DE3837882A1 - Vorrichtung zum pruefen des arbeitsdrucks eines sicherheitsventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen des Ar­ beitsdrucks (Aus- oder Abblasdrucks) eines Sicherheitsven­ tils, z.B. eines in einem Wärmekraftwerk, einem Kernkraft­ werk o.dgl. eingesetzten Hauptdampfsicherheitsventils.

Ein derartiges Sicherheitsventil ist so ausgelegt, daß es beim höchstzulässigen Druck in einer Rohrleitung anspricht oder arbeitet (ausbläst), im Normalbetrieb jedoch nicht ausbläst. Zur Prüfung der Funktion eines Sicherheitsventils zwecks Bestätigung, daß es einwandfrei beim höchstzu­ lässigen Druck ausbläst, wird bei einem in der Rohrleitung herrschenden Druck von etwa 70% des höchstzulässigen (highest available) Drucks (einem etwas niedriger als der normale Arbeitsdruck liegenden Druck) eine Ventilstange mittels eines hydraulischen Hebers o.dgl. hoch- oder heraus­ gezogen, um das Sicherheitsventil zwangsweise ausblasen zu lassen. Wenn dabei die Hochziehkraft oder -last bezüg­ lich einer Beziehung zwischen einer Hochziehkraft für dieses Ventil und einem Druck in der Rohrleitung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, wird damit bestätigt, daß das betreffende Ventil beim höchstzulässigen Druck der Rohrleitung ausblasen kann.

Ein praktisches Beispiel für eine herkömmliche Vorrichtung zum Prüfen des Arbeitsdrucks eines Sicherheitsventils ist nachstehend anhand von Fig. 4 erläutert. Dabei ist ein Sicherheitsventil 2 in eine Rohrleitung 1 eingebaut. Bei stabilisiertem Druck in der Rohrleitung 1 wird eine Ventil­ stange 3 mittels einer Handpumpe 4 und eines Hydraulik­ hebers 5 hochgezogen oder -gefahren. Eine Bedienungsperson achtet dabei auf das beim Ausblasen des Sicherheitsventils 2 entstehende Geräusch und liest eine in diesem Augenblick durch den Hydraulikheber 5 ausgeübte Kraft von der Skala eines Hydraulik-Manometers 6 des Hydraulikhebers ab. Der Hydraulikheber 5 ist dabei mittels einer Spanneinheit 7 am oberen Ende der Ventilstange 3 montiert.

Nachstehend ist ein anderes Beispiel für eine derartige bisherige Prüfvorrichtung anhand von Fig. 5 beschrieben.

Gemäß Fig. 5 besteht eine Vorrichtung 101 zum Prüfen des Arbeitsdrucks eines Sicherheitsventils aus einem Haupt­ tragelement 111, dessen unterer Abschnitt zur Befestigung auf eine Ventilkappe 04 an der Meßkörperseite aufgeschraubt ist, einer am Haupttragelement 111 befestigten unteren Anordnung oder Baugruppe 103, einer das Haupttragelement 111 unter Zwischenfügung eines Gleitstücks (slippery member) 112 umschließenden oberen Anordnung oder Baugruppe 102, einem Balgen 109 zur luftdichten und lotrecht ausziehbaren Ver­ bindung von oberer und unterer Anordnung 102 bzw. 103, einem im Zentrum der genannten Bauteile angeordneten Zieh- oder Zugbolzen 104, dessen unterer Teil fest mit einer einen Meßkörper bildenden Ventilstange 03 verbunden und dessen oberer Teil über eine Last- oder Kraftmeßzelle 106 an der oberen Anordnung 102 gehaltert sind, einem Kern (core) 108, der an einem Flansch 105 anliegt und dessen Bewegung mitmacht, wenn der Zugbolzen 104 bei Ausdehnung des Balgens 103 die Ventilstange 03 hochzieht, einem Stellungs­ geber 107 zur Lieferung eines der Bewegungsgröße des Kerns 108 entsprechenden elektrischen Signals sowie einer Steuer- oder Regelvorrichtung 110, die mit einem Stellungssignal vom Stellungsgeber, einem von der Lastmeßzelle 106 abge­ gebenen Kraftsignal und einem Drucksignal des den Balgen 109 beaufschlagenden Gases beaufschlagt wird, um damit zu bestimmen, ob der Arbeitsdruck des Meßkörpers innerhalb eines vorgesehenen Bereichs liegt oder nicht.

Wenn beim Prüfvorgang Druckluft in den Balgen 109 einge­ führt wird, beginnt die obere Anordnung 102 hochzufahren, wobei der Zugbolzen 104 die Ventilstange 03 hochzieht. Wenn dabei der Zugbolzen 104 durch die obere Anordnung 102 über die Lastmeßzelle 106 hochgedrückt wird, wirkt eine der Hochziehkraft an der Ventilstange 03 entsprechende Druckkraft auf die Lastmeß­ zelle 106 ein, wobei diese ein Kraftsignal zur Steuervor­ richtung 110 ausgibt. Gleichzeitig bewegt sich der Flansch 105 mit dem Zugbolzen 104 aufwärts, wobei der am Flansch 105 anliegende Kern 108 über die gleiche Strecke hochge­ drückt wird. Die Bewegungsgröße oder -strecke wird vom Stellungsgeber 107 als Stellungssignal ausgegeben, das der Steuervorrichtung 110 eingespeist wird. Weiterhin wird der im Balgen 109 herrschende Druck als Drucksignal ausge­ geben, das der Steuervorrichtung 110 über eine nicht darge­ stellte Leitung eingespeist wird. Sobald das vom Stellungs­ geber 107 gelieferte Stellungssignal die den voll offenen Zustand des den Meßkörper bildenden Ventils anzeigende Größe erreicht, berechnet die Steuervorrichtung 110 auf das Kraft­ signal und das Drucksignal bezogene Werte oder Größen, und sie bestimmt, ob der Arbeitsdruck des Meßkörpers innerhalb des richtigen, vorgesehenen Bereichs liegt oder nicht.

Die beschriebene bisherige Prüfvorrichtung ist mit den folgenden Problemen behaftet: Problematisch bei der bis­ herigen Vorrichtung gemäß Fig. 4 ist, daß deshalb, weil die Betätigung (das Ansprechen) des Ventils mittels des Hörsinns der Bedienungsperson ermittelt und der Hydraulik­ druck(wert) durch die Bedienungsperson von einer Skala abgelesen wird, die Meßgenauigkeit mangelhaft ist und vom Können der Bedienungsperson abhängt. Da zudem die Druck­ ölzufuhr mittels einer Handpumpe erfolgt, sind eine Be­ dienungsperson für die Handpumpe, eine Bedienungsperson für die Durchführung der beschriebenen Messung sowie weitere Bedienungspersonen nötig. Außerdem ist der Meß- bzw. Prüfvorgang aufgrund der manuellen Betätigungen zeit­ raubend.

Bei der bisherigen Vorrichtung nach Fig. 5 ergibt sich das Problem, daß keine hohe Arbeits- oder Prüfgenauigkeit er­ wartet werden kann, weil ein Stellungsgeber (oder -wandler) als Einrichtung zum Messen des Arbeitshubs des Sicherheits­ ventils eingesetzt wird. Mit anderen Worten: da der Arbeits­ hub einen Höchstwert von 1 mm nicht übersteigt, ist eine außerordentlich große Genauigkeit für die Feststellung der Beziehung der Bewegungsstellungen zwischen Stellungs­ geber, Kern, Flansch usw. erforderlich, was eine präzise und starre, von Lockerheit und Spiel zwischen den Bauele­ menten, Verzug der Bauelemente selbst und dgl. freie Montage bzw. Halterung bedingt, während gleichzeitig eine Gewichts­ verringerung der Anordnung erforderlich ist. Diese Er­ fordernisse sind jedoch schwierig zu erfüllen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Vor­ richtung zum Prüfen des Arbeitsdrucks eines Sicherheits­ ventils, die eine Herabsetzung des Arbeitsaufwands beim Prüfvorgang durch Bedienungspersonen ermöglicht und die unabhängig von einem leichten und einfachen Aufbau eine hohe Meßgenauigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Prüfen des Arbeitsdrucks eines Sicherheitsventils erfindungsgemäß gelöst durch einen Hydraulikheber zum Hochziehen einer Ventilstange eines an einer Rohrleitung montierten Sicher­ heitsventils, ein in eine Drucköl-Leitung zum Zuführen von Drucköl zum Hydraulikheber eingeschaltetes elektro­ magnetisches Ventil, eine Kraft- oder Lastmeßzelle zum Messen oder Erfassen einer auf die Ventilstange ausge­ übten Belastung oder Kraft, einen Druckwandler zum Messen eines in der Rohrleitung herrschenden Drucks, einen Hydrau­ likdruckwandler zum Messen eines Hydraulikdrucks in der Drucköl-Leitung für die Zufuhr von Drucköl zum Hydraulik­ heber und eine Einrichtung zum Schließen des elektro­ magnetischen Ventils, zum Aufzeichnen oder Registrieren der Meßwerte von der Lastmeßzelle und vom Druckwandler und zum Berechnen eines Arbeitsdrucks (Ansprechdrucks) des Sicherheitsventils auf der Grundlage der Meßwerte, wenn der Hydraulikdruckwandler eine die Betätigung des Sicher­ heitsventils begleitende Änderung des Hydraulikdrucks fest­ gestellt hat.

Die oben umrissene Prüfvorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn die Ventilstange durch Beschickung des Hydraulikhebers mit Drucköl hochgezogen wird und dabei das Sicherheits­ ventil anspricht oder arbeitet (auslöst), tritt eine ge­ ringe Hydraulikdruckänderung in der Leitung für die Zufuhr des Drucköls zum Hydraulikheber und in letzterem in dem Augenblick auf, in welchem das Sicherheitsventil arbeitet (ausbläst). Diese Hydraulikdruckänderung wird durch den Hydraulikdruckwandler erfaßt, worauf die Zufuhr von Drucköl zum Hydraulikheber durch das elektromagnetische Ventil unterbrochen bzw. beendet wird, wobei auch ein Arbeitsdruck des Sicherheitsventils auf der Grundlage des Drucksignals von der Rohrleitung und eines augenblicklichen Kraft- oder Lastsignals von der Kraft- oder Lastmeßzelle berechnet und damit bestimmt wird, ob der Arbeitsdruck dem Nenndruck entspricht oder nicht.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung im Vergleich zum Stand der Technik näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des allgemeinen Auf­ baus einer Prüfvorrichtung gemäß einer Ausführungs­ form der Erfindung,

Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittan­ sicht des in Fig. 1 durch die strichpunktierten Linien II umrahmten Teils der Prüfvorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer zweiten Ausführungsform der Er­ findung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine herkömmliche Vorrichtung zum Prüfen des Arbeitsdrucks eines Sicherheitsventils und

Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung eines anderen Bei­ spiels für eine herkömmliche Vorrichtung zum Prüfen des Arbeitsdrucks eines Sicherheits­ ventils.

Die Fig. 4 und 5 sind eingangs bereits erläutert worden.

Gemäß Fig. 1 ist in eine Rohrleitung 1 ein Sicherheits­ ventil 2 eingeschaltet, mit dessen Ventilstange 3 eine Prüfvorrichtung II verbunden ist. Bei der Prüfvorrichtung II besteht ein äußeres Reaktions- oder Gegenwirkauflager aus einem Auflager 11, Jochen (Spannstangen) 12 und einem Hydraulikheber-Auflager 13. Die Prüfvorrichtung ist mit einer mit dem oberen Ende der Ventilstange 3 verbundenen Spanneinheit (turnbuckle) 14, einer Kraft- oder Lastmeß­ zelle 15 und einem mit letzterer verbundenen Hydraulik­ heber 16 versehen. Die Hydraulikheber-Auflage 13 nimmt eine Gegenwirkkraft des Hydraulikhebers 16 auf. In einer Hydraulik-Leitung 20 für den Hydraulikheber 16 sind ein Hydraulikdruckwandler 16 und ein elektromagnetisches Ventil 18 vorgesehen, wobei die Druckölzufuhr durch dieses Ventil 18 gesteuert wird. Ein Meßfühler- oder Sensorver­ stärkerrelais 21 dient zum Umwandeln eines elektrischen Signals, das im Druckwandler 19 durch Umwandlung des in der Rohrleitung 1 herrschenden Drucks erzeugt wird, eines vom Hydraulikdruckwandler 17 gelieferten elektrischen Signals und eines von der Lastmeßzelle 15 gelieferten elektrischen Signals in eine für die Einspeisung in einen (elektronischen) Rechner 22 geeignete Form (Strom oder Spannung) sowie zum Umwandeln eines vom Rechner 22 ausge­ gebenen Öffnungs-Schließsignals in eine für die Betätigung des elektromagnetischen Ventils 18 geeignete Form (Strom oder Spannung). Die dargestellte Anordnung ist über ein einer Kathodenstrahlröhre (CRT) zugeordnetes Tastenfeld 23 bedienbar, wobei die Betätigungs- bzw. Prüfergebnisse zur Kathodenstrahlröhre CRT oder zu einem Drucker 24 aus­ gegeben werden.

Fig. 2 veranschaulicht die Einzelheiten der Prüfvorrichtung II. Eine Einstellmutter 31 ist auf den oberen Abschnitt der Ventilstange 3 aufgeschraubt, während auf die Einstell­ mutter 31 die Spanneinheit 14 aufgeschraubt ist, in welche ein(e) umgekehrt T-förmige(r) Einstellbolzen oder -schraube 32 eingesetzt ist, der bzw. die wiederum in die Lastmeß­ zelle 15 eingeschraubt ist. Wenn der Einstellbolzen 32 hochgezogen wird, kommt sein Kopf in Anlage gegen die Spanneinheit 14, und er zieht (im weiteren Verlauf) diese Spanneinheit 14 nach oben. Das andere Ende der Lastmeßzelle 15 ist mit dem Hydraulikheber 16 verbunden. Der Hydraulik­ druckwandler 17 ist in eine Hydraulik-Rohrleitung 20 für den Hydraulikheber 16 eingeschaltet. Der Druckwandler 17 vermag eine sehr kleine Hydraulikdruckänderung beim Aus­ blasen des Sicherheitsventils zu messen bzw. zu erfassen, wenn die Ventilstange 3 mittels des Hydraulikhebers 16 hochgezogen wird.

Wenn bei der beschriebenen Vorrichtung das elektro­ magnetische Ventil 18 für die Zufuhr von Drucköl zum Hydraulikheber 16 geöffnet wird, beginnt der Hydraulikheber 16 die Ventilstange 3 hochzuziehen. Wenn das Sicherheits­ ventil 2 anspricht (d.h. ausbläst), wird seine Betätigung durch den Hydraulikdruckwandler 17 erfaßt oder festgestellt. Hierauf liefert der Rechner 22 ein Signal zum Schließen des elektromagnetischen Ventils 18, und er registriert auch ein zu diesem Zeitpunkt von der Lastmeßzelle 15 geliefertes Lastsignal und ein vom Druckwandler 19 der Rohrleitung 1 geliefertes Signal, nachdem diese Signale durch das Sensor­ verstärkerrelais 21 umgewandelt oder umgesetzt worden sind. Außerdem berechnet der Rechner 22 den Sicherheitsventil- Arbeitsdruck (Ausblasdruck) für den höchstzulässigen Druck in der Rohrleitung anhand der Belastung oder Kraft an der Lastmeßzelle 15 und des Drucks in der Rohrleitung 1 auf der Grundlage einer vorabgespeicherten Datenbasis, und er gibt den betreffenden Druckwert zur Kathodenstrahlröhre CRT und zum Drucker 24 aus.

Bei der beschriebenen Ausführungsform brauchen das Hydrau­ likheber-Auflager 13, das Auflager 11 und die Joche 12, die am oberen Abschnitt des Ventils angebracht sind, nicht mit hoher Steifigkeit und großen Abmessungen ausgebildet zu sein, vielmehr können sie Bauteile niedrigen Gewichts darstellen. Mit anderen Worten: es ist nur nötig, den Hydraulikdruckwandler an einer vom oberen Ventilabschnitt verschiedenen Stelle zu montieren; das Hydraulikheber-Auf­ lager 13, die Joche 12 und das Auflager 11 können dann als leichte Bauteile ausgebildet sein.

Im folgenden ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung anhand von Fig. 3 beschrieben. Während bei der ersten Aus­ führungsform der Hydraulikdruckwandler in der zum Hydraulik­ heber 16 führenden Hydraulik-Leitung angeordnet ist, ist bei der Ausführungsform nach Fig. 3 der Hydraulikdruck­ wandler 17 a mit dem Inneren des Hydraulikhebers 16 so ver­ bunden, daß er den in letzterem herrschenden Hydraulikdruck abgreift. Da die anderen Einzelheiten die gleichen sind wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2, kann auf eine weitere Erläuterung verzichtet werden.

Wenn bei dieser zweiten Ausführungsform, ebenso wie bei der ersten Ausführungsform, das elektromagnetische Ventil 18 geöffnet und Drucköl zum Hydraulikheber 16 geliefert wird, wird durch letzteren die Ventilstange 3 hochgezogen. Wenn das Sicherheitsventil 2 anspricht, erfaßt der Hydrau­ likdruckwandler 17 a eine sehr geringe Änderung des im Hydraulikheber 16 herrschenden Drucks, wodurch die Betätigung (das Ansprechen) des Sicherheitsventils 2 festgestellt wird.

In Abhängigkeit davon wird wie im vorher beschriebenen Fall das elektromagnetische Ventil 18 geschlossen; hierauf wird der Sicherheitsventil-Arbeitsdruck (Ausblasdruck) für den höchstzulässigen Druck in der Rohrleitung be­ rechnet, und die betreffende Größe wird für Anzeige bzw. zum Ausdrucken zur Kathodenstrahlröhre CRT und zum Drucker 24 ausgegeben.

Da erfindungsgemäß die Betätigung (das Ansprechen) eines Sicherheitsventils mittels eines Hydraulikdruckwandlers erfaßt und bestimmt bzw. festgestellt wird, und eine auf die Ventilstange ausgeübte Belastung durch eine Lastmeß­ zelle gemessen wird, ist die Meßgenauigkeit hoch und vom Können einer Bedienungsperson unabhängig. Da weiterhin die Zufuhr von Drucköl zum Hydraulikheber und die Be­ endigung dieser Druckölzufuhr mittels eines einem elektro­ magnetischen Ventil eingespeisten Signals bestimmt werden, sind keine manuellen Arbeitsvorgänge nötig, so daß der Prüfvorgang zuverlässig durchgeführt werden kann.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Prüfen des Arbeitsdrucks eines Sicher­ heitsventils, gekennzeichnet durch einen Hydraulikheber zum Hochziehen einer Ventilstange eines an einer Rohr­ leitung montierten Sicherheitsventils, ein in eine Drucköl-Leitung zum Zuführen von Drucköl zum Hydraulik­ heber eingeschaltetes elektromagnetisches Ventil, eine Kraft- oder Lastmeßzelle zum Messen oder Erfassen einer auf die Ventilstange ausgeübten Belastung oder Kraft, einen Druckwandler zum Messen eines in der Rohrleitung herrschenden Drucks, einen Hydraulikdruckwandler zum Messen eines Hydraulikdrucks in der Drucköl-Leitung für die Zufuhr von Drucköl zum Hydraulikheber und eine Einrichtung zum Schließen des elektromagnetischen Ventils, zum Aufzeichnen oder Registrieren der Meßwerte von der Lastmeßzelle und vom Druckwandler und zum Berechnen eines Arbeitsdrucks (Ansprechdrucks) des Sicherheits­ ventils auf der Grundlage der Meßwerte, wenn der Hydrau­ likdruckwandler eine die Betätigung des Sicherheits­ ventils begleitende Änderung des Hydraulikdrucks fest­ gestellt hat.

2. Vorrichtung zum Prüfen des Arbeitsdrucks eines Sicher­ heitsventils, gekennzeichnet durch einen Hydraulikheber zum Hochziehen einer Ventilstange eines an einer Rohr­ leitung montierten Sicherheitsventils, ein in eine Drucköl-Leitung zum Zuführen von Drucköl zum Hydraulik­ heber eingeschaltetes elektromagnetisches Ventil, eine Kraft- oder Lastmeßzelle zum Messen oder Erfassen einer auf die Ventilstange ausgeübten Belastung oder Kraft, einen Druckwandler zum Messen eines in der Rohrleitung herrschenden Drucks, einen Hydraulikdruckwandler zum Messen eines Hydraulikdrucks im Hydraulikheber und eine Einrichtung zum Schließen des elektromagnetischen Ventils, zum Aufzeichnen oder Registrieren der Meßwerte von der Lastmeßzelle und vom Druckwandler und zum Berechnen eines Arbeitsdrucks (Ansprechdrucks) des Sicherheits­ ventils auf der Grundlage der Meßwerte, wenn der Hydrau­ likdruckwandler eine die Betätigung des Sicherheits­ ventils begleitende Änderung des Hydraulikdrucks fest­ gestellt hat.