DE2519376C2 - Steuerbares Ventil für eine Frischdampfleitung einer Kernreaktoranlage - Google Patents

Steuerbares Ventil für eine Frischdampfleitung einer Kernreaktoranlage

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Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem in dem alteren Patent 24 30 724 vorgeschlagenen steuerbaren Ventil gemäß dem Oherbegrifl des Anspruchs 1. Das Ventil ist mit einem dem Querschnitt der Frischdampfleitung m> entsprechenden maximalen Durdilaliquersehnitt in dieser angeordnet und weist einen Ventilteller auf, der i:bei Vorliegen eines Lecks in der Frischdampfleitung schließt. Mit dem Schließen der Frischdampfleitung soll verhindert werden, daß im Störüngsfall Radioaktivität aus der Sicherheitshülle freigesetzt wird. Dadurch kann sich jedoch der Druck im Dampferzeugungssyslem auf Unzulässige Werte erhöhen, weil es meist nicht möglich ist, die Dampferzeugung so schnell zu beenden, wie das Ventil den Abströmquerschnitt verschließt. Deshalb ist nach dem älteren Patent vorgesehen, daß das Ventil bei einem höheren Druck als dem Betriebsdruck der Frischdampfleitung mit einem kleineren als dem maximalen Durchlaßquerschnitt öffnet. Hiermit wird eine Entlastungsmöglichkeit geschaffen, die den Vorteil besitzt, daß Folgeschäden auf Grund von zu großen Ausströmraten vermieden werden, da große Ausströmraten zum Beispiel in einem Dampferzeuger eines Druckwasserreaktors die relativ dünnen Rohre stark beanspruchen, die das Primärkühlwasser von dem zu verdampfenden Speisewasser trennen, was bei einem Bruch zu einer erhöhter» Freisetzung von Radioaktivität führt.
Bei dem Ausführungsbeispiel des älteren Patents wird der kleinere Durchlaßquerschnitt durch einen kleineren Öffnungshub des einzigen Ventiltellers des Ventils erreicht Mithin muß der Antrieb des Ventiltellers unterschiedliche Bewegungen ausführen können. Dies läßt sich zwar in verschiedener Weise durchaus betriebssicher erreichen. Dennoch sucht die Erfindung eine Möglichkeit, demgegenüber mit einfacheren Antriebsmitteln auszukommen.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der den Verschluß bewirkende Hauptventilteller durch eine Kolben/Zylinder-Anordnung betätigt »vird und eine als Ventilsitz ausgebildete Öffnung aufweist, die den bei Überdruck freigegebenen Durchlaßquerschnitt bestimmt, und daß die Öffnung durch eine Kolben/Zylinder-Anordnung betätigt wird, verschließbar ist. Hier kann der Hilfsventilteller unabhängig vom Hauptventilteller seine Bewegung relativ zu diesem ausführen, für die er nur mit einem einfachen Antrieb versehen zu sein braucht. Ebenso hat der Hauptventilteller nur einen einfachen Bewegungshub. Dabei nimmt er in Öffnungsrichtung den Hilfsventilteller mit.
Besonders günstig läßt sich die Erfindung so verwirklichen, daß der Zylinder, der dem mit dem Hilfsventiltcller verbundene;! Kolben zugeordnet ist, in dem mit dem Hauptventilteller verbundenen Kolben ausgebildet ist. Hierbei ergibt sich die richtige Koordinierung der gleichzeitigen Bewegung von Haupt- und Hilfsventilteller beim vollständigen Öffnen des Schnellschlußventils zwangsläufig.
Vorteilhafterweise kann man das erfindungsgemäße Ventil gemäß der Lehre nach dem Anspruch 3 ausbilden. In diesem Fall läßt sich der Haupt· bzw. Hilfsventilteller allein durch Öffnen des zugehörigen Auslaßventils (Druckentlastung) in die Öffnungsstellung bringen. Als Druckmedium dient der Dampf der Frischdampfleitung.
Bei dem erfindungsgemäßen Ventil können die Kolben mit Stangen versehen sein, die zur Stellungsanzeige für Hauptventilteller und Hilfsventilteller herangezogen werden. Die Stangen können koaxial angeordnet sein, so daß ihre Lage an einer Stelle zum Beispiel magnetisch überwacht werden kann.
Der mit dem Hauptventilteller verbundene Kolben des erfindungsgemäßen Ventils wird zweckmäßigerweise gemäß Anspruch 5 ausgestaltet.
Zur niihcren Erläuterung der Erfindung werden -anhand der Figuren zwei Allsführungsbeispiele ;be-'schrieben, die in verschiedenen Maßstäben einen Schnitt längs der Ventilachse darstellen.
Von der Kernreaktöranlage ist in der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nur die von dem Dampferzeuger eines Druckwasserreaktors ausgehende Frischdampfleitung 1 dargestellt, die in dem gezeichneten
Bereich einen rechtwinkligen Krümmer bildet. Mit diesem Krümmer ist das Gehäuse 2 des steuerbaren Ventils 3 baulich vereinigt. Die Strömungsrichtung des Dampfes zeigen die Pfeile 4.
Im Gehäuse 2 ist ein Ventilsitz 6 vorgesehen, auf dem ein Hauptventilteller 7 in der Schließstellung aufsitzt. Der rohrförmig verlängerte Schaft 8 des Ventiltellers 7 gleitet abgedichtet in einer Hülse 9, die mit ihrem Oberteil 5 mit dem Ventilgehäuse 2 verschraubt ist. Am oberen Ende des Schaftes 8 sitzt ein Kolben 10, der mit Kolbenringen 11 in einem Zylinder 12 des Oberteils 5 gleitet. Der Kolben 10 ist ein Differentialkolben, weil seiner größeren Kolbenfiäche 13. die in Schließrichtung des Ventiltellers 7 wirkt, eine kleinere Kolbenfiäche 14 gegenübersteht, die in Öffiiungsrichtung des Hauptventiltellers 7 beaufschlagbar ist.
!m Inneren des Schaftes 8 sind neben einer zentralen Ausnehmung 15 Bohrungen 16 vorgesehen, die mit Drosselstellen 17 ausgerüstet sind. Eine weitere Bohrung 18 mit einer Drosselstelle 19 führt von der abgehenden Frischdampfleitung zu einem Kanal 20. Dieser verbindet den Raum der kleineren Kolhenflache 14 mit einer zylinderförmigen Erweiterung 22 der zentralen Ausnehmung 15.
Die zentrale Ausnehmung 15 bildet im Ventilteller 7 einen Ausschnitt, dessen Rand 23 als Ventilsitz mit einem Hilfsventilteller 24 zusammenwirkt. Der Hilfsventilteller 24 hat beim Ausführungsbeispiel den halben Durchmesser wie der Ventilteller 7 und mithin ein Viertel seiner Querschnittsfläche. f;r verschließt in der gezeichneten Stellung den Durchgang zu einer erweiterten Ausnehmung 21 des Ventiltellers 7. die über Bohrungen mit dem hinter dem Ventilsitz 6 liegenden Teil der Fnschdamptleitung 1 in Verbindung steht.
Der Hilfsventiltelier 24 ist mit einem Schaft 26 abgedichtet im Scha Ί 8 des Hauptventilteilers 7 geführt. Sein dem Ventilsitz abgekehrtes Ende ist als Kolben 27 ausgebildet, der mit Kolbenringen 28 in dem Zylinder 22 gleitet. Der Zylinder 22 steht über einen Ringraum 29 zwischen einer Anzeigestange 30 des Hilfsventiltellers 24 und einer Jiese Stange umgebenden Hülse 31 des Kolbens 10 mit einer Auslaßoffnung 32 in Verbindung, die in eine weitere Hülse 33 führt. Dort ist eine Leitung 34 angeschlossen, in der ein Magnetventil 35 angeordnet ist. Der Einlaß 36 des Zwischenraums 29 ist als Auslaßventil 37 von einer Erhöhung 38 absperrbar, wenn der Kolben 27 ^eine obere EnG„tellung einnimmt.
Am oberen Ende des Zylinders 12. der mit einem Deckel 40 verschlossen ist. sind zwei Leitungen 41 und 42 angeschlossen. Sie führen zu ebenfalls magnetisch betätigbaren Ventilen 4i, 44 und 45. In der oberen Endstellung des Kolbens 10 ist der Eingang 47 der Leitungen j.doch mit einer Erhöhung 48 des Kolbens 10 verschlossen, die als Auslaßventil 46 auf Vorsprüngen 49 des Deckels 40 aufsitzt.
Der unterhalb ces Kolbens 10 liegende Teil des Zylinders 12. der der kleineren Kolbenfläche 14 zugeordnet ist. kann über zwei Leitungen 50 und 51 entlüftet werden, wenn die darin liegenden Steuerventi Ie 52 und 53 betätigt werden. Die Ventile 52 und 53 führen unmittelbar in die nicht gezeichnete Sicherheitsi'hülle der Kernreaktoranjage, während die Ventile 35, Ö3; 44 und 45 mit einem darin untergebrachten, nicht gezeichneten Abblasetank verbunden sind.
Das in der Sperrstellung gezeichnete Ventil 3 ist im Nlormalbetrieb vollständig geöffnet, wobei der Hilfsventilteller 24 die in der Schließstellung gezeichnete Lage relativ zum HauptventiltrMcr 7 einnimmt. Es ergibt sich
damit die strichpunktiert gezeichnete strömungsgunstige Kontur 55 für den Durchlaß des Dampfes durch das Ventilgehäuse 2. Die Kolbenflächen 13 und 14 sind dab?i ebenso wie die beiden Kolbenflächen des Kolbens 27 mit Druck beaufschlagt. Als Haltekraft wirkt die vom Auslaßventil 46 abgesperrte Fläche innerhalb der Vorspränge 49, die durch Öffnen eines der Ventile 43,44 oder 45 druckentlastet ist.
Zum Schließen des Ventils 3 wird der in der Kolbenfiäche 14 gehörende Teil des Zylinders 12 entleeri. indem das Ventil 52 oder 53 geöffnet wird. Durch diese Druckentlastung fährt der Ventilteller 7 zusammen mit dem Ventilteller 24 in die gezeichnete Schließstellung.
Steigt nach dem Absperren der Druck in der Frischdampfleitung 1 unzulässig an. so kann der Ventilteller 24 für sich durch Entlüftung des Zylinders 22 über das Ventil 35 angehoben werden Dadurch wird ein Weg durch den Ventilteller 7 freigegeben, der durch den Ventilsitz 23 und die Ausnehmung 21 führt. Der Hilfsventilteller 24 nimmt dann b«*-: geschlossenem Hnijntventilteller die bei 5(S gestncfelt gezeichnete Lage ein. Das Auslaßventil 37 schließt die Entlüftungsleitung 34. Die Entlastungsöffnung mit etwa einem Viertel des freien Durchtrittsquerschniues ermöglicht eine Entlastung ohne Folgeschäden für den Dampferzeuger.
Die jeweilige Stellung der Ventilteller 7 und 24 kann mit Hilfe der mit ihnen verbundenen Stange 30 und Hülse 31 magnetisch erfaßt werden. Zn diesem Zweck sind außerhalb der Hülse 33 magnetisch beeinflußbare Kontakte, zum Beispiel Reed-Kontakte 58.·/ bis 58e vorgesehen, die jeweils die obere und untere Endlage der Hülse 31 und der Stange 30 erfassen und elektrisch weitermeiden.
In Fig. 2 ist nur der obere Teil des Ventils 3 gezeichnet, wobei für die mit der F i g. 1 übereinstimmenden Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
Der Kolben 27 für den Hilfsventilteller 24 steht hier unter der Wirkung einer Schließfeder 60. Dadurch wird ein Hauern des Hilfsventiltellers 24 verhindert. Die Schließkraft kann in der Schließsteilung zum Beispiel 1 Mp betragen.
Das Auslaßventil 46 besitzt als Vorsprung 48 /um Schließen des Ringraumes 47 /wischen oen Voisprüngen 49 eine Tellerfeder 61 mit dem aus der Figur ersichtlichen, im wesentlichen L-förmigen Profil. Das L-förmige Profil bildet mit dem e'nen Schenkel 62 die Schließfläche, der andere Schenkel 63 dient zur Befestigung mit Hilfe eines geteilten Ringes 64, der mit Schrauben 65 befestigt ist.
Die Tellerfeder 61 ist so ausgebildet, daß im unbelasteten Zustand der Schenkel 62 gegenüber der Senkrechten zur Achse der Ver.tilbewegung geneigt ist. Dadurch wird erreicht, daß bei der Schließbewegung zunächst an einem der beiden Vorsprünge 49. vorzugsweise am inneren, die Berührung erfolgt. Danach wird der andere der Vorsprünge bei einer anschließenden Deformation der Tellerfeder 61 verschlossen. Mit der Tellerfeder 61 als elastischer Einrichtung ist ein dichter Sitz an beiden konzentrischen bichttingsflächen (49) gewährleistet; dfr auch den Dampfzuständen in der Frischdampfleitung eines Kernkraftwerkes, zum Beispiel dem Dampfdruck von 80 bar oder mehr un,l Temperaturen von etwa 3000C gewachsen ist.
Unabhängig von der Gestaltung des Auslaßventils 46
sollten die Kolbenflächen und Dichtungsflächen des Schnellschlußventils 3 in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, um eine gute Dichtung bei gleichzeitiger sicherer Betätigung zu erreichen. Vorzugsweise beträgt die Schließkraft des Hauptkolbenü 10 mit beispielsweise 105 Mp höchstens die Hälfte der auf den Hauptventilteller 7 wirkenden Öffnungskraft von beispielsweise 400 Mp. Die Schließkraft des Hilfslcolbens 27 soll mit zum Beispiel 65 Mp höchstens die Hälfte der auf den Hilfsventilteller 24 wirkenden öffnunga'kiraft von beispielsweise 145 Mp sein. Schließlich sollen die Schließkräfte von Haupt- und Hilfskolben 10, 27 mit 70 und 50 Mp für den Betätigungsfall mindestens doppelt so groß sein wie die an den Auslaßventilen 37, 46 entstehenden Rückdichtungskräfte von 30 bzw. 20 Mp. Als Anhalt für eine günstige Ausführungsform werden im folgenden einige Abmessungen genannt:
Hauptventilteller 7:
mittlerer Dichtsitzdurchmesser 65 cm Durchmesser der Kolbenringe
im Schaft 8 68,5 cm
Durchmesser der Kolbenringe 11
am Kolben 10 75,3 cm
Durchmesser der Vorsprünge 49 9 bzw. 22 cm
Hilfsventilteller24:
mittlerer Dichtsitzdurchmesser 34 cm Durchmesser der Kolbenringe 28 am Kolben 27 45,5 cm
Durchmesser des Auslaßventils 37 17 cm
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Steuerbares Ventil für eine aus einer Sicherheitshüne herausführende 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 schließt, jedoch bei Anlegen eines höheren Drucks als dem Betriebsdruck der Frischdampfleitung das Ventil mit einem kleineren als dem maximalen Durchlaßquerschnitt öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß der den Verschluß bewirkende 1 -, Hauptventilteller (7) durch eine Kolben/Zylinder-Anordnung (10, 12) betätigt wird und eine als Ventilsitz (23) ausgebildete Öffnung aufweist, die den bei Oberdruck freigegebenen Durchlaßquerschnitt bestimmt, und daß die öffnung durch einen HilfsventiUdler (24). der ebenfalls durch eine Koibcn/Zyiiiiucf-Anofuriüng \£.t, ü/ uciäugt wiru, verschließbar ist.
2. Steuerbares Ventil nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (22). der dem mit _'"> dem Hilfsventilteller (24) verbundenen Kolben (22) zugeordnet ist, in dem mit dem Hauptventilteller (7) verbundenen Kolben (10) ausgebildet ist.
3. Steuerbares Ventil nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Haupt- jo und Hilfsventilteller (7,24) verbundenen Kolben (10, 27) gegenei inder wirkende Kolbenfläche unterschiedlicher Größe aufweisen und daß aer von der größeren Kolbenfläche begrenzte Teil der Zylinder, der die Schließbewegung des zugehörigen Ventiltel- j5 lers bewirkt, jeweils sowohl über eine Drosselleitung mit der Frischdampfleitung verbunden als auch mit einer ein Auslaßventil enthaltenden Auslaßleitung versehen ist, wobei jede Auslaßleitung einen größeren Durchlaßquerschnitt als die zugehörige w Drosselleitung aufweist.
4. Steuerbares Ventil nach Anspruch 1. 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (10, 27) rr.'t Stangen (31, 30) versehen sind, die zur Stellungsanzeige für die Ventilteller (7. 24) herangezogen 4> werden.
5. Steuerbares Ventil nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die grö 'ere Kolbenfläche (13) des mit dem Hauptventiltcller (7) verbundenen Kolbens (10) größer ist als der DurohlaBquerschnitt >o der Frischdampfleitung am Ort des Hauptventilsitzes(6).
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