DE2547470A1

DE2547470A1 - Sicherheits- bzw. unterdruckventil

Info

Publication number: DE2547470A1
Application number: DE19752547470
Authority: DE
Inventors: Horst Helm; Bertfried Nissel
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1975-10-23
Filing date: 1975-10-23
Publication date: 1977-04-28

Description

25A7470 24.09.1975

My/Bu 24.293-9

INTERATOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH 5O6 Bensberg

Sicherheits- bzw. Unterdruckventil

Die Erfindung betrifft ein Sicherheits- bzw. Unterdruckventil mit einem in einem Gehäuse mit Ventilsitz in Strömungsrichtung beweglichen Dichtkörper mit Ventilkegel zum Absperren eines strömenden Mediums, zum Aufrechterhalten bestehenden Drucks in einem Behälter bei unerwünschtem bzw. plötzlichem Druckabfall, wie infolge Rohrbruchs in dem nachgeordneten Gefäß, beispielsweise einer Rohrleitung, insbesondere für Dampferzeuger o.dgl. bei Kernreaktoren.

Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei diesem Sicherheitsventil nicht um ein Überdruckventil, um unzulässig hohen Druck in einem Behälter zu vermeiden, sondern um ein Unterdruckventil, um ein insbesondere rasches Absinken des Druckes oder Betriebsdrucks zu unterbinden. Während in dem anderen Fall die Gefahr des Bruchs des Behälters beseitigt werden soll, soll mit Hilfe der Erfindung ein plötzliches Absinken des Drucks, damit womöglich eine Implosion des Behälters, vor allem aber ein unkontrolliertes Austreten des in dem Behälter befindlichen Mediums, wie hochgespannter Dampf bei dem Dampferzeuger eines Kernreaktors, vermieden werden.

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Es sind bereits verschiedene Versuche unternommen worden, ein zuverlässiges Absperrorgan bzw. eine solche Absperreinrichtung für den Fall des Entstehens . einer nicht beabsichtigten öffnung, eben wie Bruch der Dampfrohrleitung bereitzustellen. Bei diesen Einrichtungen handelte es sich um sehr aufwendige Lösungen mit besonderen Meß-, Tast- und/oder Fühlorganen, durch deren Impulse wiederum Bedienungsorgane, wie Stellmotoren o*.dgl. betätigt bzw. in. Gang gesetzt werden mußten. In ihrer Kompliziertheit waren diese Einrichtungen, zumal sie von fremden Energiequellen abhängig waren, nicht ohne Störanfälligkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheits- bzw. Unterdruckventil zu schaffen, bei dem die bisherigen Nachteile für den gleichen Zweck bestimmter Einrichtungen vermieden sind, das also fremder Energiequellen nicht bedarf, das wenig aufwendig ist, das eine einfache konstruktive Ausbildung und damit praktisch keinen Anlaß zu Störungen gibt und das sich vor allem durch eine rasche Funktion und große Zuverlässigkeit auszeichnet. Zugleich sollen die Erfordernisse des Strahlenschutzes berücksichtigt sein, für den Fall eines Einsatzes bei Kernrekatoren, so bei deren Speisewasser- und schließlich Dampfleitungen, bei denen sich die Behälter im Strahlungsbereich befinden können.

Bei einem Sicherheits- bzw. Unterdruckventil der. eingangs beschriebenen Art ist diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in dem Gehäuse ein etwa torpedoförmiger Körper angeordnet ist, daß der Durchtrittkanal im Bereich dieses Körpers bei -im

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wesentlichen - Aufrechterhaltung seiner Strömungsquerschnittfläche einen kreisringformxgen Querschnitt aufweist, daß der torpedoförmige Körper aus einem in dem Gehäuse ortsfest gehaltenen Kegel und einem dazu teleskopähnlich beweglichen - in Strömungsrichtung weisenden - Kegel als Dichtkörper besteht, daß an dem beweglichen Kegel der eigentliche Ventilkegel und an dem entsprechenden Wandabschnitt des Gehäuses der Ventilsitz angeordnet sind, daß der bewegliche Kegel in Schließrichtung gegenüber dem ortsfesten Kegel mit Federkraft, wie mittels einer Schraubenfeder, beaufschlagt ist, daß der bewegliche Kegel - bei vorgespannter Federkraft - mittels einer lösbaren Kupplung in einer dem ortsfesten Kegel nahen Stellung arretierbar ist, daß in dem ortsfesten Kegel koaxial und gleitbar ein Stößel gelagert ist, dessen eines Ende eine gegen die Strömungsrichtung weisende Prallfläche und dessen anderes Ende - etwa nach Art eines Druckmittelkolbens - eine Kolbenfläche aufweisen, daß die Kolbenfläche auf einen in dem beweglichen Kegel koaxial angeordneten Druckraum mit einer Ausgleichsöffnung gerichtet ist, und daß der Stößel als Betätigungsorgan der lösbaren Kupplung ausgebildet ist, wobei die lösbare Kupplung zweckmäßig eine Kugelkupplung ist. Durch diese Maßnahmen ist erreicht, daß die Prallfläche des Stößels ständig mit dynamischem Druck beaufschlagt ist. Tritt nun plötzlich ein Druckabfall auf, so erhöhen sich schlagartig die DuEchflußgeschwindigkeit und gleichzeitig der dynamische Druck auf die Prallfläche des Stößels, der zufolge der Differenz in den an seinem anderen Ende gelegenen Druckraum eindringen muß. Durch diese Be-

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wegung des Stößels wird zugleich die Sperre der Kupplung bzw. der Kugelkupplung aufgehoben und die Bewegung des beweglichen Kegels eingeleitet, der durch die gespeicherte Federkraft und unter dem dynamischen Druck mit seinem Ventilkegel auf den Ventilsitz auftrifft und darauf unter dem weiter anstehenden Druck verbleibt. Die Unmittelbarkeit der Auslösung und der Wirkung zufolge der erfindungsgemäßen Ausbildung¹ des Sicherheits- bzw.' Unterdruckventils dürften kaum zu übertreffen sein, so daß ein sehr hohes Maß an Sicherheit gegeben ist.

Erfindungsgemäße Ausgestaltungen bestehen darin, daß in einer in einer axialen Bohrung des ortsfesten Kegels befestigten und in eine axiale Bohrung des beweglichen Kegels eingreifenden Hülse das Gleitlager für den Stößel und der Käfig für die Kugel(n) der Kugelkupplung vereinigt sind, ggf. daß zwischen dem Stößel und dem ortsfesten Kegel bzw. der Hülse, ggf. zwischen dieser und dem ortsfesten Kegel eine Dichtung bzw. Dichtungen vorgesehen sind, ggf. in Form eines Federbalges. Diese Lösung bietet fertigungsmäßige Vorteile und den Vorteil der Austauschbarkeit , auch im Falle einer Änderung der Betriebsbedingungen.

Mit Vorteil besteht der Stößel zweiteilig aus einem Schaft mit Kupplungsbetätigungsfläche und Kolbenfläche einerseits und einem Stößelkopf mit der Prallf-läche andererseits, wobei beide Teile mittels Gewindeabschnitte verbunden und ggf. längeneinstellbar ausgebildet sein können.

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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mündet die Ausgleichsöffnung des Druckraumes in einer Stirnfläche des beweglichen Kegels, die einer entsprechenden Stirnfläche des ortsfesten Kegels gegenüberliegt.

Schließlich wird noch nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die bzw. eine gegen die Strömungsrichtung gelegene Stirnfläche des beweglichen Kegels etwa senkrecht zu der Strömungsrichtung bzw. in einer zu der Achse des Sicherheits- bzw. Unterdruckventils senkrechten Ebene angeordnet ist, derart, daß diese Stirnfläche der auftreffenden Strömung eine gute Angriffsfläche bietet.

In der Zeichnung ist beispielsweise und schematisch ein erfindungsgemäßes Sicherheits- bzw. Unterdruckventil dargestellt.

Nach der Zeichnung besteht ein Sicherheits- bzw. Unterdruckventil aus einem Gehäuse 1, das aus zwei Teilen zusammengesetzt sein kann, und einem in dessen Durchtrittkanal 2 angeordneten, aus einem mittels Rippen 3 ortsfest gehaltenen Kegel 4 und einem dazu teleskopähnlich beweglichen, mittels Führungsbleche 5 geführten beweglichen Kegel 6 gebildeten etwa torpedoformigen Körper 4/6. Der Durchtrittkanal 2 weist im Bereich dieses Körpers 4/6 bei - im wesentlichen - Aufrechterhaltung seiner Strö·- mungsquerschnittflache einen kreisringförmigen Querschnitt auf. Es sind an dem beweglichen Kegel 6 der eigentliche Ventilkegel 61 und an dem entsprechenden Wandabschnitt des Gehäuses 1 der Ventilsitz 11 angeordnet. Der bewegliche Kegel 6 ist gegenüber

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dem ortsfesten Kegel 4 durch eine gespannte Schraubenfeder 7 in Schließrichtung mit Druck beaufschlagt, jedoch mittels einer lösbaren Kupplung, einer Kugelkupplung 8 in einer dem ortsfesten Kegel 4 nahen Stellung arretiert. In dem ortsfesten Kegel 4 ist in einer koaxialen Bohrung eine Hülse 9 befestigt, die gleitbar in eine entsprechende koaxiale Bohrung in dem beweglichen Kegel greift. Die Hülse 9 ist zugleich Träger und Gleitlager eines darin -in axialer Richtung beweglichen Stößels 12 und Träger bzw. Käfig für die Kugelkupplung 8. Der Stößel 12 besitzt an seinem freien Ende eine gegen die Strömungsrichtung, Pfeil A, weisende Prallfläche 121 und an seinem anderen Ende - nach Art eines Druckmittelkolbens - eine Kolbenfläche 122, die auf einen in dem beweglichen Kegel 6 koaxial angeordneten Druckraum 62 gerichtet ist. Dieser Druckraum 62 hat eine zunächst radial, sodann achsparallel verlaufende Ausgleichsöffnung 63, die in einer Stirnfläche 64 des Kegels 6 mündet, die einer entsprechenden Stirnfläche 41 des ortsfesten Kegels 4 gegenüberliegt. Die beiden Stirnflächen 64 und 41 liegen in Betriebsstellung praktisch aneinander an und in einer zu der Achse senkrechten Ebene. Der Stößel 12 besteht aus zwei mittels Gewindeabschnitte miteinander verbundenen Teilen 12a und 12b, womit er begrenzt längeneinstellbar sein kann. Gegenüber der Hülse 9 ist der Stößel 12 mittels eines Federbalges 10 abgedichtet.

An dem Gehäuse 1 ist ein Flansch angeformt mit dem das Sicherheits- bzw, Unterdruckventil in einer Anlage o.dgl., beispielsweise in dem Anschluß-

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stutzen für den Dampferzeuger bzw. die Dampfleitung bei einem Kernreaktor eingebaut werden kann. Für diesen Anwendungsfall ist es von Vorteil, wenn der torpedoähnliche Körper 4/6 einen größeren Durchmesser als die Ein- und/oder Austrittöffnung des Durchtrittkanals 2 besitzt, weil damit im Falle eines Rohrabrisses ein Strahlenschutz fortbesteht.

Um die Wirkungsweise nochmals kurz zu erläutern:

Auf der Prallfläche 121 steht infolge Strömung des Mediums, wie Dampf, dynamischer Druck an. Kommt es hinter dem Sicherheits- bzw. Unterdruckventil zu einem Rohrbruch steigt schlagartig der dynamische Druck auf den Prallkopf 121 und der Stößel 12 wird in Richtung auf den Druckraum 62 bewegt, wodurch die Kugelkupplung 8 gelöst und in dem Druckraum 62 befindliches Medium mit der Kolbenfläche 122 durch die Ausgleichöffnung 63 verdrängt wird. Sogleich wird der bewegliche Kegel 6 in Strömungsrichtung bewegt, zunächst durch das aus dem Druckraum 62 verdrängte, auf die Stirnfläche 41 auftreffende Medium, in der Hauptsache durch Freiwerden der in der Schraubenfeder 7 gespeicherten Kraft. Sobald die Stirnflächen 64 und 41 etwas Abstand voneinander bekommen, greift auch noch die Strömung mit dynamischem Druck (Gesamtdruck abzüglich statischer Druck) an der Stirnfläche 64 an, so daß durch die rasche Bewegung des Kegels 4 schlagartig der Ventilkegel 61 auf dem Ventilsitz 11 zur dichten Anlage gelangt. Damit ist praktisch im Moment des Druckverlustes auch schon das Sicherheits- bzw. Unterdruckventil geschlossen. In der Schließstellung verbleibt es unter allen ·

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Umständen, bis durch Drücken auf den beweglichen Kegel 6 über die Führungsleisten 5 die Ausgangsstellung wieder hergestellt wird. Auch dies ist ein Beitrag zur Sicherheit, weil das Ventil nicht durch einen Bedienungsfehler, wie bei umfangreichen Einrichtungen möglich, unbeabsichtigt geöffnet werden kann.

Patentansprüche:

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche

Sicherheits- bzw. Unterdruckventil mit einem in einem Gehäuse mit Ventilsitz in Strömungsrichtung beweglichen Dichtkörper mit Ventilkegel zum Absperren eines strömenden Mediums, zum Aufrechterhalten bestehenden, Drucks in einem Behälter bei unerwünschtem bzw. plötzlichem Druckabfall, wie infolge Rohrbruchs, in dem nachgeordneten Gefäß, beispielsweise einer Rohrleitung, insbesondere für Dampferzeuger o.dgl. bei Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet,

daß in dem Gehäuse (1) ein etwa torpedoförmiger Körper (4/6) angeordnet ist, daß der Durchtrittkanal (2) im Bereich dieses Körpers (4/6) bei - im wesentlichen - Aufrechterhaltung seiner Strömungsquerschnittfläche einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist, daß der torpedoförmige Körper (4/6) aus einem in dem Gehäuse (1) ortsfest gehaltenen Kegel (4) und einem dazu teleskopähnlich beweglichen - in Strömungsrichtung weisenden - Kegel (6) als Dichtkörper besteht, daß an dem beweglichen Kegel (6) der eigentliche Ventilkegel (61) und an dem entsprechenden Wandabschnitt des Gehäuses (1) der Ventilsitz (11) angeordnet sind, daß der bewegliche Kegel (6) in Schließrichtung gegenüber dem ortsfesten Kegel (4) mit Federkraft, wie mittels einer Schraubenfeder (7), beaufschlagt ist, daß der bewegliche Kegel (6) - bei gespannter Federkraft - mittels einer lösbaren Kupplung (8) in einer dem ortsfesten Kegel (4) nahen Stellung

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ORIGINAL INSPECTED

arretierbar ist, daß in dem ortsfesten Kegel (4) koaxial und gleitbar ein Stößel (12) gelagert ist, dessen eines Ende eine gegen die Strömungsrichtung weisende Prallfläche (121) und dessen anderes Ende - etwa nach Art eines Druckmittelkolbens - eine Kolbenfläche aufweisen, daß die Kolbenfläche (122) auf einen in dem beweglichen Kegel (6) koaxial angeordneten Druckraum (62) mit einer Ausgleichsöffnung (63) gerichtet isfr; und daß der Stößel (12) als Betätigungsorgan der lösbaren Kupplung (8) ausgebildet ist.
2. Sicherheits- bzw. Unterdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die lösbare Kupplung (8) eine Kugelkupplung ist.
3. Sicherheits- bzw. Ünterdruckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß in einer in einer axialen Bohrung des ortsfesten Kegels (4) befestigten und in eine axiale.Bohrung des beweglichen Kegels (6) eingreifenden Hülse (10) das Gleitlager für den Stößel (12) und der Käfig für die Kugel(n) der Kugelkupplung (8) vereinigt sind.
4. Sicherheits- bzw. Unterdruckventil nach Anspruch 1 oder Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen dem Stößel 12 und dem ortsfesten Kegel (4) bzw. der Hülse (9) ggf. zwischen dieser und dem ortsfesten Kegel (4) eine Dichtung bzw. Dichtungen vorgesehen sind, ggf. in Form eines Federbalges (10).

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5- Sicherteits- bzw. Unterdruckventil nach einem der Ansprüche 1 "bis 4-,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Stößel (12) zweiteilig aus einem Schaft (126) mit Kupplungsbetätigungsfläche und Kolbenfläche (122) einerseits und einem Stößelkopf (12a) mit der Prallfläche (121) andererseits besteht, wobei beide Teile mittels Gewindeabschnitt verbunden ggf. längeneinstellbar ausgebildet sein können.
6. Sicherheits- bzw. Unterdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausgleichsöffnung (63) des Druckraumes (62) in einer Stirnfläche (64) des beweglichen Kegels (6) mündet, die einer entsprechenden Stirnfläche (41) des ortsfesten Kegels (4-) gegenüberliegt.

7· Sicherheits- bzw. Unterdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,

daß die bzw. eine gegen die Strömungsrichtung gelegene Stirnfläche (64-) des beweglichen Kegels (6) etwa senkrecht zu der Strömungsrichtung bzw. in einer zu der Achse des Sicherheits- bzw. Unterdruckventils senkrechten Ebene angeordnet ist.

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