raum 54 über die Steuerventile 69 und 70 entlüftet Gleichzeitig wird das Steuerventil 66 geschlossen, wonach über die Drosseln 50 Druckausgleich zwischen den Räumen 49 und 24 eintritt. Dabei ist die Teilöffnungskraft des Hilfskolben mit 1,5 MN weitaus größer als die Schließkraft von 0,7 MN. Selbst wenn eines der Steuerventile 69 oder 70 nicht schließt und gleichzeitig das Steuerventil 66 geöffnet wird, bewegt sich der Hilfskolben 17 unter Mitnahme des Ventiltellers 4 in die mit 73 gekennzeichnete Stellung mit einer Überschußkraft von 0,8 MN entsprechend den Verhältnissen des Ausführungsbeispiels.

Die Schließkraft, die durch die Ringflächen mit den Außendurchmessern cfe und cfc gegeben ist, wird zu Beginn der Schließbewegung des Ventiltellers 4 lediglich um die Rückdichtkraft, die sich aus dem Produkt Dampfdruck und der Fläche mit dem Durchmesser d? ergibt, verringert. Diese beträgt bei dem Ausführungsbeispiel jedoch nur einen Bruchteil der Schließkraft des Ventils 3 (zum Beispiel 0,1 MN gegenüber 0,7 MN Schließkraft). Beim Zufahren des Schnellschlußventils 3 wird über die Drosseln 51 auch der Zylinderraum 10 über dem Hauptkolben 6 mit dem Druck in der Frischdampfleitung versorgt, so daß der Innendurchmesser dt des Kolbens 6 in diesem Fall nicht wirksam wird.

Parallel zum Ventilsitz 9 sind Anschlüsse für ein Sicherheitsventil 75 angedeutet, das über Steuerleitungen 76 und 77 durch Entlüften geöffnet werden kann. Mithin öffnet das Ventil 75 gemeinsam mit dem Ventil 3 und schließt, wenn das Auslaßvent'l 36 bei geöffnetem Ventil 3 geschlossen ist. Versagt jedoch das Ventil 3, weil im Extremfall der Ventilsitz 9 durch den Stoß beim Schließen festgeschweißt ist, so bildet das Ventil 75 einen Fntlastungsquerschnitt von zum Beispiel 20% des vollen Durchlaßquerschnittes vom Ventil 3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerbares Ventil für eine aus einer Sicherheitshülle iierausführende Frischdampfleitung einer Kernreaktoranlage, das im Verlauf der Frischdampfleitung angeordnet ist und einen der Frischdampfleitung entsprechenden maximalen Durchlaßquerschnitt aufweist, wobei ein Antrieb das Ventil bei Vorliegen eines Lecks in der Frischdampfleitung bis zu einem vorgebbaren Durchlaßquerschnitt schließt, to jedoch bei Anlegen eines höheren Drucks als dem Betriebsdruck der Frischdampfleitung das Ventil vorgebbar bis zu höchstens dem halben maximalen Durchlaßquerschnitt öffnet, nach Patent 24 30 724, wobei der Antrieb zwei Kolben aufweist die jeweils in einem Zylinder angeordnet und von beiden Seiten über in die Zylinder führende Leitungen mit Druck beaufschlagbar sind, und wobei die Kolben durch Dampf aus der Frischdampfleitung zu betätigen sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide Seiten der Kolben (6,17) permanent über Leitungen mit der Frischdampfleitung in Verbindung stehen und daß sie durch gesteuerte Druckentlastung auf der entsprechenden Kolbenseite betätigt werden.

2. Steuerbares Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßquerschnitt der permanent mit der Frischdampfleitung in Verbindung stehenden Leitungen (51; 55; 50) geringer als der Durchlaßquerschnitt der in die entsprechenden Zylinderteile führenden Leitungen zur Druckentlastung (60,61; 67,68; 65) ist

3. Steuerbares Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Leitungen zur Druckentlastung in der entsprechenden Endstellung des Kolbens durch ihn verschlossen sind.