DE4102416A1

DE4102416A1 - Damping device for quick closing fittings - has damping piston with longitudinal bore connected by cross bores to sealing pack

Info

Publication number: DE4102416A1
Application number: DE19914102416
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Waldbauer; Hans Dipl Ing Hinrichs; Hartmut Dr Ing Stachs; Horst Dipl Ing Schatton
Original assignee: MAGDEBURGER ARMATURENWERKE
Current assignee: MAGDEBURGER ARMATURENWERKE
Priority date: 1991-01-28
Filing date: 1991-01-28
Publication date: 1992-07-30

Abstract

The damping device for a quick closing fitting has a drive piston connected to a spindle and provided with a recess which is associated with a damping piston fixed on the cylinder base. The damping piston has a longitudinal bore (18) with throttle and this bore is connected by cross bores (25) with the ring grooves (23) of the guide rings (21) of the sealing pack (20). These ring grooves touch several slits (24) provided at the ends of the guide rings (21). The sum of the cross sectional faces of all the transverse bores (25) including the cross sectional face of the throttle is less than the cross sectional face of the longitudinal bore (18). ADVANTAGE - Relatively quick closing times.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung für eine schnellschließende Armatur mit Eigenmedium- oder Pneumatikantrieb, die in konventionellen oder nuklearen Energieerzeugungsanlagen zur Absicherung von dampf durchströmten Rohrleitungssystemen und Anlagen im Havariefall Anwendung findet.The invention relates to a damping device for a quick-closing fitting with your own medium or Pneumatic actuator used in conventional or nuclear Power generation plants to protect steam flowed through piping systems and plants in the Accident applies.

Es sind schnellschließende Armaturen mit Eigenmedium- oder Pneumatikantrieb bekannt, die über im Stellantrieb integriert angeordnete Dämpfungssysteme verfügen. Mittels dieser Dämpfungseinrichtung wird im Schnell schlußfall ein schlagartiges und abruptes Schließen der Armatur vermieden, so daß Beschädigungen oder Zerstörun gen von Armaturenbauteilen ausgeschlossen werden. Ein typischer Vertreter dieser Ausführung verkörpert der Schnellschlußschieber (Betriebsvorschrift MAN 51 681.20 des VEB Magdeburger Armaturenwerke - Armaturenkombinat), bei dem in einem auf dem Armaturengehäuse angeordneten Zylinder die Spindel einen Differentialkolben trägt. Dieser Differentialkolben verfügt in Richtung des Absperrelementes über eine zylinderförmige Ausnehmung, der ein am Zylinderboden vorgesehener Dämpfungskolben zugeordnet ist. Da beim Schließvorgang der Armatur, verursacht z. B. durch einen Rohrabriß, beim Ein tauchen des Dämpfungskolbens in die Ausnehmung des Differentialkolbens ein Druckpolster entsteht, erfolgt über eine Drossel ein Druckabbau im Dämpfungsraum. Die Drossel besteht dabei aus einer parallel zur Spin del im Dämpfungskolben vorgesehenen Bohrung, die unterhalb des Differentialkolbens in den Zylinder raum führt. They are quick-closing fittings with their own medium or Pneumatic actuator known in the actuator integrated damping systems. Using this damping device is quick in the end a sudden and abrupt closing of the Valve avoided, so that damage or destruction valve components. A typical representative of this version embodies the Quick closing slide (operating instructions MAN 51 681.20 of the VEB Magdeburger Armaturenwerke - Armaturenkombinat), in the arranged in a on the valve body Cylinder the spindle carries a differential piston. This differential piston has in the direction of Shut-off element via a cylindrical recess, the one provided on the cylinder bottom damping piston assigned. Because when the valve closes, causes z. B. by a pipe demolition, when one immerse the damping piston in the recess of the Differential piston a pressure cushion is created pressure reduction in the damping chamber via a throttle. The throttle consists of a parallel to the spin del bore provided in the damping piston, the below the differential piston in the cylinder space leads.

Trotz des Einsatzes dieser Drossel nehmen die Dämpfungskräfte durch das Komprimieren des Mediums über den gesamten Schließvorgang zu, da durch den ständig gleichbleibenden Drosselquerschnitt ein kon tinuierlicher Anstieg der Dämpfungskräfte erfolgt, was zu einer unerwünschten Verzögerung der Schließ zeit der Armatur führt. Zur Erreichung einer schnell schließenden Absperrung ist außerdem ein relativ großer und massiv ausgelegter, die hohen Dämpfungs kräfte überwindender Stellantrieb einzusetzen.Despite the use of this choke, the Damping forces by compressing the medium over the entire closing process, because through the constant throttle cross-section a con there is a continuous increase in damping forces, resulting in an undesirable delay in closing time of the valve. To achieve a quick closing barrier is also a relative large and solidly designed, the high damping force overcoming actuator.

Weiterhin ist ein Schnellschlußabsperrschieber (DE 37 03 303) bekannt, der über ein annähernd glei ches Dämpfungssystem im Stellantrieb verfügt. Der Dämpfungsraum wird dabei während des Schließprozesses von einem am Zylinderboden befestigten Dämpfungskol ben und dem Dämpfungszylinder des Stellantriebskolbens gebildet. Der Druckabbau aus dem Dämpfungsraum erfolgt hier über eine in der Wandung des Dämpfungszylinders vorgesehene Querbohrung. Die Wirkungsweise dieses Dämpfungssystems unterscheidet sich nicht von der der vorbeschriebenen Ausführung, da auch hier durch den Druckanstieg eine unangemessene Schließzeitver zögerung der Armatur zu verzeichnen ist. Daher er fordert der relativ große Schließkraftbedarf gleich falls eine kompakte und kostenaufwendige Auslegung des Stellantriebes.There is also a quick-closing gate valve (DE 37 03 303) known, which is approximately the same damping system in the actuator. The Damping space is used during the closing process from a damping piston attached to the cylinder base ben and the damping cylinder of the actuator piston educated. The pressure is released from the damping chamber here one in the wall of the damping cylinder provided cross hole. How this works Damping system is no different from that the above-described version, because here too the pressure increase an inappropriate closing time the valve is lagging. Hence him demands the relatively high clamping force requirement if a compact and expensive design of the actuator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Dämpfungs system der Armatur so zu gestalten und auszulegen, daß während des Schließvorgangs durch einen veränderbaren Druckabbau im Dämpfungsraum relativ kurze Schließ zeiten bei Verwendung eines kleineren und kosten günstigeren Stellantriebes erzielt werden.The invention has for its object the damping to design and interpret the system of the valve in such a way that during the closing process by a changeable Pressure reduction in the damping chamber relatively short closing times when using a smaller and cost cheaper actuator can be achieved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem mit Dichtungspaket und Längsbohrung ver sehenem Dämpfungskolben die Längsbohrung über Quer bohrungen mit Ringnuten der Führungsringe des Dich tungspaketes in Verbindung steht, wobei diese Ring nuten mehrere, stirnseitig vorgesehene Schlitze der Führungsringe tangieren. Dabei ist die Summe der Quer schnittsflächen aller Querbohrungen einschließlich der Querschnittsfläche der Drossel kleiner als die Quer schnittsfläche der Längsbohrung des Dämpfungskolbens ausgeführt. Die Querbohrungen verfügen dabei über unter schiedlich große Querschnittsflächen.According to the invention, this object is achieved in that ver with a seal package and longitudinal bore see damping piston the longitudinal bore across bores with ring grooves in the guide rings of the you tion package is connected, this ring grooves several slots provided on the face of the Tangent guide rings. The sum is the cross cutting surfaces of all cross holes including the Cross-sectional area of the throttle smaller than the cross cutting surface of the longitudinal bore of the damping piston executed. The cross holes have under differently large cross-sectional areas.

Die Bewegung des Differentialkolbens in Richtung des Armaturengehäuses läßt bei Eintauchen des Dämpfungs kolbens in diesen Differentialkolben einen Dämpfungs raum zwischen beiden Bauteilen entstehen, in dem das Medium einer Kompression unterliegt. Durch die Längs bohrung mit der Drossel und den Querbohrungen mit Ring nuten und den zugehörigen Schlitzen in den Führungs ringen erfolgt eine ständige Mediumableitung aus dem Dämpfungsraum, so daß in dieser Phase durch den ge ringen Dämpfungsdruck eine noch relativ hohe Schließ geschwindigkeit der Armatur zu verzeichnen ist. Erst mit der Überdeckung aller Schlitze durch den Differentialkolben baut sich ein erheblich steigender Druck im Dämpfungsraum auf, da der Druckabbau jetzt nur noch über die Drossel möglich ist. Dieser sich bis zu einem Maximum steigende Druckanstieg führt zu einer zeitlichen Verzögerung des Schließvorganges und da mit zu einer erwünschten Bremswirkung in letzten Hub abschnitt, wodurch ein sanftes und beschädigungsloses Absperren der Armatur erfolgt. The movement of the differential piston in the direction of the The valve body leaves when the damping is immersed piston in this differential piston a damping space between the two components in which the Medium is subject to compression. Through the longitudinal bore with the throttle and the cross bores with ring grooves and the associated slots in the guide wrestling there is a constant discharge of medium from the Damping space, so that in this phase by the ge damping pressure still a relatively high closing speed of the valve is recorded. Only when all slots are covered by the Differential piston builds up significantly Pressure in the damping chamber, since the pressure reduction now is only possible via the throttle. This up to a maximum rising pressure rise leads to a time delay of the closing process and there with a desired braking effect in the last stroke section, creating a smooth and undamaged The valve is shut off.

Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausführung besteht darin, daß durch diese Ausgestaltung des Dämpfungs systems der Schließvorgang in seinem Zeitablauf und folglich in seinem Schließverhalten beeinflußt wird. Die Querbohrungen mit den Ringnuten und Schlitzen ge statten bis zum Überdecken aller Schlitze durch den Differentialkolben eine zusätzliche und erhöhte Medium ableitung aus dem Dämpfungsraum, wodurch die der Kol benbewegung entgegengerichtete Dämpfungskraft in ihrer Größe beeinträchtigt wird und damit einer unerwünschten Verzögerung der Schließbewegung der Armatur entgegen wirkt. Gleichzeitig ist durch diese Maßnahme eine aus reichende Schließkraft des Stellantriebes in diesem Hub abschnitt gewährleistet.The advantageous effect of this version is in that by this design of the damping the closing process in its timing and is consequently influenced in its closing behavior. The cross holes with the ring grooves and slots ge allow all slots to be covered by the Differential pistons an additional and increased medium derivation from the damping space, whereby the Kol counter-damping force in their Size is affected and therefore an undesirable Delay in the closing movement of the valve works. At the same time, this measure ends one sufficient closing force of the actuator in this stroke section guaranteed.

Nach der Überdeckung der Schlitze ist dann nur noch durch die Drossel eine Mediumabführung möglich, so daß in dieser Phase ein beträchtlicher Druckanstieg erfolgt, der die gewünschte Bremswirkung erzielt. Diese Aus führung des Dämpfungssystems gestattet gleichzeitig eine wesentlich kleinere und damit kostengünstigere Auslegung des Stellantriebes der Armatur.After covering the slots is then only medium discharge possible through the throttle, so that there is a significant increase in pressure during this phase, which achieves the desired braking effect. This out Management of the damping system allows at the same time a much smaller and therefore cheaper Design of the valve actuator.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungs beispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention is intended to be an embodiment example will be explained in more detail. The associated The drawings show:

Fig. 1 Schnellschließende Armatur in Offenstellung, Fig. 1 Quick-closing valve in the open position,

Fig. 2 Vergrößerte Darstellung des Dämpfungssystems bei geschlossener Armatur, Figure 2 is enlarged representation. Of the damping system when the valve is closed,

Fig. 3 Schnitt A-A nach Fig. 2 in vergrößerter Aus führung, Fig. 3 AA section of Fig. 2 in an enlarged from lead,

Fig. 4 Vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 2. Fig. 4 shows an enlarged detail from FIG. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Armatur besteht aus dem Armaturengehäuse 1, auf das der Stellantrieb 2 aufge setzt ist. Dieser Stellantrieb wird durch zwei unter schiedliche Zylinder 3; 4 verkörpert, in denen ein Differentialkolben 5 lagert, der über eine Spindel 6 mit dem plattenförmigen Absperrelement 7 verbunden ist. In Richtung des Armaturengehäuses 1 verfügt der Differentialkolben 5 über eine Ausnehmung 8, die zu sammen mit einem Dämpfungskolben 11 einen Dämpfungsraum 9 bildet (Fig. 2). Der Dämpfungskolben 11 ist am Zy linderboden 10 des Stellantriebes 2 befestigt.The valve shown in Fig. 1 consists of the valve body 1 , on which the actuator 2 is set. This actuator is driven by two different cylinders 3 ; 4 embodies in which a differential piston 5 is mounted, which is connected via a spindle 6 to the plate-shaped shut-off element 7 . In the direction of the valve housing 1 , the differential piston 5 has a recess 8 which, together with a damping piston 11, forms a damping chamber 9 ( FIG. 2). The damping piston 11 is attached to the cylinder bottom 10 of the actuator 2 .

Wie aus Fig. 2 und 4 ersichtlich, ist innerhalb des Dämpfungskolbens 11 zur Führung und Abdichtung der Spindel 6 ein zwischen Grundring 12 und Druckring 14 befindliches Dichtungspaket 13 angeordnet. Zwischen dem zylinderraumseitigen Druckring 14 und einer Buch se 16 sind mehrere Tellerfedern 17 vorgesehen. Der Dämpfungskolben 11 verfügt außerdem über eine parallel zur Spindel 6 verlaufende Längsbohrung 18, die von der Stirnseite des Dämpfungskolbens 11 ausgehend sich an nähernd bis an den Zylinderboden 10 erstreckend in eine Drossel 19 übergeht. Das am Außenumfang des Dämp fungskolbens 11 befindliche Dichtungspaket 20 besteht aus mehreren Führungsringen 21, die jeweils einen Kol benring 22 aufnehmen. Diese Führungsringe 21 besitzen an ihrem Innenumfang eine Ringnut 23, die auf den Führungsringen 21 stirnseitig angeordnete Schlitze 24 tangieren, wie aus Fig. 3 erkennbar ist. Über im Dämp fungskolben 11 befindliche Querbohrungen 25 ist die Längsbohrung 18 mit den Ringnuten 23 der Führungs ringe 21 verbunden. Die Querbohrungen 25 verfügen da bei über unterschiedlich große Querschnittsflächen, wodurch eine Beeinflussung der Schließgeschwindigkeit ermöglicht wird. As can be seen from FIGS. 2 and 4, a sealing package 13 located between the base ring 12 and the pressure ring 14 is arranged within the damping piston 11 for guiding and sealing the spindle 6 . Between the cylinder chamber side pressure ring 14 and a book 16 se a plurality of plate springs 17 are provided. The damping piston 11 also has a longitudinal bore 18 which runs parallel to the spindle 6 and which, starting from the end face of the damping piston 11 , merges into a throttle 19 and extends as far as the cylinder base 10 . Located on the outer circumference of the damping piston 11 seal package 20 consists of a plurality of guide rings 21 , each receiving a Kol benring 22 . These guide rings 21 have an annular groove 23 on their inner circumference, which tangential slots 24 arranged on the end face of the guide rings 21 , as can be seen from FIG. 3. About located in the damping piston 11 cross bores 25 , the longitudinal bore 18 with the annular grooves 23 of the guide rings 21 is connected. The cross bores 25 have cross-sectional areas of different sizes, which enables the closing speed to be influenced.

Die Summe der Querschnittsflächen aller Querbohrungen 25 einschließlich der Querschnittsfläche der Drossel 19 ist dabei allerdings kleiner als die freie Quer schnittsfläche der Längsbohrung 18.The sum of the cross-sectional areas of all cross bores 25 including the cross-sectional area of the throttle 19 is, however, smaller than the free cross-sectional area of the longitudinal bore 18 .

In der Wandung des Zylinders 3 ist in Längsrichtung ein Überströmkanal 26 angeordnet, der zur Auslösung des Schließvorgangs der Armatur eine Verbindung zwi schen dem Innenraum des Armaturengehäuses 1 und einem Zylinderraum 27 herstellt (Fig. 1).In the wall of the cylinder 3 , an overflow channel 26 is arranged in the longitudinal direction, which creates a connection between the interior of the valve housing 1 and a cylinder chamber 27 to trigger the closing process of the valve ( FIG. 1).

Die im Bereich des Zylinderbodens 10 vorgesehene Ent lastungsleitung 28 ist mit nicht dargestellten Steuer ventilen verbunden und dient zur Mediumableitung wäh rend des Schließvorgangs. Eine im Zylinderboden 10 be findliche Drosselschraube 29 bewirkt den Druckaufbau im Zylinderraum 15 und gewährleistet damit die Offen stellung der Armatur.The provided in the area of the cylinder bottom 10 Ent load line 28 is connected to control valves, not shown, and is used for the discharge of medium during the closing process. A be in the cylinder bottom 10 sensitive throttle screw 29 causes the pressure build-up in the cylinder chamber 15 and thus ensures the open position of the valve.

Erhält die durch den Mediumdruck in Offenstellung ge haltene Armatur einen Schließimpuls, so erfolgt eine Bewegung des Differentialkolbens 5 in Richtung des Armaturengehäuses 1. Taucht nunmehr der am Zylinder boden 10 befestigte Dämpfungskolben 11 in die Ausneh mung 8 des Differentialkolbens 5 ein, so entsteht der Dämpfungsraum 9. Dieser Dämpfungsraum 9 erfährt durch die Bewegung des Differentialkolbens 5 eine ständige Volumenverringerung, wodurch das in ihm befindliche Medium komprimiert wird und damit der Bewegung des Differentialkolbens 5 eine gewisse Dämpfungskraft ent gegensetzt.Receives the valve held by the medium pressure in the open position, a closing pulse, then a movement of the differential piston 5 takes place in the direction of the valve body 1st Now plunges the damping piston 11 attached to the cylinder base 10 in the Ausneh measurement 8 of the differential piston 5 , so the damping chamber 9th This damping chamber 9 undergoes against requires a certain damping force ent by the movement of the differential piston 5 a permanent reduction in volume, is compressed whereby the medium located therein and thus the movement of the differential piston. 5

Um durch diese Dämpfungskraft die schnelle Abwärts bewegung des Differentialkolbens 5 nicht übermäßig zu beeinflussen, ist ein Druckabbau durch eine Me diumableitung aus dem Dämpfungsraum 9 erforderlich. Dazu wird das Medium über die Längsbohrung 18 und die nachfolgende Drossel 19 sowie über die Längs bohrung 18 und die Querbohrungen 25 mit den Ring nuten 23 und den sich anschließenden Schlitzen 24 in den Führungsringen 21 aus dem Dämpfungsraum 9 abgeführt. Beim Eintauchen des Dämpfungskolbens 11 in den Differentialkolben 5 erfolgt somit durch die se zusätzliche Mediumableistung über die Querbohrun gen 25 ein geringer Druckaufbau innerhalb des Dämp fungsraumes 9, wodurch die der Kolbenbewegung ent gegengerichtete Dämpfungskraft in ihrer Größe beein trächtigt wird und damit einer unerwünschten Verzögerung der Schließbewegung der Armatur entgegenwirkt. Durch diese Bewegung des Differentialkolbens 5 werden nach und nach die einzelnen Schlitze 24 in den Führungsrin gen 21 verschlossen, wodurch sich der freie Querschnitt des Ableitungssystems verringert.In order not to excessively influence the rapid downward movement of the differential piston 5 by this damping force, a pressure reduction by a medium discharge from the damping chamber 9 is required. For this purpose, the medium via the longitudinal bore 18 and the subsequent throttle 19 and the longitudinal bore 18 and the transverse bores 25 with the annular grooves 23 and the subsequent slots 24 in the guide rings 21 are removed from the damping chamber 9 . When the damping piston 11 is immersed in the differential piston 5 , a small pressure build-up within the damping chamber 9 takes place due to the additional medium discharge via the cross-drilling conditions 25 , whereby the damping force opposing the piston movement is impaired in size and thus an undesirable delay in the closing movement counteracts the valve. This movement of the differential piston 5 gradually closes the individual slots 24 in the guide ring gene 21 , thereby reducing the free cross section of the drainage system.

Nach Überdecken aller Schlitze 24 der Führungsringe 21 erfolgt nur noch über die Drossel 19 eine Mediumabfüh rung, so daß ab diesen Zeitpunkt durch die beträcht liche Druckzunahme eine Steigerung der Dämpfungskraft mit ausreichender Bremswirkung entsteht, die ein re lativ sanftes Einfahren des Absperrelementes 7 in die Schließstellung gewährleistet. Zur Unterstützung dieses Prozesses wird in der unmittelbaren Endphase die Be wegung des Differentialkolbens 5 noch durch ein Paket aus Tellerfedern 17 abgebremst. Diese Tellerfedern 17 dienen zusammen mit der Buchse 16 gleichzeitig als An schlag für den Differentialkolben 5, sobald sich das Absperrelement 7 in Schließstellung befindet.After covering all the slots 24 of the guide rings 21 , only a medium discharge takes place via the throttle 19 , so that from this point in time an increase in the damping force with sufficient braking effect arises due to the considerable pressure increase which results in a relatively gentle retraction of the shut-off element 7 in the closed position guaranteed. To support this process, the Be movement of the differential piston 5 is braked by a package of disc springs 17 in the immediate final phase. These disc springs 17 together with the bushing 16 serve simultaneously as an impact for the differential piston 5 as soon as the shut-off element 7 is in the closed position.

Claims

1. Damping device for a quick-closing valve, in which a drive piston connected to a spindle has a recess which is assigned a damping piston attached to the cylinder bottom, which has a longitudinal bore with a throttle and has a sealing package on its outer circumference, characterized in that the Longitudinal bore ( 18 ) of the damping piston ( 11 ) is connected via cross bores ( 25 ) to ring grooves ( 23 ) of the guide rings ( 21 ) of the seal package ( 20 ), these ring grooves ( 23 ) having a plurality of slots ( 24 ) on the end face of the guide rings ( 21 ) touch.

2. Damping device for a quick-closing fitting according to claim 1, characterized in that the sum of the cross-sectional areas of all cross bores ( 25 ) including the cross-sectional area of the throttle ( 19 ) is smaller than the cross-sectional area of the longitudinal bore ( 18 ).

3. Damping device for a quick-closing fitting according to claim 1 and 2, characterized in that the cross bores ( 25 ) have differently sized cross-sectional areas.