DE3525188A1 - Verfahren und vorrichtung zum testen eines vorgesteuerten sicherheitsschaltventils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum testen eines vorgesteuerten sicherheitsschaltventils

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DE3525188A1
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Alain Charly Courcoux
Jacques Grelieu la Varenne Merlin
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Areva NP SAS
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    • F16K37/0091For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring fluid parameters

Description

FRAMATOME & Cie
924oo Courbevoie, Frankreich
Verfahren und Vorrichtung zum Testen eines vorgesteuerten Sicherheitsschaltventils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen eines vorgesteuerten Sicherheitsschaltventils, das zur Druckbegrenzung eines Fluids in einem Kreis oder einem Speicher, insbesondere in einem Wasserkreis eines Kernreaktors verwendet wird.
In bestimmten mit unter Druck stehendem Fluid beaufschlagten Leitungssystemen sind Sicherheitsventile eingebaut, um den Druck des Fluids auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen. Ein Sicherheitsventil weist einen Körper auf, in dem eine Höhlung ausgespart ist, durch die das Fluid zwischen einer Eingangsöffnung und einer Ausgangsöffnung geführt ist und eine Klappe, die mit einem Sitz zusammenwirkt, um den Hohlraum zu öffnen oder zu schließen. Die Klappe wird normalerweise gegen den Sitz gedrückt.
Es werden geeichte Ventile verwendet, bei denen die Klappe unter Einwirkung einer geeichten Feder gegen den Sitz gedrückt wird. Ebenfalls finden vorgesteuerte Schaltventile Anwendung,
bei denen die Bewegung der Klappe durch eine Steuervorrichtung gesteuert wird.
Bei bestimmten Fluidkreisen, wie z.B. Leitungssystemen für radioaktives Wasser in Kernreaktoren, ist man bestrebt, eine große Betriebssicherheit der Sicherheitsventile zu erzielen.
Dazu ist es notwendig, regelmäßig die in diesen Kreisen verwendeten Sicherheitsventile zu testen. Zu diesem Zweck werden Prüfstände verwendet. In der FR-PS 2 524 603 ist z.B. ein Prüfstand, auf dem das Ventil angebracht ist, beschrieben, der einerseits einen Schieber zum Bewegen der Klappe in Gegenrichtung zur Wirkung der geeichten Feder und andererseits einen Fühler zum Erfassen der Bewegung der Klappe und einen Meßfühler zum Erfassen des auf die Klappe wirkenden Moments aufweist. Die Signale dieser Fühler werden an ein Aufzeichnungsgerät geliefert. Auf diese Weise können für verschiedene Geschwindigkeiten die für den Response der geeichten Feder charakteristischen Kurven erhalten werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen eines vorgesteuerten Schaltventils anzugeben, die es erlauben, das Ventil und seine Steuerung zu testen, ohne dabei den geschützten Speicher unter Druck setzen zu müssen und ohne daß dazu das Ventil abmontiert werden muß und das Fluid aus dem Speicher abgelassen werden muß. Während des Tests bleibt der durch das Ventil geschützte Speicher unter Druck, jedoch unter einem Druck, der kleiner als der Betriebsdruck ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung finden Anwendung einerseits bei einem Sicherheitsventil, das einen Körper, der mit einer Zuführrohrleitung, die an einen Druckfluidspeicher angeschlossen ist und mit einer Auslaßrohrleitung versehen ist und einer Klappe, die mit einem
Ventilsitz zusammenwirkt, um den Fluiddurchsatz durch diese Rohrleitungen zu steuern, eine Kolben-Zylindersteuereinheit, bestehend aus einem mit der Klappe verbundenen Kolben, der in einem Zylinder gleitet und zwei Kammern bildet, wovon die eine, aktive Kammer, mit dem Fluid gespeist wird, aufweist und andererseits bei einer Steuervorrichtung des Ventils, das ein Druckerfassungsglied aufweist, dessen Kolben mit dem Druck des Fluids beaufschlagt ist und an dem eine Eichfeder angreift, die in Gegenrichtung zu der durch den Druck erzeugten Kraft wirkt und die einen hydraulischen Mechanismus aufweist, der mit zwei Leitungsventilen versehen ist, deren Schließelemente mittels eines Stellgestänges betätigt werden, das eine durch den Kolben bewegte Scheibe trägt, wobei das eine Leitungsventil den Fluiddruck in dem Steuerglied und das andere die Entlastung des Steuerglieds steuern. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Phase eine progressive Zugspannung auf das Stellgestänge ausgeübt wird, um dieses gegen die Wirkung der geeichten Feder zu bewegen, die auf das Gestänge ausgeübte Spannung und die Verschiebung des Gestänges gemessen werden und die Spannungsschwelle bestimmt wird, die der Schließstellung des Leitungsventils entspricht und die Bewegungskurve und die Spannungskurve in Abhängigkeit von der Zeit registriert werden und in einer zweiten Phase die Auslaßrohrleitung des Ventils verschlossen wird und der Speicher mit einem Druck beaufschlagt wird, der geringer ist als der Betriebsdruck des Ventils, wodurch gleichzeitig das Erfassungsglied unter Druck gesetzt wird, daß auf das Stellgestänge eine konstante Zugspannung ausgeübt wird, die der vorbestimmten Schwellenspannung entspricht, und daß der Druckabfall in der Kammer gemessen wird, die auf der Seite der Ventilstange des Steuerglieds des Ventils gelegen ist, während die diesem Glied gegenüberliegende Kammer durch Betätigung des zweiten Leitungsventils entlastet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Kolben-Zylindereinheit zum Anlegen einer Zugspannung an das Stellgestänge des
hydraulischen Mechanismus in Gegenrichtung zu der Wirkung der Eichfeder, einen Fühler zur Messung der durch die Kolben-Zylindereinheit auf das Gestänge übertragenen Spannung, einen Fühler zur Messung der Bewegung des Stellgestänges und durch Registriereinrichtungen für die von den Fühlern gelieferten Signale, sowie durch Schließelemente für die Auslaßrohrleitung und ein Druckmeßgerät, das an dem Ventil angebracht wird, um den Druck in der inaktiven Kammer zu messen, die auf der Seite der Steuerstangen der Klappe gelegen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Verbindungsbügel zwischen dem Stellgestänge und einer Steuerstange auf, die durch den Kolben des Druckmeßgeräts bewegt wird^J Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispxels mit Bezug auf die einzige Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt schematisch im Schnitt das vorgesteuerte Schaltventil und die Testvorrichtung.
Das Verfahren und die Vorrichtung finden Anwendung bei einem Sicherheitsventil 2, das den Druck eines Fluids begrenzt, mit dem ein Kreis oder ein Speicher 1 beaufschlagt ist.
Das Ventil weist einen unteren Körper 24 auf, der eine Zuführrohrleitung 241 und eine Auslaßrohrleitung 242 enthält, die jeweils die Einlaß- bzw. Auslaßöffnung bilden. Die Einlaßrohrleitung ist mittels eines Leitungssystems 11 mit dem Speicher 1 verbunden. In dem im Körper ausgebildeten Hohlraum ist eine Klappe 21 angeordnet, die mit einem Sitz 22 zusammenwirkt, um den Fluiddurchsatz von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung zu steuern. Im Normalbetrieb liegt die Klappe 21 an dem Sitz 22 an und ist somit mit dem Druck des Fluüs beaufschlagt, das durch die Einlaßöffnung einströmt.
Das Ventil weist ein Steuerglied der Klappe auf, das aus einer Kolben-Zylindereinheit besteht und im oberen Körper 26 angeordnet ist. Dieses Steuerglied besteht aus einem Kolben 25, der über eine Stange 27 mit der Klappe 21 verbunden ist und der dicht in einem im oberen Körper 26 ausgeformten Zylinder gleitet. Die Stange 27 gleitet dicht im Ventilkörper· Der Kolben 25 und sein Zylinder 26 bilden eine aktive Kammer auf der Bodenseite 28 des Zylinders und eine inaktive Kammer auf der Seite 29 der Stange 27. Eine Druckbeaufschlagung der Kammer auf der Bodenseite 28 führt dazu, daß die Klappe 21 gegen ihren Sitz gedrückt wird.
Das Sicherheitsventil ist an ein Steuergerät angeschlossen, das eine Druckerfassungsvorrichtung 4 und einen hydraulischen Mechanismus 3 aufweist.
Die Druckerfassungsvorrichtung 4 besteht aus einer Kolben-Zylindereinheit, deren Kolben 43 in einem Zylinder 44 gleitet und eine Steuerstange 41 verschiebt. Die Einheit aus Kolben 43 und Steuerstange 41 wird unter Einwirkung des Drucks des Fluids verschoben, mit dem die Kammer an der Bodenseite 46 des Zylinders gespeist wird und unter Einwirkung einer Eichfeder 42, die in Gegenrichtung zu der durch den Fluiddruck ausgeübten Kraft wirkt.
Der hydraulische Mechanismus 3 weist zwei Leitungsventile und 33 auf, die in einem Körper 34 angeordnet sind. Diese Leitungsventile weisen Schließelemente 311 und 321 auf, die mit Stangen 312 und 322 verbunden sind, die zur Führung und Steuerung dienen und außerdem mit geeichten Federn 313 und 323 beaufschlagt sind. Die Stangen der Schließelemente sind koaxial und zueinander entgegengesetzt angeordnet und ihre Enden ragen in einen Hohlraum des Körpers hinein. Die Stangen der Schließelemente können durch ein Stellgestänge 33 verschoben werden, das eine Scheibe 331 trägt, die zwischen den Enden der Stangen 312 und 322 angeordnet ist. Das Stellgestänge ist
in dem Körper gleitend derart angeordnet, daß seine Bewegung in einer Richtung, ausgehend von einer neutralen Stellung, eines der Leitungsventile öffnet und das andere schließt bzw. vice versa.
Die Steuerstange 41 und das Stellgestänge 3 3 sind zueinander koaxial angeordnet und stoßen an ihren Enden aneinander. Das Gestänge 33 wird über eine Feder zurückgedrückt.
Die Kammer 46 ist mit dem Speicher 1 über eine Rohrleitung 61 verbunden, in der ein Zwischenreservoir 62 angeordnet ist. Das Leitungsventil 31 ist über ein Leitungssystem 63 an die Leitung 61 und über ein Leitungssystem 64 an die Kammer 28 angeschlossen. Das Leitungsventil 32 ist über eine Leitung 35 und das Leitungssystem 64 an die inaktive Kammer 28 und über ein Leitungssystem 65 an das Auslaßreservoir 66 angeschlossen.
Das vorgesteuerte Schaltventil arbeitet wie folgt: solange der Druck in dem Speicher 1 nicht einen vorbestimmten Wert überschreitet, sind der Kolben 43, die. Steuerstange 41 und das Stellgestänge 33 in oberer Stellung und das Leitungsventil 31 bleibt geöffnet. Das Druckfluid wirkt also auf den Kolben 25, um den Durchgang zwischen der Klappe 21 und dem Sitz 22 zu schließen. Da das Leitungsventil 32 also noch geschlossen ist, kann kein Fluid zum Ausgang fließen. Während der Druck in dem Speicher 1 steigt, schließt sich das Leitungsventil 31 und das Leitungsventil 32 öffnet sich. Aus diesem Grund wird die Kammer 28 entlastet und die Klappe 21 wird unter Einwirkung des Drucks angehoben. Da das Leitungsventil 31 geschlossen ist, bleibt die Kammer 46 unter Druck. Unter Einwirkung eines Druckabfalls im Speicher 1 steigen der Kolben 43, die Stange 41 und das Gestänge 33, was zum Schließen des Leitungsventils 32 und zum Öffnen des Leitungsventils 31 führt.
Die Vorrichtung weist einen Prüfstand 7 auf, der mit einer Kolben-Zylindereinheit 71 versehen ist, deren Stange an das
Gestänge 33 angekuppelt sein kann. Die Kolben-Zylindereinheit ist dazu bestimmt, eine Spannung auf das Gestänge 33 auszuüben, gegen die Wirkung der Eichfeder 22. Der Prüfstand weist außer dem einen Meßfühler 72 für die an das Gestänge 33 durch die Kolben-Zylindereinheit angelegte Spannung und einen Meßfühler 73 zur Messung der Bewegung des Gestänges 33 auf. Außerdem weist der Prüfstand Registriereinrichtungen 74 (einen Schreiber oder einen Bildschirm) zum Registrieren der von den Fühlern 72 und 73 gelieferten Signale auf. Elektrische Ausrüstungen 75 und elektrohydraulische Ausrüstungen 76 vervollständigen den Prüfstand. Der Fühler zum Messen der Spannung 72 ist zwischen dem Gestänge 33 und der Kolbenstange der Kolben-Zylindereinheit angeordnet. Ein integrierter Bügel 8 zum Begrenzen der Spannung stellt die Verbindung zwischen der Stange 41 und dem Stellgestänge 33 her, so daß die Stange 41 durch die Kolben-Zylindereinheit 71 angezogen werden kann.
Die Vorrichtung wird durch einen Blindflansch 91 vervollständigt, mit dem die Auslaßrohrleitung 242 des Ventils geschlossen werden kann und durch eine Vorrichtung 92 zum Messen des absoluten Drucks (Unterdruckmesser), der mit der inaktiven Kammer 29 verbunden ist, die auf der Seite der Steuerstange der Klappe angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft folgendermaßen ab:
Zuerst wird der Druck des Speicherkreises 1 vermindert, wobei das Ventil 2 und seine Steuervorrichtung in Position bleiben. Die Steuerstange 41 wird mit dem Stellgestänge 33 mittels des Bügels 8 fest verbunden. Der Prüfstand wird an Ort und Stelle gebracht, wobei die Stange der Kolben-Zylindereinheit an das Stellgestänge 33 angekuppelt ist.
Mittels der Kolben-Zylindereinheit 71 wird an das Gestänge 33 eine progressive Zugspannung angelegt, um dieses gegen die Wirkung der geeichten Feder 4 2 zu verschieben. Die Einheit, be-
stehend aus der Stange 41 und dem Gestänge 33, wird nach unten verschoben, wobei die Eichfeder 42 komprimiert wird. Mit Hilfe des Fühlers 72 wird die auf die Feder ausgeübte Spannung gemessen und die Verschiebung des Gestänges 33, der Stange 41 und der Feder 42 wird gemessen.
Die ausgeübte Spannung ist progressiv, was durch die Verschiebung des Gestänges 33 zum Verschließen des Leitungsventils 31 und zum öffnen des Leitungsventils 32 führt. In Abhängigkeit von der Zeit werden die Bewegungskurve und die Spannungskurve über dem gesamten Hub des Gestänges 33 registriert.
Auf diese Weise kann man also den Spannungsstellwert erkennen, der der Schließstellung des Leitungsventils 31 entspricht und die zwei Kurven aufnehmen, die die Steifigkeit der Eichfeder 42 angeben.
Anschließend wird die Auslaßrohrleitung 242 mittels des Blindflansches 91 verschlossen und die Vorrichtung S2 zum Messen des absoluten Drucks an die Kammer 29 angeschlossen.
Mit Hilfe der Kolben-Zylindereinheit 71 wird auf das Gestänge 33 eine Spannung mit einem Pegel ausgeübt, der dem Druck entspricht, der das Schließen des Leitungsventils 31 bewirkt. (Dieser Druck wurde vorher gemessen).
Der Speicher 1 wird mit einem Druck beaufschlagt, der geringer als der Betriebsdruck (ungefähr 10 bar) ist. Die Druckspannung aufgrund des durch das Fluid auf den Kolben 43 ausgeübten Drucks addiert sich zu der konstanten, durch die Kolben-Zylindereinheit 71 vorgegebene Spannung. Diese übt weiterhin eine konstante Spannung während des Herabsinkens der Einheit, bestehend aus der Stange 41 und dem Gestänge 33, aus und dies bis zur Öffnung des Leitungsventils 32.
Die Öffnung des Leitungsventils 32 öffnet die Kammer 28 der Kolben-Zylindereinheit zur Steuerung des Ventils, das bis dahin mit dem Druck des Speichers 1 beaufschlagt war. Das Entleeren der Kammer 28 bewirkt das Ansteigen der Klappe 21. Da die Auslaßöffnung durch den Blindflansch 91 verschlossen ist, erfährt die Klappe 21 weiterhin eine nach oben gerichtete Kraft, die gleich dem Produkte aus der Querschnittsfläche der Stange 27 und dem Druck des in dem Speicher 1 enthaltenen Fluids ist, während sich die hydraulische Kammer 28 durch die Auslaßöffnung entleert. Die Meßvorrichtung 92 registriert also einen progressiven Druckabfall. Der Druck im Speicher 1 ist sehr viel niedriger als der normale Betriebsdruck im Speicher und wird in Abhängigkeit von den Querschnitten der Stange 27 und der Kammer 4 6 bestimmt.
Der Wert der erhaltenen Druckverminderung gibt den Hub der Klappe in Öffnungsrichtung an. Somit wird der Hub der Klappe 21 beim Öffnen kontrolliert, ohne daß das (blindgeflanschte) Ventil entleert wird, mittels einer kombinierten Wirkung des Drucks des Fluids des Speichers 1 und der konstanten Spannung der Kolben-Zylindereinheit 71.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel, sondern umfaßt vielmehr alle Varianten.

Claims (4)

Ansprüche
1. Verfahren zum Testen eines Sicherheitsventils (2) mit einem Körper (24), der mit einer Zuführleitung (241) versehen ist, die an einen ein Fluid enthaltenden Speicher (1) angeschlossen ist und mit einer Auslaßrohrleitung (24 2) versehen ist, mit einer mit einem Sitz (22) zusammenwirkenden Klappe (21) zur Steuerung des Fluiddurchsatzes zwischen den Rohrleitungen (241, 242), mit einer Kolben-Zylindersteuereinheit, die einen Kolben (25) aufweist, der mit der Klappe (21) verbunden ist und in einem Zylinder (26) gleitet und zwei Kammern (28, 29) bildet, von denen eine, die aktive Kammer, mit dem Fluid gespeist wird, einerseits und einer Steuervorrichtung (3, 4) des Ventils andererseits, die eine Kolben-Zylindereinheit (43, 44) zur Druckerfassung aufweist, deren Kolben (43) mit dem Druck des Fluids des Speichers und der Federkraft einer Eichfeder (42) , die gegen die durch den Druck verursachte Kraft wirkt, beaufschlagt ist und wobei die Steuervorrichtung einen hydraulischen Mechanismus (3) aufweist, der mit zwei Leitungsventilen (31, 32) versehen ist, deren Schließelemente (311, 321) mittels eines Stellgestänges (33) f das eine durch den Kolben (43) bewegte Scheibe trägt, verschoben und wobei eines der Leitungsventile (31) den Fluiddruck in der Steuereinheit (25, 26) und das andere Leitungsventil
62-335/85-IClei
das Entleeren der Kolben-Zylindersteuereinheit (25, 26) steuern,
dadurch gekennzeichnet, daß
in einer ersten Phase eine progressive Zugspannung auf das Stellgestänge (33) ausgeübt wird, um dieses gegen die Wirkung der geeichten Feder (42) zu verschieben, die auf das Gestänge ausgeübte Spannung und die Verschiebung dieses Gestänges gemessen werden und der SpannungsschwelJenwertbestimmt wird, der der Schließstellung des Leitungsventils (31) entspricht und in Abhängigkeit von der Zeit die Bewegungskurve und die Spannungskurve registriert werden,
in einer zweiten Phase die Auslaßleitung (242) des Ventils (2) verschlossen wird und gleichzeitig mit der Ausübung einer Zugspannung auf das Gestänge (33), die der vorbestimmten Spannungsschwelle entspricht, der Speicher (1) und somit die Kolben-Zylindereinheit zur Druckerfassung (43, 44) mit einem Druck beaufschlagt wird, der geringer ist als der Betriebsdruck des Ventils, und
der Druckabfall in der auf der Seite der Stange der Steuereinheit (25, 26) der Klappe (21) gelegenen Kammer (29) gemessen wird, während die gegenüberliegende Kammer (28) dieser Kolben-Zylindereinheit durch die Betätigung des zweiten Leitungsventils (32) entlastet wird.
2. Vorrichtung zum Testen eines Sicherheitsventils (2) mit einem Körper (24) , der mit einer Zuführleitung (241),
die an einen ein Fluid enthaltenden Speicher (1) angeschlossen ist und mit einer Auslaßrohrleitung (242) versehen ist, mit einer mit einem Sitz (22) zusammenwirkenden Klappe (21) zur Steuerung des Fluiddurchsatzes zwischen den Rohrleitungen (241, 242), mit einer Kolben-Zylindersteuereinheit, die einen Kolben (25) aufweist, der mit der Klappe (21) verbunden ist und in einem Zylinder (26) gleitet und zwei Kammern (28, 29) bildet, von denen eine, die aktive Kammer, mit dem Fluid gespeist wird, einerseits und einer Steuervorrichtung (3, 4) des Ventils andererseits, die eine Kolben-
Zylindereinheit (43, 44) zur Druckerfassung aufweist, deren Kolben (4 3) mit dem Druck des Fluids des Speichers und der Federkraft einer Eichfeder (42) , die gegen die durch den Druck verursachte Kraft wirkt, beaufschlagt ist und wobei die Steuervorrichtung einen hydraulischen Mechanismus (3) aufweist, der mit zwei Leitungsventilen (31, 32) versehen ist, deren Schließelemente (311, 321) mittels eines Stellgestänges (33), das eine durch den Kolben (43) bewegte Scheibe trägt, verschoben werden und wobei eines der Leitungsventile (31) den Fluiddruck in der Steuereinheit (25, 26) und das andere Leitungsventil das Entleeren der Kolben-Zylindersteuereinheit (25, 26) steuern,
gekennzeichnet durch
- eine Kolben-Zylindereinheit (71) zum Beaufschlagen des Stellgestänges (33) des hydraulischen. Mechanismus (3) mit einer Zugspannung entgegen der Wirkung der geeichten Feder (42),
- einen Meßfühler (72) zum Messen der durch die Kolben-Zylindereinheit (71) auf das Gestänge ausgeübten Spannung,
- einen Meßfühler (73) zum Messen der Bewegung des Gestänges (33)
- Einrichtungen (74) zum Registrieren der von den Meßfühlern (72, 73) gelieferten Signale, sowie
- Mittel (91) zum Verschließen der Auslaßrohrleitung (242) und
- eine Druckmeßvorrichtung (92) , die an dem Ventil angeordnet wird, um den Druck in der inaktiven Kammer (29) zu messen, die auf der Seite der Steuerstange der Klappen (21) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch
einen Bügel (8) zum Verbinden des Stellgestänges (33) und einer Steuerstange (41), die durch den Kolben (43) der Kolben-Zylindereinheit zur Druckmessung verschoben wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (8) einen Kraftbegrenzer aufweist.
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