DE3041124C2 - Sicherheitsventil - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil mit einem Ventilkörpci, einem an dem Ventilkörper befestigten Ventilsitz, einer an dem Ventilkörper befestigten Führung, einem in der Führung verschiebbaren jo Telleransatzteil und einem daran befestigten Ventilteller, einer an dem Ventilkörper angeordneten Federeinrichtung zum Vorspannen des Ventiltellers zu dem Ventilsitz hin und einem justierbar an der Führung angeordneten oberen Ring.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Sicherheitsventil oder ein Sicherheitsabflußventil für Flüssigkeiten, das in einem völlig hermetisch abgedichteten System wie in einem Kernkraftwerk benutzt wird.

Im allgemeinen ist ein Sicher heitsventil für Flüssigkeiten meistens mit einer konventionellen Ausstattung versehen, so daß Überdruck, falls er auftritt, über geeignete Durchführungen direkt in die Atmosphäre abgeleitet wird. In der Regel ist eine mit dem Auslaßkanal des Ventilkörpers eines Sicherheitsventiles « dieser Art verbindbare Abflußleitung zum Ablassen der durch den Ventilsitz strömenden Flüssigkeit in die Atmosphäre so gestaltet, daß der in der Ventilkammer an der Auslaßkanalseite des Ventilkörpers gebildete Flüssigkeitsdruck kleiner gehalten wird als 10% des Abblasdruckes. Jedoch ist dem Auftreten von Kernkraftwerken und der Frage der Verunreinigungsprobleme oder ähnlichem und da es unter keinen Umständen erlaubt ist. Flüssigkeit, die radioaktive Teile enthält, schädliche Flüssigkeiten usw., die bisher direkt in die Atmosphäre abgelassen wurden, einzuschließen, wird ein gänzlich hermetisch abgedichtetes System notwendig.

Ein Sicherheitsventil der eingangs erwähnten Art ist aus der US-PS 37 02142 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Ventil steht die Gegendruckkammer mit der Auslaßseite hinter dem Ventilsitz über einen Spalt zwischen dem justierbar an der Führung angeordneten oberen Ring und einem mit dem Ventilteller verbundenen Telleransatzrohr in Verbindung. Beim Öffnen des Ventils wird durch Verzögerung der Strömung hinter dem Ventilsitz in diesen Spalt und damit in der Gegendruckkammer ein erhöhter Druck aufgebaut, was zu vorzeitigem Schließen des Ventils führen kann.

Ein Sicherheitsventil mit einem Faltenbalgdichtungsaufbau ist bisher bekannt gewesen in einer solchen Ausführung, daß es sogar dann die FlüssigKeit bei einem vorbestimmten Druck, ohne Berücksichtigung des Gegendruckes, abbläst, wenn ein Gegendruck vor dem Abblasen des Ventils existiert. Es ist jedoch schwierig, mit dem Sicherheitsventil dieses Faltenbalgtyps eine zweckmäßige Arbeitsweise zu erreichen, sowohl gegen hohen Gegendruck als auch bei großen Änderungen des Abblasdruckes, wie er, wie oben erklärt, während des Abblasens auftritt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Sicherheitsventil zu schaffen, das bei einem vorbestimmten Abblasdruck schnell und gegen einen hohen und während des Abblasens in das abgedichtete System stark schwankenden Gegendruck abblasen kann und gleichzeitig während eines Abblasevorganges im stabilen Betrieb das Abblasen beenden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitsventil der eingangs beschriebenen Art gelöst, das gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß das Telferansatzteil zu dem Ventilsitz als ein ringförmiger Ansatz verlängert ausgebildet ist, der solche Dimensionen aufweist, daß der Endteil des Ansatzes in angehobener Stellung des Ventiltellers in einem überlappenden Verhältnis mit dem Endteil des oberen Ringes liegt.

Der untere Endteil des Telleransaxzrohres ist zum Ventilsitz hin zur Ausbildung eines ringförmigen Ansatzes ausgestreckt in solch einem Ausmaß, daß die untere Kante des Ansatzes angrenzt an den unteren Endteil des oberen Ringes bei angehobenem Ventilteller.

Auf diese Weise wirkt der durch Strecken des Telleransatzes ausgebildete Ansatz als eine Art Strömungsregulierendes Element, welches die Flüssigkeit in regelrechter Weise führen kann, wenn sie durch den zwischen dem Ventilteller und dem Ventilsitz gebildeten Spalt hindurchströmt und zwar ohne dort Wirbelstromphänomene zu verursachen, die andererseits in einem konventionellen Sicherheitsventil hervorgerufen würden, resultierend aus Druckänderungen in der Gegendruckkammer und instabiler Arbeitsweise des Ventiltellers. Daher arbeitet der Ventilteller erfindungsgemäß stabil wegen des Nichtauftretens von Wirbelstromphänomenen und dank des Ansatzes, der den Ventilsitz gleichermaßen gut öffnet und schließt bei vorgegebenen Drucken.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine Querschnittansicht eines wesentlichen Teiles einer Ausführung des erfindungsgemäßen Sicherheitsventiles;

F i g. 2 eine vergrößerte Querschnittansicht des in F i g. 1 gezeigten Ventiles zur Darstellung der Teile in der Ventilkammer zur Zeit des Schließens des Ventiltellers;

F i g. 3 eine Ansicht ähnlich F i g. 2, die aber den Zustand zur Zeit des Öffnens des Ventiltellers zeigt;

Fig.4 ein Diagramm zur Darstellung der Flüssigkeitsströmung zwischen dem Ventilteller und dem Ventilsitz zur Zeit des öffnens des Ventiltellers in einem konventionellen Sicherheitsventil; und

Fig. 5 ein Diagramm ähnlich Fig.4, das den erfindungsgemäßen Fall darstellt.

Es wird zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen. In ihr wird ein wesentlicher Teil einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Sicherheitsventiles gezeigt, das

einen Ventilkorper 1 aufweist welcher mit einem Flansch la, angepaßt zur Verbindung mit einer Dampfleitung und einem Flansch Ib, angepaßt zum Anschluß seines Auslaßkanales an eine Auslaßleitung (nicht dargestellt), versehen ist

An dem Einlaßkanal des Ventilkörpers 1, der mit dem Flansch la verbunden ist ist ein Ventilsitz 2 angeschweißt der mit einer ebenen Ventilsitzoberfläche 2a versehen ist an seinem inneren oder oberen Ende, wie in Fig. 1 dargestellt ausgestreckt in horizontaler Richtung.,Vom oberen Ende des Ventilkörpers 1 hängt koaxial e^;ne zylindrische Führung 6 herab, so daß sie mit ihrem oberen als Flansch ausgebildeten Bereich fest am Ventilkorper 1 befestigt ist und sich nach unten in eine in dem Ventilkorper 1 ausgebildete Ventilkammer Ic in einem Ausmaß ineinanderstreckt daß ihr unterer Endbereich oberhalb der Ventilsitzoberfläche 2a angeordnet ist mit einem dazwischenliegenden ausreichend großen ringförmigen Spalt. In der zylindrischen Führung 6 ist verschiebbar ein zylindrischer Tellerstutzen bzw. ein zylindrisches Telleransatzrchr 12 angeordnet, der bzw. das in sich an seinem unteren Teil fest eingebaut einen Ventilteller 3 trägt mittels konventionell bekannter Elemente, wie durch Befestigung des Ventiltellers 3 an seinem oberen Teil an ringförmigen Rippen, ausgebildet an der inneren Oberfläche des Tellerstutzens 12 mit einem Gewindering verschraubt mit der äußeren Oberfläche des Ventiltellers 3 an seinem oberen Endteil. Der Ventilteller 3 ist an seinem unteren Teil zum Beispiel durch Verschweißen mit jo einem Ventiltellerelement 3a versehen, das aus abtriebfestem Material hergestellt ist. Das Ventiltellerelement 3a ist angepaßt zur Zusammenwirkung mit der Ventilsitzoberfläche 2a des Ventilsitzes 2, wenn das vorher genannte zum Absetzen auf das letztere gedrückt wird. Der Ventilteller 3 ist angepaßt, gewöhnlicherweise durch einen Stößel 5, der koaxial zur zylindrischen Führung 6 angeordnet ist und unter der Wirkung einer Feder 4, die in einem Federgehäuse 20 zur Umschließung der Feder 4 untergebracht ist, welches mit dem Ventilkorper 1 über eine zwischengeschaltete Abkühlspule verbunden ist, zum Auftreffen auf die Ventilsitzoberfläche gedrückt zu werden. Dabei wird das untere Ende der Feder 4 durch eine untere Sitzfläche 21 getragen, die mit dem Stößel 5 fest verbunden ist. Das obere Ende der Feder 4 wird durch eine nicht dargestellte obere Sitzfläche unterstützt, die den oberen Teil des Stößels 5 frei hindurchläßt und angepaßt ist zur justierbaren Befestigung an dem Federgehäuse. Daher drückt der Stößel 5 durch die Kraft bzw. den Druck der Feder 4 mit seinem unteren Ende den Ventilteller 3 gegen die Ventilsitzoberfläche 2a. Der Federdruck ist einstellbar durch die Kontrolle der Lage der oberen Sitzfläche relativ zu dem Federgehäuse 20. Folglich treffen der Ventilteller 3 oder « das Ventiltellerelement 3a auf die Ventilsitzoberfläche 2a auf, um zu verhindern, das Flüssigkeit vom Einlaßkanal zum Auslaßksnal des Ventilkörpers 1 strömt, solange der Flüssigkeitsdruck im Einlaßkanal geringer ist als ein vorgegebener, auf den Ventilteller angewendeter Druck. Wie aus Fig.2 entnommen werden kann, sind, wie normalerweise bei Sicherheitsventilen dieser Art, ein oberer Ring 22 und ein unterer Ring 23 nacheinander auf die äußeren Oberflächen von Führungszylinder 6 und Ventilsitz 2 geschraubt zur fc>> Kontrolle des Strömungsbildes der durch den zwischen der Ventilsilzoberfläche 2a und dem Ventilsitz 3 oder dem Ventilsitzelement 3a ausgebildeten Spalt strömende Flüssigkeit wenn der Ventilteller 3 oder das Ventiltellerelement 3a nach oben gegen die Wirkung der Feder 4 gedrückt wird. Dabei sind obere und untere Ringe 22 und 23 nacheinander verbunden mit Durchführungsstiften 24 und 25, die senkrecht zu den Achsen der Ringe 22, 23 in die Wand des Ventilkörptrs 1 geschraubt sind, um diese in einer vorbestimmten Position relativ zu Führungszylinder 6 bzw. Ventilsitz 2 nach Abschluß ihrer Justierung fest aufzunehmen.

In einer in F i g. 2 genaaer dargestellten, in dem Führungszylinder 6 ausgebildeten Gegendruckkammer 9 ist ein Balg bzw. Faltenbalg 10 angeordnet der einerseits mit einem Ende oder dem unteren in F i g. 2 dargestellten Ende mit einer Scheibe 26 verschweißt ist, die an ihrem unteren Teil und oberhalb des Ventiltellers 3 abdichtend fest mit dem Ventilstößel 5 mittels einer Verschlußmutter verbunden ist und der andererseits ein anderes Ende aufweist das mit einer Scheibe 27 abdichtend verschweißt ist, die ihrerseits fest eingebaut ist zwischen dem oberen, als Flansch ausgebildeten Ende des Führungszylinders 6 und der Abkühlungsspule 8, zum Beispiel mit zwischen ihnen angeordneten Abdichtungen 7,7.

Der soweit beschriebene Aufbau ähnelt im wesentlichen dem eines konventionellen Sicherheitsventiles.

Das Sicherheitsventil gemäß der Erfindung weicht dadurch vom Aufbau eines konventionellen ab, daß das Telleransatzrohr, am besten dargestellt in F i g. 2 und 3, erfindungsgemäß an seinem unteren Endteil einer, integralen ringförmigen Ansatz 13 aufweist zur Ausbildung eines zylindrischen Raumes unterhalb des Ventiltellers 3. Der Ansatz 13 ist, wie in Fig.2 und 3 dargestellt, in einem solchen Ausmaß nach unten ausgestreckt bzw. verlängert daß er gerade noch den unteren inneren peripherischen Endteil des oberen Ringes 22, der schraubbar an der Führung 6 angeordnet ist bedeckt, sogar wenn der Ventilteller 3 bis zu seinem maximalen Hub von der Ventilsitzoberfläche 2a angehoben ist; im allgemeinen bewegt sich das Telleransatzrohr 12 zusammen mit dem Ventilteller 3 gegen die Wirkung der Feder 4, wie in F i g. 3 dargestellt bis zu seiner oberen Hubgrenze.

Nun wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Sicherheitsventiles, das im wesentlichen einen solchen Aufbau aufweist, ausführlich erklärt.

Vorher soll als erstes das Verhalten der Flüssigkeitsströmung zur Zeit des Anhebens des Ventiltellers im Fall eines konventionellen Sicherheitsventiles erklärt werden unter Bezugnahme auf Fig.4, welche den entsprechenden Bereich in vergrößerter Darstellung zeigt.

Es wird angenommen, daß der Ventilteller 3 die Ventilsitzoberfläche 2a unter der Wirkung der Feder 4, wie in Fig. 1 dargestellt, verschließt. Bei Ansteigen des Flüssigkeitsdruckes in der Leitung, dem der Ventilteller 3 an der Einlaßkanalseite des Ventilkörpers 1 ausgesetzt ist, über einen vorher festgesetzten Absperrdruck des Ventiltellers 3, wie er durch die Spiralfeder 4 gegeben ist hinaus, hebt der Flüssigkeitsdruck unverzüglich den Ventilteller an, so daß er von der Ventilsitzoberfläche getrennt wird und sich in eine zweite, in F i g. 3 gezeigte Position 3, bewegt. Die Flüssigkeit strömt durch den am meisten gedrosselten Teil des Ventilsitzes 2, um durch den zwischen der unteren Oberfläche des Ventiltellers 3 urid der Ventilsitzoberfläche 2a ausgebildeten Spalt zu strömen und wird dann im wesentlichen nach unten geführt zum kontinuierlichen Abblasen in die Ventilkammer Ic hinein, um schließlich abgeleitet zu werden

in ein geschlossenes Gefäß (nicht dargestellt) über den Auslaßkanal des Ventilkörpers 1 und durch die mit dem Flansch IZ? verbundene Ablaßleitung (nicht dargestellt). In diesem Fall wird der Ventilteller 3 in der zweiten Position gehalten durch einen anhaltenden Druck, der > aus der Reaktion auf die durch den zwischen dem Ventilteller 3 und der Ventilsitzoberfläche 2a ausgebildeten Spalt hindurchströmende Flüssigkeit und dem unterhalb des Ventiltellers vorherrschenden statischen Druck besteht. Währenddessen erreicht die Flüssigkeit m durch einen zwischen der äußeren Oberfläche des Telleransatzrohres 12 und der inneren Oberfläche des Führungszylinders ausgebildeten Abstand 15 die zwischen der äußeren Oberfläche des Balges 10 und der inneren Oberfläche des Ansatzrohres 12 ausgebildete ΐί Gegendruckkammer 9, so daß ein Druck gegen die hintere Oberfläche des Ventilteilers 3 angewendet wird, der darauf gerichtet ist, den Ventilteller 3 nach unten zu drücken gegen den oben angegebenen anhaltenden Druck. Solange der anhaltende Druck größer ist als die Summe aus dem auf die rückwärtige Oberfläche des Ventiltellers 3 ausgeübten Druck und dem durch die Feder 4 ausgeübten Druck, bleibt der Ventilteller 3 zum Ablassen der Flüssigkeit geöffnet. Übersteigt hingegen der auf die rückwärtige Oberfläche des Ventiltellers 3 ausgeübte Druck, d. h. die Summe aus dem Druck in der Gegendruckkammer 9 und dem Druck der Feder 4, den anhaltenden Druck, so wird der Ventilteller gezwungen, die Ventilsitzoberfläche 2a zu schließen und die Flüssigkeitsströmung zu unterbrechen. In einer solchen jo Arbeitsweise, bei der der Druck in der Gegendruckkammer 9 variiert oder den anhaltenden Druck übersteigt, ist der Ventilteller 3 völlig ungeeignet, den offenen Zustand aufrechtzuerhalten. Es ist daher zur Verhütung solcher Phänomene notwendig, den Einfluß des J5 Gegendruckes zu verkleinern.

Da, wie vorher erklärt, der Tellerstutzen bzw. das Telleransatzrohr in einem konventionellen Sicherheitsventil keinen Ansatz aufweist, wie in F i g. 4 gezeigt, wird die durch den zwischen der unteren Oberfläche des Ventilteller? 3 und der Ventilsitzoberfläche 2a ausgebildeten Strömungsspalt hindurchströmende Flüssigkeit durch den oberen Ring 22 zur Änderung ihrer Strömungsrichtung gezwungen, so daß der Ventilteller 3 einem variablen Anheben unterworfen wird. In diesem Fall wird die dynamische Energie der Strömung infolge der Kollision der durch den zwischen dem Ventilteller 3 und der Ventilsitzoberfläche 2a gebildeten Spalt strömenden Flüssigkeit mit dem oberen Ring 22 umgewandelt in einen statischen Druck. Die unter hohem Druck solchermaßen umgeleitete Flüssigkeit gelangt durch den Abstand 15, der zwischen den sich verschiebenden Oberflächen von Teüerstutzen i2 und Führung 6 ausgebildet ist, akkumulativ in die Gegendruckkammer 9. Folglich wird bei einem konventionellen Sicherheitsventil, das einen Aufbau mit einer Balgendichtung aufweist, zur Abhilfe derart ungünstiger, von einem hohen und variablen Gegendruck herrührender Bedingungen, normalerweise in der Wand der Führung 6 ein großes Loch ausgebildet zum *>o Druckausgleich zwischen Gegendruckkammer 9 und Ventilkammer Ic Jedoch ergibt sich mit einem solchen Aufbau, falls das Ventil ursprünglich unter der Annahme entworfen wurde, daß der Druck in der Gegendruckkammer 9 hoch sein wird, ein großes Ablassen, wenn der ^ Druck in der Gegendruckkammer 9 sich verändert und klein wird. Falls umgekehrt das Ventil ursprünglich unter der Annahme entworfen wurde, daß der Druck in der Gegendruckkammer klein sein wird, so können Störungen wie Schnattern des Ventiltellers 3 usw. auftreten, wenn der Druck in der Gegendruckkammer variiert und hoch wird. Es ist daher für den Fall, daß der Druck in den Auslaßleitungen groß ist oder stark variiert, notwendig, den Einfluß der Druckänderung in den Abileitungen zu eliminieren.

Die vorliegende Erfindung trägt der Tatsache Rechnung, daß während des Abblasens von Flüssigkeiten die Flüssigkeitsströmung längs des Stromungskanales von dem Ventileinlaßkanal des Ventilkörpers 1 zu dem Spalt, der zwischen dem Ventilteller 3 und der Ventilsitzoberfläche 2a ausgebildet ist, nicht durch den Druck in den Auslaßleitungen beeinflußt wird und trägt gleichzeitig der Tatsache Rechnung, daß, wenn die Strömung, die durch den zwischen dem Ventilteller 3 und der Veniüsiizoberfiäche 2a hindurchgeht, auf die Wand des oberen Ringes 22 auftrifft, usw., die Strömungsenergie in einen hohen Druck umgewandelt wird und trägt der Tatsache Rechnung, daß es unmöglich jst, ein Sicherheitsventil für die oben erklärten Zwecke zu entwerfen, falls die Flüssigkeit unter solch hohem Druck in die Gegendruckkammer 9 eingeführt wird. Das Sicherheitsventil ist daher erfindungsgemäß so entworfen, daß die Energie der Flüssigkeit, die durch den Spalt, der zwischen dem Ventilteller 3 und der Ventilsitzoberfläche 2a ausgebildet ist, hindurchgeht, nicht in einen Druck umgewandelt wird und daß dafür ein Druck, der nur zu dem statischen Druck korrespondiert, in die Gegendruckkammer eingegeben wird. Dazu ist erfindungsgemäß, wie oben erklärt und in F i g. 3 dargestellt, der untere Endteil des Telleransatzrohres 12 nach unten zur Ausbildung eines ringförmigen Ansatzes 13 verlängert, der eine im wesentlichen konische innere Mantelfläche, die sich zu dem Ende hin vergrößert, aufweist, so daß sie einen Raum unterhalb des unteren Endes des Ventiltellers 3 und der Ventilsitzoberfläche 2a in gehobener Stellung des Ventiltellers 3 umschließt. Auf diese Weise kann, wie in Fig.5 in vergrößerter Darstellung gezeigt, die Gegendruckkammer 9 bei gehobener Stellung des Ventiltellers 3 in Verbindung mit der Flüssigkeit, die durch den zwischen Ventilteller 3 und Ventilsitzoberfläche 2a gebildeten Spalt hindurchgeht, gebracht werden durch einen ringförmigen Spalt 30, der zwischen dem äußeren Rand des Ansatzes 13 und dem inneren Rand des unteren Endteiles des oberen Ringes 22 ausgebildet ist In diesem Fall ist der innere Rand des unteren Endteiles des oberen Ringes 22, wie in F i g. 5 gezeigt, so angeordnet, daß die Abweichung der Strömungslinien der entlang der unteren Kante des Ansatzes 13 strömenden Flüssigkeit im wesentlichen in die durch die Pfeile dargestellte Richtung verlängert wird.

Auf diese Weise wird anerkannt, daß der Ansatz 13 erfindungsgemäß als Strömungsregulierende Platte wirkt, um zu verhindern, daß der Druck in der Gegendnickkammer 9 instabil wird, wie es bisher normalerweise in konventionellen Sicherheitsventilen vorkommt weil, da solche Instabilität hervorgerufen wird durch die Druckvariation, der die Flüssigkeit unterworfen ist, wegen der Wirbelstromphänomene, die durch das Auftreffen der Flüssigkeit auf den oberen Ring 22 hervorgerufen werden, wenn sie dagegenströmt wie es in Fig.4 durch die wirbelnden Pfeile dargestellt ist der Ansatz 13 das Auftreten solcher Phänomene durch seine in Fig.5 durch die Pfeile dargestellte strömungsregelnde Wirkung wirksam unterdrücken kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

30 4ί Patentansprüche:

1. Sicherheitsventil mit einem Ventilkörper, einem an dem Ventilkörper befestigten Ventilsitz, einer an dem Ventilkörper befestigten Führung, einem in der Führung verschiebbaren Telleransatzteil und einem daran befestigten Ventilteller, einer an dem Ventilkörper angeordneten Federeinrichtung zum Vorspannen des Ventiltellers zu dem Ventilsitz hin und einem justierbar an der Führung angeordneten oberen Ring, dadurch gekennzeichnet, daß das Telleransatzteil (12) zu dem Ventilsitz (2a) als ein ringförmiger Ansatz (13) verlängert ausgebildet ist, der solche Dimensionen aufweist, daß der Endteil des Ansatzes (13) in angehobener Stellung des Ventiltellers (3) in einem überlappenden Verhältnis mit dem Endteil des oberen Ringes (22) liegt.

2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Mantelfläche des ringförmigen Ansatzes (13) eine sich zum freien Ende hin erweiternde kegelstumpfartige Form aufweist.