DE2626415A1

DE2626415A1 - Federbelastetes sicherheitsventil

Info

Publication number: DE2626415A1
Application number: DE19762626415
Authority: DE
Inventors: Karl Schaaf
Original assignee: Bopp and Reuther GmbH
Current assignee: Bopp and Reuther GmbH
Priority date: 1976-06-12
Filing date: 1976-06-12
Publication date: 1977-12-15

Description

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BOPPi	REUTHER	GMBH
MANNH	EIM-WA	LDHOF
PATEN	TABTEl	LUNG
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Federbelastetes Sicherheitsventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein federbelastetes Sicherheitsventil mit gesteuerter Zusatzbelastung, insbesondere für Reaktoren,bei dem ein von einer Druckluftquelle über eine Belastungsluftleitung in Schließrichtung und über eine Hubluftleitung in öffnungsrichtung beaufschlagbarer Pneumatikzylinder vorgesehen ist, dessen Kolben mit dem Ventilversehluß-Körper kraftschlüssig verbunden ist und bei dem sowohl die Belastungsluft als auch die Hubluft von Ventilen gesteuert wird, welche von Druckwächtern betätigt werden, die mit der abzusichernden Mediumleitung in Verbindung stehen.

Es sind Sicherheitsventile mit gesteuerter Zusatzbelastung bekannt, bei denen der Belastungszylinder einen Differenzialkolben mit obenliegender großer Kolbenfläche für die Belastungsluft und untenliegender kleiner Ring«colbenflache für die Hubluft aufweist. Beim Erreichen des Ventilöffnungsdruckes wurde der Druck im Belastungszylinder auf der Oberseite des Differenzialkolbens abgebaut, so daß der Ventilverschlußkörper von der anstehenden Hubluft in die Ventiloffenstellung gebracht wurde. Durch das große zu verdrängende Volumen erfolgte der Abbau der Belastungsluft bisher mit Verzögerung und auch beim erneuten Füllen der Belastungsluftkammer für den Ventilschließvorgang mußten wegen des großen Volumens gewisse Stellzeiten in Kauf genommen werden, so daß das Ansprechen des Sicherheitsventils sowohl beim öffnen als auch beim Schließen für gewisse

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Einsatzfälle nicht schnell genug erfolgte. Auch ist das ständige Anstehen der Hubluft von Nachteil.

Es sind auch zusatzbelastete Sicherheitsventile bekannt, bei denen nicht nur die Belastungsluft sondern auch die Hubluft über Ventile abgebaut wird, welche \on Druckwächtern betätigt werden, die auf den Druck in der Mediumleitung ansprechen. Auch hier treten wegen der großen Belastungskolbenfläche längere Stellzeiten beim Ab- und Aufbau der Belastungsluft auf urti auch für den Auf- und Abbau der Hubluft sind zusätzliche Stellzeiten erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stellzeiten für den Ab- und Aufbau der Belastungsluft und der Hubluft so kurz wie möglich zu halten, so daß sich ein besonders schnell öffnendes und schließendes Sicherheitsventil ergibt, wie es insbesondere für den Reaktorbau gefordert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gesehen, daß der Kolben des Pneumatikzylinders als Stufenkolben mit einer obenliegenden, nur geringfügig nach innen zurückspringenden Stufe ausgebildet ist, und der Pneumatikzylinder einen so weit von oben dichtend in den schmalen Ringraum zwischen Zylindermantel und Kolbenstufe eingreifenden festen Pührun^svorsprung trägt, daß die Höhe der so gebildeten ringförmigen Belastungsluftkammer nur dem Hub des Ventilverschlußkörpers plus dem erforderlichen Spiel entspricht, wobei der Boden des Pneumatikzylinders so dicht unterhalb des Stufenkolbens angeordnet ist. daß die Höhe der sich zwischen Zylinderboden und Stufenkolben bildenden Hubluftkammer in der Ventilschließstellung nur von dem für das einwandfreie Schließen des Sicherheitsventils erforderlichen Spiel gebildet wird.

Die obenliegende, ringspaltförmige Belastungsluftkammer besitzt dadurch ein sehr kleines Belastungsluftvolumen, so daß auch die Stellzeit für die Verdrängung dieses kleinen Volumens beim Ventilöffnungsvorgang außerordentlich kurz 1st und das Sicherheitsventil schnell öffnet. Die Zusatzbelastung beträgt hierbei nur bis zu

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etwa 2o % des Ansprechdruckes, wodurch auch für den unwahrscheinlichen Fall, daß alle Druckwächter gleichzeitig ausfallen, ein Bersten der unter Druck stehenden Teile der Anlage vermieden werden kann. Eine solche erhöhte Sicherheit ist insbesondere in Kernkraftwerken von Bedeutung. Der durch das geringe Belastungsluftvolumen ausgelöste schnelle Ventilöffnungsvorgang wird noch durch die großflächige, sich über die ganze Kolbenfläche erstreckende Hubluftkammer unterstütz, die wegen ihrer nur spaltartigen Höhe in der Ventilschließstellung weitgehend verzögerungsfrei bis zum vollen öffnen des Ventilverschlußkörpers mit der unter Druck stehenden Hubluft gefüllt werden kann. Auch der Ventilschließvorgang erfolgt sehr schnell, da sich der Drucic in der kleinen Belastungsluftringkammer rasch aufbaut und die Druckluft aus der Hubluftkammer hierbei schnell entweichen kann, da auch das Hubluftvolumen durch die spaltartige Kammer bejeutend verkleinert wurde.

Zweckmäßigerweise verläuft die Mitte der radial von außen in den Pneumatikzylinder eingebrachten Zuleitungsbohrung oder -bohrungen zur Hubluftkammer in der Ebene der Innenfläche des Zylinderbodens

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und die Bohrung oder die Bohrung iiind so tief in die Hubluftspaltkammer eingebracht, daß der Öffnungsquerschnitt zur Spaltkammer mindestens so groß ist wie der Querschnitt des Zuleitungs-

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rohres oder Zuleitungsrohre. Dadurch werden trotz der spaltartigen Ausbildung der Hubluftkammer Drosselverluste bem Einführen der Hubluft vermieden und die kurzen Ventilstellzeiten begünstigt.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung wird darin gesehen, daß die Ringkammer für die Belastungsluft einen sich nach oben erstreckenden schmaleren Erweiterungsraum aufweist und die radial von außen in den Pneumatikzylinder eingebrachte Zuleitungsbohrung oder -bohrungen zur Belastungsluftkammer ganz oder teilweise in diesen Erweiterungsraum einmünden. Dieser Erweiterungsraum ermöglicht auch eine ungedrosselte Zuführung der Belastungsluft zur Belastungsluftkammer in der Offenstellung des Sicherheitsventils, da die ZuIeitungsbohrung jetzt so hoch zu liegen kemmt. daß sie nicht von der Außenmantelfläche des

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Stufenkolbens überdeckt werden kann.

Außerdem wird vorgeschlagen, den Filhrungsvorsprung für die Belastungsluft-Ringkammer durch einen eingeschobenen, nach unten gerichteten Rand des Zylinderdeckels zu bilden und diesen Rand zur Schaffung des Erweiterungsraumes außen mit einer Stufeneindrehung zu versehen, wodurch sich eine konstruktiv einfache Bauweise für den Belastungszylinder ergibt.

Weiterhin empfiehlt es sich, den durch den Zylindermantel und den Deckel nach außen abgeschlossenen Raum oberhalb des Stufenkolbens durch ein oder mehrere Entlüftungsöffnungen mit der Atmosphäre zu verbinden. Dadurch kann sich der Kolben beim öffnen und Schließen des Ventils ungehindert auf und ab bewegen.

Auch ist es zweckmäßig, die Umsteuer-und/oder Entlastungsventile für die Belastungsluft und die Hubluft in unmittelbarer Nähe der Zuleitungsbohrungen des Pneumatikzylinders für die Hubluft und die Belastungsluft vorzusehen, so daß auch das durch die Anschlußbohrungen und Anschlußleitungen gebildete Belastungsluftvolumen bzw. Hubluftvolumen auf das Äußerste reduziert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht, und zwar zeigt:

Fig. 1 das Sicherheitsventil mit Belastungszylinder im Querschnitt und

Fig. 2 einen Ausschnitt des BelastungsZylinders in vergrößertem Maßstab.

Bei dem dargestellten Sicherheitsventil sitzt der Ventilverschlußkörper 1 unten an der Ventilspindel 2 und wird durch die Ventilfeder 3 auf den Ventilsitz 4 gedrückt, der den Eintrittsstutzen 5 gegen den Austrittsstutzen 6 absperrt. Als Zusatz-

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belastung ist ein Pneumatikzylinder'vorgesehen, dessen Kolben 8 fest mit der Ventilspindel 2 verbunden ist. Der Kolben 8 ist

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als Einstufenkolben ausgebildet, dessen Stufe 9 oben liegt und nur geringfügig nach innen zurückspringt. In den schmalen Ringraum Io zwischen dem Mantel 11 des Pneumatikzylinders 7 und der Kolbenstufe 9 ragt von oben ein fester Führungsvorsprung 12 des Zylinderdeckels I3 soweit dichtend hinein, daß die dadurch gebildete ringförmige Belastungsluftkammer in der Höhe nur dem Hub des Ventilverschlußkörpers 1 plus dem erforderlichen Spiel entspricht.

Die Hubluftkammer 14 ist unterhalb des Stufenkolbens 8 zwischen der Kolbenstirnfläche und dem Boden 15 des Pneumatikzylinders vorgesehen and in der Höhe so schmal gehalten, daß sie in der Ventilschließstellung nur dem für das einwandfreie Schließen des Ventils erforderlichen Spiel entspricht. Die Zuleitungsbohrung l6 zur Hubluftkammer 14 für die Einführung der Hubluft ist so radial von außen in den Pneumatikzylinder eingebracht, daß die Bohrungsmitte in der Ebene der Innenfläche 17 des Zylinderbodens 15 verläuft. Die Bohrung l6 ist so tief in die Hubluftspaltkammer 14 eingebracht, daß der Einlaßquerschnitt der Bohrung zur Spaltkammer mindestens so groß ist wie der Querschnitt des Zuleitungsrohres l8, damit keine Drosselstelle gebildet wird.

Die schmale Ringkammer Io für die Belastungsluft besitzt sich nach oben erstreckenden, noch schmaleren Erweiterungsraum 19 und die von außen eingebrachte Zuleitungsbohrung 2o mündet ganz oder teilweise in diesen Erweiterungsraum I9 ein, damit der Zuleitungsquerschnitt nicht vom Kolbenmantel überdeckt werden kann. Der Pührungsvorsprung 12 für die Belastungsluftkammer wird durch einen eingeschobenen, nach unten gerichteten Rand des Zylinderdeckels 13 gebildet und dieser Rand weist zur Bildung des Erweiterungsraumes I9 eine Stufeneindrehung auf. Der durch den Zylindermantel 11 und den Deckel 13 nach außen abgeschlossene Raum 21 oberhalb des Stufenkolbens 8 steht durch die Entlüftungsöffnungen 22 mit der Atmosphäre in Verbindung.

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Damit das Belastungsluftvolumen und auch das Hubluftvolumen möglichst klein gehalten wird, ist das Umsteuerventil 23 für die Belastungsluft und das Umsteuerventil 24 für die Hubluft in unmittelbarer Nähe der Zuleitungsbohrungen 16 und 2o für die Hubluft und die Belastungsluft vorgesehen. Das Zuleitungsrohr· l8 zur Hubluftkammer 14 und das Zuleitungsrohr 25 zur Belastungsluftkammer Io sind deshalb so Kurz wie möglich gehalten.

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Leerseite

Claims

Dill MANNHEIM-WALDHQF PATENTABTEILUNG Ju/ci 1234 Patentansprüche

1.) Federbelastetes Sicherheitsventil mit gesteuerter Zusatzbelastung, insbesondere für Reaktoren,bei dem ein von einer Druckluftquelle über eine Belastungsluitleitung in Schließrichtung und über eine Hubluftleitung in öl'x'riungsrichtung beaufschlagbarer Pneuriiatikzylirider vorgesehen ist, dessen Kolben mit dem Ventilverschlußkörper kraftschlüssig verbunden ist und bei dem sowohl die Belastungsluft als auch die Hubluft von Ventilen gesteuert wird, welche von Druc*cwächtern betätigt v/erden, die mit der abzusichernden Mediumleitung in Verbindung stehen, dadurch gekennzei chnet, daß der Kolben des Pneumatikzylinders (7) als Stufenkolben (8) mit einer obenliegenden, nur geringfügig nach innen zurückspringenden Stufe (9) ausgebildet ist, und der Pneurnatikzylinder einen so weit von oben dichtend in den schmalen Ringraurn (lo) zwischen Zylindermantel (11) und Kolbenstufe (9) eingreifenden festen Führungsvorsprung (12) trägt, daß die Höhe der so gebildeten ringförmigen Belastungsluftkammer (lo) nur dem Hub des Ventilverschlußkörpers (l) plus dem erforderlichen Spiel entspricht, wobei der Boden (15) des Pneumatikzylinders so dicht unterhalb des Stufenkolbens (8) angeordnet ist, daß die Höhe der sich zwischen Zylinderboden und Stufenkolben bildenden Hubluftkarnmer (14) in der Ventilschließstellung nur von dem für das einwandfreie Schließen des Sicherheitsventils erforderlichen Spiel gebildet wird.

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OftIGlNAL INSPECTED

2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte der radial von außen in den Pneumatikzylinder (7) eingebrachten Zuleitungsbohrung (16) oder -bohrungen zur Hubluftkammer in der Ebene der Innenfläche (17) des Zylinderbodens (15) verläuft und die Bohrung oder Bohrungen so tief in die Hubluftspaltkarnmer (14) eingebracht sind, daß der Öffnungsquerschnitt zur Spaltkammer mindestens so groß ist wie der Querschnitt des Zuleitungsrohres (18) oder der ZuIeitungsrohre.

^. Sicherheitsventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (lo) für die Belastungsluft einen sich nach oben erstreckenden schmaleren Erweiterungsraum (19) aufweist und die radial von außen in den Pneumatikzylinder (7) eingebrachte Zuleitungsbohrung (2o) oder -bohrungen zur Belastungslufticammer (lo) ganz oder teilweise in diesen Erweiterungsraum (19) einmünden.

4. Sicherheitsventil nach den Ansprüchen 1 bis J>, dadurch ge Kennzeichnet, daß der Pührungsvorsprung (12) für die Belastungsluft-Ringkammer (lo) durch einen eingeschobenen, nach unten gerichteten Rand des Zylinderdeckels (lj5) gebildet wird und dieser Rand zur Schaffung des Erweiterungsraumes (19) außen eine Stufeneindrehung aufweist.

5. Sicherheitsventil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichne t, daß der durch den Zylindermantel (11) und den Deckel (13) nach außen abgeschlossene Raum (21) oberhalb des Stufenkolbens (8) durch ein oder mehrere Entlüftungsöffnungen (22) mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

6. Sicherheitsventil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Urasteuer- und/oder Entlastungsventile (23, 24) für die Belastungsluft und die Hubluft in unmittelbarer Nähe der Zuleitungsbohrungen (l6, 2o) des Pneumatikzylinders ( 7) für die Hubluft und die Belastungsluft vorgesehen sind.

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