DE2521193A1

DE2521193A1 - Kolbenbetaetigtes plattenventil

Info

Publication number: DE2521193A1
Application number: DE19752521193
Authority: DE
Inventors: Harry Francis Martin
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-05-14
Filing date: 1975-05-13
Publication date: 1975-11-27
Also published as: GB1466838A; NL7505070A; BE828992A; SE7505541L; CH594155A5; JPS50156036A; IT1038117B; CA1038260A; FR2271476A1; SE412103B; FR2271476B1; JPS5514946B2; ES437278A1

Description

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W. 739

Augsburg, den 9. Mai 1975

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County,
Pennsylvania 152 22, V.St. A.

Kolbenbetätigtes Plattenventil

Die Erfindung betrifft ein kolbenbetätigtes Plattenventil, dessen innerhalb eines im oberen Teil des Ventilgehäuses gebildeten vertikalen Zylinders verschiebbarer, als freifliegender Tauchkolben ausgebildeter Betätigungs-

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kolben mit seinem nach unten weisenden Kolbenboden die mit einem im unteren Gehäuseteil angeordneten Ventilsitz zusammenwirkende Ventilplatte darstellt, wobei der Zylinderraum über eine im Kolbenboden angeordnete Durchtrittsöffnung mit dem unterhalb des Kolbens befindlichen Raum verbünden und außerdem ein Steuerventil vorgesehen ist, welch letzteres den Anschluß des Zylinderraumes an einen Niederdruckbereich zwecks öffnung des Plattenventils bzw. die Abtrennung dieses Zylinderraumes von dem genannten Niederdruckbereich zwecks Schließung des Plattenventils gestattet.

Dampfturbinen-Kernkraftwerke weisen im allgemeinen eine in Serie geschaltete, in sich geschlossene Betriebsmittel-Umlaufschleife auf, die aus einem Dampferzeuger, einer Hochdruckturbine, einem Flüssigkeitsabscheider mit Zwischenerhitzer, einer Niederdruckturbine und einem Kondensator besteht. Zwischen dem Dampferzeuger und der Hochdruckturbine sind ein Hauptturbinen-Absperrventil und ein Hauptturbinen-Drosselventil angeordnet. Diese beiden Ventile dienen zur Steuerung der Strömung des im Dampferzeuger erzeugten, unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden Betriebsmittels in den übrigen Teil der in Serie geschalteten Betriebsmittel-Umlaufschleife hinein.

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Das Hauptturbinen-Absperrventil und das Hauptturbinen-Drosselventil werden in Notfällen auch dazu benutzt, die Damp fs trö raun g in das übrige Betriebsmittel-Umlaufsystem hinein zu unterbrechen. Bei schneller Schließung des Absperrventils und des Drosselventils kann kein weiteres Betriebsmittel mehr in die stromab dieser Ventile angeordnete Turbinenanlage mehr einströmen. Trotzdem kann Dampf, der bereits die Hauptturbine und das Absperrventil sowie das Drosselventil durchströmt hat und nun nach Absperrung dieser beiden Ventile innerhalb des übrigen Systems expandiert, zu einem Durchdrehen der stromab gelegenen Turbine führen und so die Gefahr eines Turbinenschadens erhöhen.

Um dies zu vermeiden, ist zwischen dem kombinierten Flüssigkeitsabscheider und Zwischenerhitzer und der Niederdruckturbine mindestens ein Dampfablaßventil vorgesehen, welches gestattet, den stromab der Hauptturbine und des dieser zugehörigen Absperrventils und Drosselventils noch im System befindlichen Dampf unmittelbar in den Kondensator oder in die freie Atmosphäre abzulassen.

Dieses Dampfablaßventil ist normalerweise ein kolbenbetätigtes Plattenventil der eingangs dargelegten allgemeinen

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Bauart.

Derartige Plattenventile werden durch einen Steuerdruck betätigt, der in den oberhalb des Betätigungskolbens befindlichen Zylinderraum eingelassen wird. Befindet sich das Ventil in seiner geschlossenen Stellung, so sperrt das Steuerventil den Zylinderraum vollständig ab und gestattet dadurch einen Druckausgleich zwischen den oberhalb und unterhalb des Betätigungskolbens gelegenen Räumen. Wird der Zylinderraum zur freien Atmosphäre hin oder zum Kondensator hin entlüftet, so gestattet der dadurch im Zylinderraum stattfindende Druckabfall dem auf der Einlaßseite des Ventils anstehenden Hochdruckdampf, den Betätigungskolben nach oben zu verschieben, wodurch nunmehr der noch im System befindliche Restdampf durch das Dampfablaßventil hindurch entweder zum Kondensator oder zur freien Atmosphäre ausströmen kann.

Wegen der Reibung, welche von einer zwischen dem Betätigungskolben und der Innenwandung des Zylinderraumes befindlichen Dichtungsanordnung herrührt, kann es vorkommen, daß der Betätigungskolben auf ein ihm von einem Regler her zugeführtes Schließsignal nicht anspricht. Es ist üblich, das Dampfablaßventil dadurch wieder zu schließen,

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daß durch Schließung des Steuerventils der Zylinderraum wieder abgesperrt wird und folglich die Drücke oberhalb und unterhalb des Betätigungskolbens sich ausgleichen. Das Gewicht des Betätigungskolbens plus ein gegebenenfalls zusätzlich vorhandenes Kräfte-Ungleichgewicht infolge verschiedener Querschnittsgröße der Oberfläche und der Unterfläche des Betätigungskolbens reichen normalerweise dazu aus, die genannte Reibung zwischen der Dichtungsanordnung und der Wandung des Zylinderraumes zu überwinden.

Bei Kernkraftwerken, die normalerweise bekanntlich mit niedrigen Drücken betrieben werden, sind jedoch das Gewicht des Betätigungskolbens und das erwähnte Kräfte-Ungleichgewicht an beiden Kolbenseiten nicht immer groß genug, um die erwähnte Reibung zu überwinden. Polglich kann es vorkommen, daß der als freifliegender Tauchkolben ausgebildete Betätigungskolben des Dampfablaßventils nicht, wie erwartet, sich nach unten auf den Ventilsitz zu bewegt, was zur Folge haben kann, daß die ganze Kraftwerksanlage zerstört werden kann.

Durch die Erfindung soll infolgedessen die Aufgabe gelöst werden, ein kolbenbetätigtes Plattenventil der eingangs dargelegten allgemeinen Bauart so zu verbessern,

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daß in jedem Fall sichergestellt ist, daß der als freifliegender Tauchkolben ausgebildete Betätxgungskolben des Ventils dieses» wenn es seine Druckablaßfunktion erfüllt hat, unbedingt wieder schließt.

Diese' Aufgabe wird, ausgehend von einem kolbenbetätigten Platten ventil der eingangs dargelegten Art, dadurch gelöst, daß dasselbe einen über ein weiteres Steuerventil an den Zylinderraum anschließbaren Druckbehälter und eine Einrichtung zur öffnung dieses weiteren Steuerventils bei geschlossenem erstem Steuerventil zum Zwecke der Zuführung von Druckmittel aus dem genannten Druckbehälter in den Zylinderraum zwecks Verschiebung des Betätigungskolbens in die geschlossene Ventilstellung aufweist.

In Anwendung des er fin dungs gemäßen Platten ventile als Dampfventil ist der genannte Druckbehälter wärmeisoliert und weist einen Kondensatablaß auf.

Das erfindungs gemäße kolbenbetätigte Platten ventil bringt gegenüber Plattenventilen der eingangs dargelegten bekannten Art den technischen Portschritt, daß ein Hängenbleiben des Ventils in geöffnetem Zustand infolge der Reibung des Betätigungskolbens innerhalb des ihn führenden

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Zylinderrauines nicht mehr vorkommen kann.

Eine bevorzugte Aus ftih rungs form des e rf in dungs gemäßen kolbenbetätigten Plattenventils wird nunmehr anhand der anliegenden Zeichnung in ihren.Einzelheiten beispielsweise beschrieben, in welcher

Fig. 1 einen Schemaplan eines Kernkraft

werkes zeigt, aus welchem die Anordnung und Schaltung des erfindungsgemäßen Dampfablaßventils innerhalb einer solchen Anlage ersiciitlich ist, und

Fig. 2 einen vertikalen Axialschnitt

durch das erfindungs gemäße kolbenbetätigte Plattenventil zeigt.

Wie Fig. 1 zeigt, weist ein Kern-Dampfkraftwerk 10 eine in sich geschlossene Betriebsmittel-Umlaufschleife auf, innerhalb welcher in Serie ein Dampferzeuger 14, eine Hochdruckturbine 16, ein Flüssigkeitsabscheider mit Zwischenerhitzer 18, eine Niederdruckturbine 20 und ein Kondensator 22 hintereinander geschaltet sind. Der Konden-

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sator 22 steht normalerweise unter unteratmosphärischem Druck.

Zwischen dem Dampferzeuger 14 und der Hochdruck turbine sind ein Hauptturbinen-Absperrventil 24 und ein Hauptturbinen-Steuerventil 26 angeordnet. In der Leitung 28 zwischen dem kombinierten Flüssigkeitsabscheider und Zwischenerhitzer und der Niederdruckturbine 20 ist mindestens ein Dampfablaßventil 12 angeordnet. Dieses Dampfablaßventil 12 ist so geschaltet, daß es für den stromab des Hauptturbinen-Absperrventils 24 und des Steuerventils 26 eingesperrten Dampf einen anderen Abströmkanal entweder unmittelbar zum Kondensator 22 hin, wie durch den Pfeil 30 angedeutet, oder unmittelbar zur freien Atmosphäre hin bietet, wie dies durch die Bezugs ziffer 32 angedeutet ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist das Ventilgehäuse 34 einen Ventileinlaß 36 und einen Ventilauslaß 38 auf. In der Nähe des Ventileinlasses 36 ist im wesentlichen koaxial zu diesem innerhalb des Ventilgehäuses 34 ein Ventilsitz 40 angeordnet. Der Ventilauslaß 36 ist entweder mit einer zum Kondensator 22 führenden Dampfablaßleitung oder unmittelbar mit der freien Atmosphäre verbunden, wie dies durch die Bezugsziffer 32 angedeutet ist.

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Im Ventilgehäuse 34 ist oberhalb des Ventilsitzes ein dazu koaxialer, vertikaler Zylinder gebildet, in welchem ein als Tauchkolben ausgebildeter Betätigungskolben 42 verschiebbar geführt ist. Eine Ventilkammer· 44 umgibt den unteren Teil dieses Zylinders und des darin geführten Betätigungskolbens 42. Der nach unten weisende Kolbenboden des Betätigungskolbens 42 bildet zugleich die mit dem Ventilsitz 40 zusammenwirkende Ventilplatte des Ventils.

Oberhalb des Betätigungskolbens 42 bildet das Ventilgehäuse 34 zusammen mit dem oberen Teil des genannten Zylinders einen Zylinderraum 46. Dieser Zylinderraum ist über ein Steuerventil 48 mit einem Niederdruckbereich, beispielsweise mit dem Kondensator 22 verbindbar.

Ein Druckbehälter 49 enthält eine Druckkammer 50, die über ein weiteres Steuerventil 52 in Verbindung mit dem Zylinderraum 46 gebracht werden kann. Das erstgenannte Steuerventil 48 und das zweitgenannte Steuerventil 52 werden jeweils durch in der Zeichnung nicht dargestellte Steuermittel jeweils abwechselnd betätigt. Damit ist gemeint, daß jeweils dann, wenn das erstgenannte Steuerventil geöffnet ist und den erwähnten Niederdruckbereich mit dem Zylinderraum 46 verbindet, das andere Steuerventil 52

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geschlossen ist, so daß die Druckkammer 50 von dem Zylinderraum 46 abgetrennt ist. Ist jedoch das erstgenannte Steuerventil 48 geschlossen, so daß es den Zylinderraum von dem erwähnten Niederdruckbereich abtrennt, so ist das zweite Steuerventil 52 geöffnet und stellt somit eine Verbindung zwischen der Druckkammer 50 und dem Zylinderraum 46 her. Der Druckbehälter 49 weist außerdem eine, Ablaßleitung 54 auf, Über welche sich in der Druckkammer sammelndes Kondensat abströmen kann.

Der Betätigungskolben 42 weist eine Öffnung 56 auf, welche eine Verbindung zwischen dem oberhalb des Betätigungskolbens 42 gelegenen Zylinderraum 46 und dem unterhalb des Betätigungskolbens 42 gelegenen Raum herstellt. In der Zylinderwandung sind in Dichtungsnuten Dichtungsringe angeordnet, welche ein Entlanglecken von Druckmittel längs der Kolbenaußenwandung verhindern. Eine Ablaßöffnung gestattet irgendwelchem Kondensat, welches sich in dem Zylinderraum 46 niederschlagen sollte, einen Abzug.

Während des normalen Turbinenbetriebes ist das durch den frei fliegenden Betätigungskolben 42 betätigte Dampfablaßventil geschlossen, das erstgenannte Steuerventil ebenfalls geschlossen und das zweitgenannte Steuerventil

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geöffnet. Hochdruck-Strömungsmittel gelangt durch die Öffnungen 56 und 58 in den Zylinderraum 46, so daß ein geringes Kräfte-Ungleichgewicht oberhalb und unterhalb des Betätigungskolbens 42 und das Eigengewicht dieses Betätigungskolbens diesen in seiner Schließstellung halten, in welcher sein als Ventilplatte ausgebildeter Kolbenboden auf dem Ventilsitz 40 aufsitzt,, Während die Ventilplatte des Betätigungskolbens 42 auf dem Ventilsitz 40 aufsitzt, steht auch der Druckbehälter 49 unter Druck.

Beim Auftreten eines von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung herrührenden Notsignals wird das erstgenannte Steuerventil 48 geöffnet und stellt somit die Verbindung zwischen dem Zylinderraum 46 und dem nicht dargestellten Niederdruckbereich her. Das zweitgenannte Steuerventil 52 ist geschlossen und trennt folglich die Druckkammer 50 vom Zylinderraum 46. Bei geöffnetem erstem Steuerventil 48 wird Hochdruck aus dem Zylinderraum 46 abgelassen, so daß der Betätigungskolben 42 sich von seinem Sitz 40 abhebt und den stromab des Hauptturbinen-Absperrventils 24 und des Hauptturbinen-Drosselventils eingesperrten Dampf entweder zum Kondensator 22 hin oder zur freien Atmosphäre hin abläßt, wie dies in Fig. 2

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durch die beiden Pfeile 30 und 32 angedeutet ist.

Die Schließung des Dampfablaßventils 12 wird dadurch erreicht, daß zuerst das Steuerventil 48 geschlossen und dann das zweite Steuerventil 52 geöffnet wird, so daß nunmehr das unter hohem Druck stehende Strömungsmittel aus der Druckkammer 50 in den Zylinderraum 46 oberhalb des Betätigungskolbens 42 hinein expandiert. Die von dem im Zylinderraum 46 befindlichen Hochdruck-Strömungsmittel auf den Betätigungskolben 42 ausgeübte Kraft wirkt mit dem Eigengewicht des Betätxgungskolbens 42 und dem gegebenenfalls vorhandenen Kräfte-Ungleichgewicht aufgrund der Verschiedenheit der Flächengrößen der Betätigungskolbenober- bzw, -Unterseite zusammen und stellt dadurch sicher, daß die PlattenventiIflache an der Unterseite des Betätxgungskolbens 42 unter allen Umständen auf dem Ventilsitz 40 aufsitzt.

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Claims

Patentansprüche

(I.; Kolbenbetätigtes Plattenventil, dessen innerhalb eines im oberen Teil des Ventilgehäuses gebildeten vertikalen Zylinders verschiebbarer, als frei fliegender Tauchkolben ausgebildeter Betätigungskolben mit seinem nach unten weisenden Kolbenboden die mit einem im unteren Gehäuseteil angeordneten Ventilsitz zusammenwirkende Ventilplatte darstellt, wobei der Zylinderraum über eine im Kolbenboden angeordnete Durchtrittsöffnung mit dem unterhalb des Kolbens befindlichen Raum verbunden und ein Steuerventil vorgesehen ist, welch letzteres den Anschluß des Zylinderraumes an einen Niederdruckbereich zwecks öffnung des Plattenventils bzw. die Abtrennung dieses Zylinderraumes von dem genannten Niederdruckbereich zwecks Schließung des Plattenventils gestattet, gekennzeichnet durch einen über ein weiteres Steuerventil (52) an den Zylinderraum (46) anschließbaren Druckbehälter (49) und durch eine Einrichtung zur öffnung dieses weiteren Steuerventils (52) bei geschlossenem erstem Steuerventil (48) zum Zwecke der Zuführung von Druckmittel aus dem genannten Druckbehälter (49) in den Zylinderraum (46) zwecks

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Verschiebung des Betätigungskolbens (42) in die geschlossene Ventilstellung.
2. Plattenventil nach Anspruch 1 in Anwendung als Dampf ventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (49) wärmeisoliert ist und einen Kondensatablaß (54) hat.

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