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Dokumentenidentifikation DE60026683T2 24.08.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001102052
Titel Verfahren zur Steuerung eines Klappenventils
Anmelder Framatome ANP, Courbevoie, FR
Erfinder Martins, Georges, 01120 Montluel, FR;
Obon Soriano, Jose Manuel, 50009 Zaragoza, ES;
Menigoz, Sandrine, 69006 Lyon, FR
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60026683
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 09.11.2000
EP-Aktenzeichen 004031209
EP-Offenlegungsdatum 23.05.2001
EP date of grant 15.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse G01M 19/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G01M 15/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G01L 5/22(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F16K 1/22(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G21D 1/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F16K 37/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F16K 31/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle des Betriebsfähigkeitsbereichs eines Klappenventils und insbesondere eines Klappenventils in einem Kreislauf eines Kernkraftwerks.

Die Klappenventile werden häufig benutzt, um den Durchfluss eines Fluids in Rohrleitungen jeglicher Art zu kontrollieren, die Teile von Fluidkreisläufen bilden, wie sie in zahlreichen Sektoren der Industrie benutzt werden.

Die Klappenventile haben den Vorteil, einen integralen Durchfluss des Fluids zu ermöglichen, mit einem sehr geringen Druckabfall, wenn die Klappe in ihrer total geöffneten Stellung parallel ist zu der Zirkulationsströmung. In Bezug auf die Hähne oder Ventile anderer Bauarten, zum Beispiel des Schieber- oder Keiltyps, ermöglichen die Klappenventile generell, den Platzbedarf für die Betätigungseinrichtungen des Ventils stark zu reduzieren. Daher kann die Verwendung von Klappenventilen in zahlreichen Fällen sehr vorteilhaft sein, weil ihr geringer Platzbedarf, ihr geringer Druckabfall beim Durchfluss sowie ihre Betriebssicherheit Vorteile sind, die andere Ventiltypen nicht aufweisen. Insbesondere werden die Klappenventile häufig in Kreisläufen benutzt, die für die Sicherheit von Kernkraftwerken eine wichtige Rolle spielen, zum Beispiel im Falle von Druckwasserreaktoren der Kühlkreislauf bei Reaktorstillstand, der volumenbezogene und chemische Kontrollkreislauf oder der Kaltwasserversorgungskreislauf des Reaktors.

Die Klappenventile und insbesondere die in den Sicherheitskreisläufen der Kernkraftwerke verwendeten Ventile umfassen Steuereinrichtungen, die eine sehr hohe Betriebssicherheit aufweisen müssen und die so konzipiert sind, dass eine Beschädigung des Ventils im Blockierungsfall vermieden wird. Es ist nämlich notwendig, die Anwendung exzessive Kräfte zu vermeiden, sowohl auf die Klappe des Ventils als auch auf die verschiedenen Elemente der Steuer- und Verschiebungseinrichtungen der Klappe.

Diese Elemente umfassen generell einen Elektromotor, zum Beispiel einen Drehstrom-Asynchronmotor, einen Servomotor, dem ein Drehmomentbegrenzer zugeordnet ist, der ermöglicht, den Motor im Falle einer Blockierung anzuhalten, und ein im Allgemeinen nicht-lineares Reduziergetriebe.

Die in denjenigen Sicherheitskreisläufen der Kernkraftwerke angeordneten Ventile, die als wichtig für die Sicherheit des Kernkraftwerks gelten, unterliegen einer besonderen Aufmerksamkeit bezüglich der Kontrolle ihrer Funktionscharakteristika im Betrieb, bei der Wartung und bei der Reparatur der Ventile während der Stillstandsperioden des Kernkraftwerks.

Außerdem sind die Klappenventile zahlreich in den Kreisläufen von Kernkraftwerken mit Reaktoren der jüngsten Bauarten vorhanden.

Es ist daher notwendig, bei den Ventilen der Kernkraftwerke periodische Prüfungen durchzuführen, um die Betriebsfähigkeit der Ventile festzustellen, das heißt, sie unter ihren üblichen Betriebsbedingungen zu betätigen, ohne die Gefahr eines unerwünschten Stillstands der Steuereinrichtungen dieser Ventile im Laufe der Betätigung, welche die komplette Durchführung der Betätigung unmöglich macht.

Wenn die Versuche bei Ventilen durchgeführt werden müssen, die sich in dem Gebäude eines Kernkraftwerks befinden, stellen sich bestimmte technische Probleme und zuerst das der Strahlungsbelastung. Geräte wie die Ventile, die durchflossen und aktiviert werden durch eine radioaktive Flüssigkeit, werden selbst zu radioaktiven Quellen, die Strahlung emittieren und eine gewisse radioaktive Kontamination erzeugen. Die Radioaktivität ist um so höher, je mehr man sich den Quellen nähert. Zudem schreiben die Sicherheitsnormen eine in Abhängigkeit von der Strahlungsintensität begrenzte Bestrahlungsdauer des Personals vor. Es ist daher notwendig, die Prüfung der Ventile innerhalb eins begrenzten Zeitraums durchzuführen, der sehr kurz sein kann, wenn diese einen kritischen Lastpunkt des Sicherheitskreislaufs des Kernreaktors bilden.

Ein zweites Problem beruht auf der Tatsache, dass man im Innern des Reaktorgebäudes nur bei einer Teilabschaltung (arrêt de tranche) intervenieren kann, das heißt nach dem Stillstand der Neutronenreaktionen in dem Reaktorkern durch Wiedereinführung der Steuerstäbe und Kühlung des Primärkreislaufs des Kernreaktors. Die Prüfung der in dem Reaktorgebäude befindlichen Ventile müssen also während der Teilabschaltung eingeplant werden, was die Interventionsmöglichkeiten in Bezug auf diese Prüfungen einschränkt.

Außerdem erfordert die Demonstration der Betriebsfähigkeit der Ventile die Analyse von immer genaueren und verfeinerten Betriebskennwerten, um den Anforderungen der Betreiber von Kernkraftwerken zu genügen, wobei diese Analysen zudem so schnell wie möglich durchgeführt werden müssen.

Im Falle von Ventilen, die vor allem in Kernkraftwerken verwendet werden, ist es wünschenswert, über Verfahren zu verfügen, die ermöglichen, Kontrollen und Diagnosen an den Ventilen durchzuführen, ohne die verschiedenen Teile des Ventils wie etwa das Reduziergetriebe und den Servomotor demontieren zu müssen.

Es ist auch wünschenswert, Kontrollen unter Bedingungen durchzuführen, die den Einsatzbedingungen der Ventile in den Kreisläufen des Kernkraftwerks möglichst nahe kommen.

Es wurden schon diverse Verfahren vorgeschlagen, die ermöglichen, Kontrollen und Diagnosen bei Hähnen oder Klappenventilen durchzuführen, die ermöglichen, die erforderlichen Bedingungen mehr oder weniger einzuhalten. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens findet man in dem Dokument US 5 475 299.

Im Falle von britischen Kernkraftwerken, deren Kreisläufe Klappenventile enthalten, die mit Servomotoren mit Drehmomentbegrenzer ausgerüstet sind, hat man Verfahren angewendet, die eine gewisse Kontrolle der Betriebsfähigkeit der Klappenventile durch elektrische Messungen ermöglichen. Im Falle der Klappenventile ohne Führungsbockaufsatz der Ventilstange führt man eine einfache Intensitätsmessung des Stroms in einer der Phasen des elektrischen Betätigungsmotors durch und ermittelt das Kippen bzw. Schalten des elektrischen Schütz (contacteur) beim Schließen und vollständigen Öffnen des Ventils.

Diese generelle Methode, die bei den meisten Klappenventilen von Kernkraftwerkkreisläufen angewendet werden kann, sind nicht sehr genau aufgrund der beschränkten Qualität der durchgeführten elektrischen Messungen.

Im Falle von Klappenventilen mit einem Führungsbockaufsatz der Ventilstange, die einen kleinen Prozentsatz der in den Kernkraftwerkkreisläufen verwendeten Klappenventile darstellen, erfolgt die Betriebsfähigkeitskontrolle ebenfalls durch Stromstärkemessungen und Ermittlung des Kippens bzw. Schaltens des Schütz, und indem man zudem direkt an der Ventilstange mit Hilfe von auf die Stange geklebten Dehnungsmessstreifen das auf diese Stange ausgeübte Moment misst. Die Messvorrichtung des Moments kann man permanent auf dem Ventil lassen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, ein direktes Ablesen des auf die Stange ausgeübten Moments zu ermöglichen und folglich dieses Moment sehr schnell zu erhalten, während der Prüfung. Jedoch erfordert dieses Verfahren, das nur bei einem kleinen Prozentsatz der verwendeten Ventile angewendet werden kann, eine Demontage des Ventils, um die Dehnungsmessstreifen anzubringen. Diese Demontage ist schwierig und teuer. Außerdem werden die Stromstärkemessungen nur bei einer Phase des Motors vorgenommen, was die Genauigkeit der Kontrolle beeinträchtigt.

Im Falle von in den USA installierten Kernkraftwerken werden Klappenventile verwendet, die mit Servomotoren mit Drehmomentbegrenzer ausgerüstet sind, die eine sich auf einem Federscheibenstapel abstützende Schnecke umfassen. Hier wird die Betriebsfähigkeitskontrolle der Ventile durch das Messen der Stromstärke in einer Phase des Ventilmotors und durch das Messen der Kräfte, welche durch die Schnecke auf die Federscheiben ausgeübt werden, und der Verschiebung der Schnecke realisiert. Aufgrund dieser Messungen berechnet man das Drehmoment des Servomotors, wobei man den Typ des verwendeten Servomotors berücksichtigt.

Die benutzten Messeinrichtungen sind nicht fest auf dem Ventil installiert. Bei Anwendung dieses Verfahrens bestehen die Hauptvorteile darin, eine direkte Ablesung des Drehmoments zu haben und keine permanent installierten Messeinrichtungen zu benötigen wie etwa Lehren oder Sensoren. Jedoch müssen bei diesem Kontrollverfahren, das nur für Servomotoren eines bestimmten Typs benutzt werden kann, die verwendeten Dehnungsmessstreifen an die Form des Servomotors angepasst werden und die Installationszeit der Messeinrichtungen auf dem Ventil ist relativ lang, ungefähr 30 Minuten. Außerdem ermöglichen die Stromstärkemessungen einer einzigen Phase keine sehr genaue Kontrolle der Betrebsfähigkeit.

Die Kreisläufe bestimmter in Spanien installierten Kernkraftwerke umfassen wenigstens zwei unterschiedlichen Typen von Klappenventile mit Servomotoren und es wurde eine Methode zur Kontrolle der Betriebsfähigkeit ausgearbeitet, die bei allen diesen Ventilen anwendbar ist.

Um die Kontrolle durchzuführen, werden der Servomotor, das Reduziergetriebe und das Ventil voneinander getrennt und man kontrolliert zunächst nur den Servomotor. Anschließend kuppelt man den Servomotor wieder mit dem Reduziergetriebe und montiert das Ganze in einen Messstand, der mehrere kalibrierte Messstellen umfasst, die als mechanischen Sicherungen fungieren, die sukzessiv in verschiedenen Winkelstellungen der Klappe angeordnet sind. Die Prüfung besteht darin, zu verifizieren, dass das Drehmoment zur Auslösung des Servomotors nicht erreicht wird, das heißt das Moment, das für einen bestimmten Winkel mit Hilfe des Drehmomentbegrenzers zum Motorstillstand führt. Wenn die Klappe diese Winkelstellung erreicht, ist es die entsprechend kalibrierte mechanische Sicherung, die vor dem Auslösen des Servomotors und dem Anhalten des Elektromotors nachgeben muss. So ermittelt man den Betriebsfähigkeitsbereich zwischen dem Widerstandsmoment der Klappe, erzeugt durch die mechanische Sicherung, und dem Auslösungsmoment des Servomotors.

Das Ventil wird anschließend mit einer Drehmomentmessvorrichtung versehen, wieder montiert und den Durchfluss- und Druckbedingungen des Kreislauf ausgesetzt, in dem es verwendet wird, um die Spannungen unter nominalen Bedingungen zu messen.

Schließlich demontiert man das Ventil, um die Drehmomentmessvorrichtung zu entfernen, und baut es dann wieder in den Kreislauf ein.

Die Nachteile diese Kontrollsystems bestehen darin, dass die durch die Prüfung erhaltenen Daten nicht wiederverwertbar sind und dass es notwendig ist, die Prüfung bei jeder neuen Kontrolle des Ventils zu wiederholen. Die Prüfung ist sehr personalaufwendig, da das Ventil ausgebaut, in den Messstand gebracht, die Drehmomentmessvorrichtung montiert, der Versuch durchgeführt, die Drehmomentmessvorrichtung demontiert und schließlich das Ventil wieder eingebaut werden muss. Die Kosten der Kontrolle sind folglich sehr hoch.

Dennoch ist die Betriebsfähigkeit des wieder montierten und im Einsatz befindlichen Ventils nicht bewiesen, denn die Kontrolle wurde nicht unter normalen Betriebsbedingungen in der Rohrleitung des Kreislaufs durchgeführt.

Die Aufgabe der Erfindung ist folglich ein Kontrollverfahren des Betriebsfähigkeitsbereichs eines Klappenventils mit einer drehbar um eine Achse in ein Ventilgehäuse montierten Klappe und Steuerungseinrichtungen für das Verstellen der Klappe zwischen einer geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position des Ventils, einen Elektromotor, einen Servomotor und ein Reduziergetriebe umfassend, in Reihe angeordnet, um die Rotationsverstellung der Klappe zu tätigen, wobei der Servomotor einen regelbaren bzw. einstellbaren Drehmomentbegrenzer umfasst, um den Motor bei einem festgelegten, Dremomentbegrenzer-Auslösungsmoment genannten Abtriebsmoment des Servomotors zu stoppen, wobei das Kontrollverfahren den Zweck hat, zu verifizieren, dass der Bereich zwischen einem Antriebsmoment der Klappe und einem Auslösungsmoment des Drehmomentbegrenzers für jede Position der Klappe oder zu jedem Zeitpunkt des Betriebs des Ventils wenigstens gleich einem vorher festgelegten Schwellenwert ist. Dabei ermöglicht das Verfahren, den Betriebsfähigkeitsbereich des Ventils mit einer auf eine Anfangsphase des Verfahrens beschränkte einmalige Demontage des Ventils zu bestimmen, wobei die späteren Kontrollen des Ventils ohne Eingriff und nur durch elektrische Messungen erfolgen, die an der Motorisierung des Ventils oder an den Versorgungseinrichtungen der Motorisierung vorgenommen werden.

Zu diesem Zweck:

  • – trennt man in einer ersten Anfangsphase die Klappe von den Verstellungssteuerungseinrichtungen und misst in einem Messstand wenigstens ein Moment, das Auslösungsmoment des Servomotors und/oder das Abtriebsmoment des Reduziergetriebes bei der Auslösung des Servomotors, in einer Vielzahl von Winkelverstellungspositionen der Klappe, wobei die Steuerungseinrichtungen durch den Elektromotor angetrieben werden, und simultan die Wirkleistung des Motors für eine Vielzahl von Stell- bzw. Regelwerten des Drehmomentbegrenzers und leitet davon Transferfunktionen ab, um von der Wirkleistung des Motors zu dem Antriebsmoment der Klappe durch den Servomotor und/oder das Reduziergetriebe überzugehen bzw. zu gelangen,
  • – verstellt man in einer zweiten Phase die Klappe des Ventils zwischen ihren geschlossenen und geöffneten Positionen, mit Hilfe der Steuerungseinrichtungen, angetrieben durch den Elektromotor, wobei sich das Ventil in einem normalen Betriebszustand befindet und der Drehmomentbegrenzer festgelegten Regelungsbedingungen unterliegt, misst man die Wirkleistung des Motors und leitet daraus durch Berechnung – aufgrund der Transferfunktionen – Werte wenigstens eines Moments, des Abtriebsmoments des Servomotors und/oder des Abtriebsmoments des Reduziergetriebes, im Laufe der Verstellung der Klappe ab, und
  • – vergleicht man die durch die Messung und die Berechnung erhaltenen Werte des Moments mit in der ersten Phase erhaltenen Werten, die wenigstens einem Moment, dem Auslösungsmoment des Servomotors und/oder dem Abtriebsmoment des Reduziergetriebes bei der Auslösung des Servomotors in der ersten Phase unter Regelungsbedingungen des Drehmomentbegrenzers entsprechen, die identisch sind mit den festgelegten Regelungsbedingungen.

Die Erfindung wird besser verständlich durch die nachfolgende Beschreibung einer Realisierungsart des Verfahrens zur Kontrolle des Betriebsfähigkeitsbereichs eines Klappenventils eines Kernkraftwerk-Kreislaufs, bezogen auf die beigefügten Figuren.

Die 1 ist eine perspektivische Ansicht des Ventils und seiner Steuerungseinrichtungen.

Die 2 ist eine schematische Ansicht, die den Motor und den Steuerungs-Servomotor zeigt.

Die 3 ist eine Schnittansicht des Steuerungs-Reduziergetriebes des Ventils.

Die 4 ist eine schematische Ansicht, welche die Einrichtungen zeigt, die bei der Durchführung eines ersten Schritts der ersten Phase des Kontrollverfahrens benutzt werden.

Die 5 ist eine schematische Ansicht, welche die Einrichtungen zeigt, die bei der Durchführung eines zweiten Schritts der ersten Phase des Kontrollverfahrens benutzt werden.

Die 6 ist eine schematische Ansicht, welche die Einrichtungen zeigt, die im Laufe der zweiten Phase des Verfahrens zur Kontrolle des Klappenventils benutzt werden.

Die 7 ist ein Diagramm, welches das theoretische Abtriebsmoment und das real gemessene Abtriebsmoment des Reduziergetriebes der Steuerungseinrichtungen des Ventils in Abhängigkeit von dem Öffnungswinkel der Klappe liefert.

Die 8 ist ein Diagramm, welches – Abhängigkeit von dem Öffnungswinkel der Klappe des Ventils – das Widerstandsmoment der Klappe, das die Auslösung des Servomotors verursacht, und das während der Betätigung des Klappenventils wirklich gemessene Moment liefert.

In der 1 sieht man ein global mit 1 bezeichnetes Klappenventil, eingefügt zwischen zwei Rohrleitungselemente 2, 2' eines Sicherheitskreislaufs eines Kernkraftwerks mit einem Druckwasserreaktor.

Das Klappenventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 3, das durch einen dicht in die Rohrleitung 2, 2' eingebauten Ring gebildet werden kann, wobei die Klappe 4 des Ventils, die die Form einer Scheibe hat, um eine in Bezug auf die Klappe und den Gehäusering diametrale Achse 5 herum drehbar ist. Das Ventilgehäuse kann nur durch den Ring 3 gebildet werden, der dicht in die Rohrleitung 2, 2' eingebaut ist, oder durch ein global rohrförmiges Element, in das der Ring 3 eingebaut ist und das mit den Leitungen 2 und 2' verbunden ist.

Die Verstellungssteuerungseinrichtungen der Klappe 4 des Ventils werden gebildet durch einen Motor 6, einen durch die Welle des Motors 6 angetriebenen Servomotor 7 und ein Reduziergetriebe 8, angetrieben durch eine Stange 9 am Ausgang des Servomotors 7.

Der Motor 6, der Servomotor 7 und das Reduziergetriebe 8 sind in Reihe und in dieser Reihenfolge angeordnet, um die Rotationsverstellung der Klappe 4 des Ventils zu gewährleisten, zwischen einer geschlossenen Stellung, in der die die Klappe bildende Scheibe die Bohrung des Rings 3 komplett verschließt, und einer vollständig geöffneten Stellung, in der die die Klappe 4 bildende Scheibe entsprechend einer Ebene angeordnet ist, die senkrecht ist zu der Ebene der Bohrung des Rings 3 und parallel zu der Strömung der Flüssigkeit 10, die im Innern der Rohrleitung 2, 2' fließt, in die das Ventil 1 eingebaut ist.

Auf diese Weise verursacht die Klappe, die dünn ist und parallel zu der Strömungsrichtung der Flüssigkeit ausgerichtet ist, in der Öffnungsstellung nur einen sehr kleinen Widerstand, so dass der Druckverlust &Dgr;P vernachlässigbar ist.

Die Klappe 4 ist fest mit einer Welle entsprechend der geometrischen Achse 5 verbunden, die drehfest mit einem Abtriebselement des Reduziergetriebes 8 verbunden ist, was weiter unten beschrieben wird.

Der Servomotor 7, eingefügt zwischen dem Motor 6 und dem Reduziergetriebe 8, hat die Funktion, den Motor 6 durch Unterbrechung seiner Versorgung anzuhalten, wenn das Widerstandsmoment der rotationsbetätigten Klappe 4 einen bestimmten Wert überschreitet.

In der 2 ist der Motor 6 dargestellt, der generell ein dreiphasiger Asynchronmotor ist, und der Servomotor 7, der eine Anordnung von Elementen umfasst, die schematisch innerhalb des den Servomotor bezeichnenden Rahmens 7 dargestellt sind.

Die Abtriebswelle 6' des Drehstrommotors 6 ist fest mit einem ersten Ritzel 11 oder Primärritzel des Servomotors 7 verbunden, das im Eingriff ist mit einem Sekundärritzel 12, das mit einer Keilwelle verbunden ist, die von einer Schnecke 14 angetrieben wird.

Das Ende der Schnecke 14, das dem Ende entgegengesetzt ist, in das die Antriebswelle 13 eindringt, stützt sich auf einem ersten Ende eines Federscheibenstapels 15 ab, dessen zweites Ende sich auf einem festen Teils des Servomotors abstützt. Derart kann der Federscheibenstapel 15 durch die Schnecke 14 komprimiert werden, wenn die Schnecke – in der 2 nach rechts – verschoben wird.

Die Schnecke 14 umfasst zwei ringförmig vorstehende Teile 16, die eine Ringnut abgrenzen, die als Aufnahme für das Ende eines Fingers 17 eines Drehmomentbegrenzers 18 dient, realisiert in Form eines elektrischen Unterbrechungsschalters, der ermöglicht, die Stromversorgung 19 des Motors 6 zu unterbrechen, wenn die Schnecke 14, die sich mit ihrem Ende auf dem Federscheibenstapel 15 abstützt, über eine bestimmte Distanz nach rechts verschoben wird und dabei den Federscheibenstapel 15 komprimiert. Die Verschiebung der Schnecke nach rechts und mit ihr die Kompression der Federscheiben 15 drückt sich durch eine Erhöhung des auf die Schnecke 14 ausgeübten Moments aus.

Die Schnecke 14 dient dazu, ein in Bezug auf die Schnecke tangential angeordnetes Zahnrad 20 anzutreiben. Das Tangentialrad 20 umfasst Antriebsstifte 21, dazu bestimmt, mit entsprechenden Stiften 22 einer Antriebshülse der Ausgangsstange 9 des Reduziergetriebes zu kooperieren.

Elektrische Unterbrechungsschalter wie 23 ermöglichen, die Versorgung 19 des Motors 6 zu unterbrechen, wenn die Klappe ihre geschlossene oder geöffnete Position erreicht.

Die geschlossene Position, die geöffnete Position und die Zwischenstellungen der Klappe des Ventils werden durch den Winkel &agr; gekennzeichnet, den die Klappe mit der Mittelebene der Bohrung des Ventils bildet. In seiner geschlossenen Position ist der Winkel &agr; null, und in seiner vollständig geöffneten Position ist der Winkel &agr; gleich 90°.

In der 3 ist das Reduziergetriebe 8 als drittes Element der in Reihe angeordneten Steuerungseinrichtungen des Ventils dargestellt.

Das Reduziergetriebe 8 umfasst ein gegossenes Monoblockgehäuse 24 mit einer Eingangsöffnung, auf der ein Deckel 24' festgeschraubt ist.

Das Reduziergetriebe ist ein Reduziergetriebe mit einer Schnecke bzw. Gewindestange 27 und einer Mutter 28 des nicht-linearen Typs, wobei das Abtriebsmoment des Reduziergetriebes mit dem Eingangsmoment durch einen Proportionalitätskoeffizienten verknüpft ist, der mit dem Öffnungswinkel &agr; der Klappe des Ventils veränderlich ist, der bei dem Reduziergetriebe 8 gemessen werden kann.

Der Deckel 24' des Gehäuses 24 des Reduziergetriebes umfasst Einrichtungen, um den Durchgang der Abtriebswelle 9 des Servomotors und seinen Anschluss an die Schnecke bzw. Gewindestange 27 mit Hilfe einer Kardankupplung 26 zu ermöglichen.

Die Mutter 28, im Eingriff mit der Gewindestange 27, befindet sich in einem Endteil eines ersten Anlenkglieds 29, deren zweites Ende mit einem zweiten Anlenkglied 30 verbunden ist, das fest mit einem Antriebskem 31 der Klappe des Ventils verbunden ist. Der Kern 31 umfasst einen Antriebsinnenvierkant, in dem eine Stange sitzt, die fest mit der Klappe 4 des Ventils verbunden ist, welche die Achse der Klappe 4 des Ventils bildet.

Wenn man die Gewindestange 27 in Drehung versetzt, verschiebt sich die Mutter 28 längs der Gewindestange 27, die mit dem Kardan 26 verbunden ist. Die Verschiebung der Mutter 28 längs der Gewindestange 27 erzeugt eine Drehbewegung des ersten Anlenkglieds, welches das zweite Anlenkglied 30, den Kern 31 und die Achse der Klappe des Ventils in Drehung versetzt, entweder in Öffnungsrichtung oder in Schließrichtung, zwischen der vollständig geschlossenen Position des Ventils, wobei dann das erste Anlenkglied 29 am Kardan 26 anschlägt, und der vollständig geöffneten Position des Ventils, wobei dann das zweite Anlenkglied 30 an einem Teil des Gehäuses 24 des Reduziergetriebes 8 anschlägt.

Wie weiter oben angegeben, ist es notwendig, periodisch eine Kontrolle der Betriebsfähigkeit der in die Sicherheitskreisläufe von Kernkraftwerken eingebauten Klappenventile durchzuführen.

Diese Betriebsfähigkeitskontrolle dient dazu, den Bereich zwischen dem real auf die Klappe ausgeübten Antriebsmoment im Verlauf eines Zyklus, der ein Öffnen und ein Schließen des Ventils umfasst, und dem Servomotor-Auslösungsmoment oder dem dem Servomotor-Auslösungsmoment entsprechenden Abtriebsmoment des Reduziergetriebes zu bestimmen, wobei dieses Moment gleich dem Widerstandsmoment der Klappe ist, das die Auslösung des Servomotors und den Stillstand des Motors herbeiführt.

Um einen einwandfreien Betrieb des Klappenventils sicherzustellen, muss man den Bereich zwischen diesen Momenten während eines kompletten Betätigungszyklus der Klappe kennen. Diese Verifizierung muss in regelmäßigen Intervallen durchgeführt werden, da sich die verschiedenen Elemente des Klappenventils und seine Steuereinrichtungen im Laufe einer gewissen Betriebszeit verschlechtern oder verändern können.

Die Funktionsweise des Servomotor wird nun in Verbindung mit der 2 beschrieben.

Zu Beginn befindet sich die Klappe des Ventils in einer Stellung, die zum Beispiel die offene oder die geschlossene Stellung sein kann. Das Ende der Schnecke 14 stützt sich ab auf dem Federscheibenstapel 15, der komprimiert wurde, als die Klappe am Ende einer vorhergehenden Betätigung angehalten worden ist.

Das Starten des Elektromotors 6 versetzt über das Primärritzel 11 das Sekundärritzel 12 und die Antriebswelle 13 des Servomotors in Drehung. Das Rotieren der Schnecke 14 dekomprimiert den Federscheibenstapel 15 progressiv, indem sich die Schnecke nach links verschiebt.

Wenn die Federscheiben 15 des Stapels ganz dekomprimiert sind, befindet sich die Schnecke 14 im Eingriff mit der Verzahnung des Tangentialrads 20, das in der 2 im Gegenuhrzeigersinn in Drehung versetzt wird.

Während einer Drehbewegung von ungefähr 160° dreht sich das Tangentialrad 20 im Leerlauf bis zu dem Moment, wo die Antriebsstifte 21 in Kontakt kommen mit den entsprechenden Stiften 22 der die Ausgangsstange 9 betätigenden Hülse. Der Motor 6 und der Servomotor 7, in Reihe angeordnet, bewirken dann mit Hilfe des Reduziergetriebes 8 das Schwenken der Ventilklappe.

Im Falle einer Blockierung der Klappe führt dies zu einer Rotationsblockierung des Tangentialrads 20, so dass sich die Schnecke 14 nach rechts verschiebt und den Federscheibenstapel 15 komprimiert, wobei sich der Finger 17 des Drehmomentbegrenzers 18 ebenfalls nach rechts verschiebt.

Je nach Einstellung des Drehmomentbegrenzers 18 durch einen Zeiger erfolgt die Auslösung des den Motor anhaltenden Unterbrechungsschalters bei einer mehr oder weniger starken Kompression des Federscheibenstapels 15, das heißt bei einem mehr oder weniger großen auf die Schnecke und das gesamte Antriebssystem der Klappe ausgeübten Moment.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Bereich zwischen einem Antriebsmoment der Klappe und einem Widerstandsmoment zu bestimmen, das zur Auslösung des Drehmomentbegrenzers des Servomotors und zum Stillstand des Motors führt Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, diesen Bereich durch elektrische Messungen zu bestimmen, ohne Ausbau des Ventils und seiner Steuerungseinrichtungen und unter Bedingungen, die den normalen Betriebsbedingungen ähnlich sind, nachdem man in einer ersten Phase an dem Ventil einmalige Messungen vorgenommen hat, die ermöglichen, eine Korrelation herzustellen zwischen den Betriebskennwerten des Elektromotors und den Drehmomenten am Ausgang des Servomotors und am Ausgang des Reduziergetriebes.

Um die erste Phase oder Anfangsphase des Verfahrens durchzuführen, wird das Klappenventil 1 von seinen Steuerungseinrichtungen 6, 7 und 8 getrennt. Anschließend werden in einem Messstand bei diesen Steuerungseinrichtungen Drehmoment- und Leistungsmessungen vorgenommen.

In der 4 sind die Einrichtungen dargestellt, die während eines ersten Messschritts der ersten Phase des Verfahrens in dem Drehmoment-Messstand benutzt werden, und in der 5 sind die Einrichtungen dargestellt, die während eines zweiten Messschritts der ersten Phase des Verfahrens benutzt werden.

Zur Durchführung des ersten Schritts der Anfangsphase des Verfahrens trennt man das Reduziergetriebe 8 von dem Servomotor 7 und montiert den mit dem Servomotor 7 gekuppelten Motor 6 in den Messstand, der insbesondere eine Bremse 32 umfasst, die mit der Abtriebswelle des Servomotors 7 gekuppelt wird und deren Widerstandsmoment man variieren kann, um Drehmomentmessungen durchzuführen.

Man benutzt ein elektronisches Datenertassungssystem 33, mit dem elektrische Versorgungseinrichtungen des Motors 6 und die Bremse verbunden sind. Das Erfassungssystem umfasst Module, die ermöglichen, in den drei Phasen des Motors elektrische Ströme i1, i2, i3 und Spannungen u1, u2, u3 sowie die durch die Bremse 32 auf den Abtrieb des Servomotors 7 ausgeübten Momente zu erfassen.

Das elektronische Erfassungssystem 33 ist mit einem Datenverarbeitungs-PC 34 verbunden, der mit einem Drucker 35 oder einer anderen Einrichtung zur Ausgabe von numerischen Resultaten oder von Kurven verbunden ist, wie in 36 dargestellt.

Der PC 34 ermöglicht, aufgrund der Ströme i1, i2, i3 und der Spannungen u1, u2, u3 in den drei Phasen des Motors 6 die Wirkleistung des Motors 6 in einem bestimmten Zeitpunkt zu berechnen.

Man erhält also die Werte des durch die Bremse 32 auf die Abtriebswelle des Servomotors 7 ausgeübten Moments in paralleler Gegenüberstellung zu den simultan gemessenen Werten der Wirkleistung des Motors.

Das Abtriebsmoment des Servomotors zum Zeitpunkt der Auslösung des Drehmomentbegrenzers 18 kann eingestellt werden, indem man den Stellzeiger des Drehmomentbegrenzers 18 so verschiebt, dass der Federscheibenstapel 15 zum Zeitpunkt der Auslösung des Drehmomentbegrenzers und des Stillstand des Motors mehr oder weniger stark komprimiert wird. Dieser Stellzeiger kann verschiedene diskrete Stellungen einnehmen, zum Beispiel vier Stellungen, die ermöglichen, den Drehmomentbegrenzer durch vier verschiedene und wachsende Drehmomente auszulösen.

Eine erste Operation, ausgeführt während des ersten Schritts der Anfangsphase des Verfahrens, besteht darin, das lineare Verhalten des durch den Servomotor gelieferten Moments im Auslösungsmoment in Abhängigkeit von den Einstellpositionen des Zeigers zu verifizieren. Diese erste Operation ermöglicht, die Werte des Moments des Servomotors bei der Auslösung des Drehmomentbegrenzers (CLdC) für jede der Positionen des Stellzeigers zu bestimmen.

Diese Operation ist in dem Maße notwendig, wie die Federscheiben, die im Prinzip elastische Eigenschaften haben, das sich durch ein elastisches Verhalten ausdrückt, im Wirklichkeit einer permanenten Druckkraft ausgesetzt sind, die mit Temperaturveränderungen von einigen Grad zusammenhängen können. Daraus resultiert ein Kriecheffekt, welcher der Linearität des Verhaltens der Federscheiben entgegenwirkt.

Diese erste Verifikationsoperation erfolgt in einem Messstand mit den in der 4 dargestellten Einrichtungen.

Für jede der Positionen des Stellzeigers des Drehmomentbegrenzers treibt man den Motor an und erhöht das Widerstandsmoment der Bremse bis zur Auslösung des Drehmomentbegrenzers des Servomotors 7. Dann misst man das der Zeigerposition entsprechende Drehmoment.

Man verifiziert die Linearität der Veränderung des Moments in Abhängigkeit von der Zeigerposition.

Eine zweite im ersten Schritt der Anfangsphase des Verfahrens durchgeführte Operation besteht darin, den Koeffizienten der Reduzierung der Geschwindigkeit oder der Erhöhung des Moments zwischen dem Ausgang des Motors 6 und dem Ausgang des Servomotors 7 zu verifizieren. Diese Verifizierung erfolgt in dem Messstand mit den in der 4 dargestellten Einrichtungen.

Um diese zweite Verifikationsoperation durchzuführen, misst man simultan das Widerstandsmoment der Bremse 32 und die Stromstärke- und -spannungswerte in den drei Phasen des Motors 6, indem man Abgreifklemmen verwendet, die mit dem Erfassungssystem 33 verbunden sind.

Der Rechner 34 bestimmt aufgrund der Stromstärken und -spannungen die momentane Wirkleistung des Motors 6. Die Momentanwerte des Drehmoments und der Wirkleistung des Motors ermöglichen, den Reduktionskoeffizienten k der Geschwindigkeit zwischen dem Ausgang des Motors und dem Ausgang des Servomotors zu bestimmen.

Die Leistungs- und Drehmomentmessungen werden für verschiedene Werte des Auslösungsmoments am Ausgang des Servomotors durchgeführt, was ermöglicht, entsprechende Werte der Leistung und des Moments am Ausgang des Servomotors zu erhalten.

Man leitet davon eine Transferfunktion F zwischen der Leistung und dem Moment am Ausgang des Servomotors bei der Auslösung des Drehmomentbegrenzers ab.

Wie in der 5 dargestellt führt man im Laufe eines zweiten Schritts der Anfangsphase des Kontrollverfahrens Messungen durch, indem man den Motor 6 und den wieder mit dem Reduziergetriebe 8 gekuppelten Servomotor 7 in den die Bremse 32 enthaltenden Messstand montiert. Die Bremse 32 ist mit dem Ausgang des Reduziergetriebes 8 verbunden.

Wie vorhergehend misst man simultan die Ströme und die Spannungen in den Phasen des Motors 6 und das Widerstandsmoment der Bremse 32, wobei diese Werte durch das mit dem PC 34 verbundene Erfassungssystem 33 gesammelt werden.

Mit den in der 5 dargestellten Einrichtungen bestimmt man die Verluste des Reduziergetriebes über den gesamten Schwenkbereich der Klappe, indem man das theoretische Ausgangsmoment des Reduziergetriebes aufgrund der Wirkleistung bestimmt, die der Motor liefert, und das im Messstand gemessene Ausgangsmoment des Reduziergetriebes bei der Auslösung des Drehmomentbegrenzers aufgrund der Bremse 32 bestimmt.

Das theoretische Ausgangsmoment des Reduziergetriebes ist proportional zur Wirkleistung des Motors unter Berücksichtigung des vorhergehend bestimmten Proportionalitätsfaktors k und der Charakteristika des nichtlinearen Reduziergetriebes, wobei der Proportionalitätsfaktor zwischen dem Moment am Ausgang des Reduziergetriebes und der Wirkleistung des Motors ein komplexer Ausdruck ist, der von dem Winkel &agr; abhängt, der die Stellung der Ventilklappe kennzeichnet.

Um die Messungen des Ausgangsmoments des Reduziergetriebes im Messstand zu messen, stellt man den Zeiger des Drehmomentbegrenzers des Servomotors 7 so, dass der Drehmomentbegrenzer sich bei einem bestimmten Schwenkwinkel &agr; der Klappe auslöst. Man misst dann das Ausgangsmoment des Reduziergetriebes 8 bei der Auslösung des Drehmomentbegrenzers, und man misst sehr genau, indem man einen dem Reduziergetriebe zugeordneten Winkelmesser 37 benutzt, den Winkel &agr; der Klappe, wobei diese Daten zum Datenerfassungssystem 33 übertragen werden. Simultan führt man Strom- und Spannungsmessungen durch, um die Wirkleistung P1 des Motors 6 zu bestimmen.

Man wiederholt diese Operation, um den Drehmomentbegrenzer mit unterschiedlichen Winkeln &agr; des Schwenkbereichs der Klappe auszulösen.

Die Resultate sind in der 7 dargestellt, wo die obere, durchgezogene Kurve 38 das von der Wirkleistung P1 abgeleitete theoretische Abtriebsmoment des Motors 6 als Funktion des Winkels &agr; darstellt und die untere, gestichelte Kurve das in dem Messstand der 5 gemessene Drehmoment.

Für jeden der Werte des Winkels &agr; kann man die Verluste des Reduziergetriebes ableiten, dargestellt durch den Pfeil 42 in der 7.

Die verschiedenen Leistungs- und Drehmomentmessungen für eine Vielzahl von Winkeln &agr; des Schwenkbereichs der Klappe und für verschiedene Einstellungen des Drehmomentbegrenzers ermöglichen, eine Transferfunktion Fa zwischen der Leistung P1 des Motors und dem Moment am Ausgang des Reduziergetriebes in Abhängigkeit von dem Winkel &agr; der Klappe zu bestimmen.

Es ist auch möglich, die Transferfunktion zwischen der Wirkleistung des Motors und dem Ausgangsmoment des Reduziergetriebes in Abhängigkeit von der Zeit zu erhalten, wobei der Schwenkwinkel &agr; der Klappe mit der Zeit t durch eine Relation verknüpft ist, die man aufgrund der Kennwerte des nichtlinearen Reduziergetriebes erstellt.

Am Ende der Anfangsphase des Verfahrens, speichert man die verschiedenen Daten ab, die man während der verschiedenen Operationen im Laufe der Schritte der Anfangsphase erfasst und berechnet hat.

Diese Daten können jederzeit während der gesamten Lebensdauer des Klappenventils für Kontrollen und Diagnosen benutzt werden, sogar noch nach einer sehr langen Zeit von zum Beispiel mehreren Jahren nach der Durchführung der Anfangsphase.

Die zweite Phase des Verfahrens wird direkt mit dem in den Betriebskreislauf eingebauten Klappenventil realisiert.

In der 6 ist die Ventilklappe 4 schematisch dargestellt. Sie ist mit dem Ausgang des Reduziergetriebes 8 verbunden, in Reihe mit dem Ausgang des mit dem Motor 6 gekuppelten Servomotor 7 angeordnet. Das Reduziergetriebe 8 ist mit einer Winkelmesseinrichtung 37 ausgerüstet, die mit einem Datenerfassungssystem 38 verbunden ist, mit dem auch elektrische Messsensoren der Phasen des Motors 6 verbunden sind, die sich direkt beim Motor 6 befinden können oder bei den Versorgungseinrichtungen des Motors 6.

Die Winkelmesseinrichtung 37 liefert dem Erfassungssystem den Winkel &agr;, der die Stellung der Klappe 4 während ihrer Schwenkbewegung angibt, und die Stromstärken und Spannungen in den drei Phasen des Drehstrommotors 6.

Das Erfassungssystem 38 erhält auch Signale von den Endschaltern des Klappenventils 1.

Das Erfassungssystem 38 ist mit dem PC 34 verbunden, der benutzt wird, um die beim Erfassungssystem eintreffenden Messergebnisse zu verarbeiten.

Man lässt das Klappenventil wenigstens einen kompletten Öffnungs- und Schließbetriebszyklus ausführen.

Während des Betriebszyklus des Ventils ermittelt man durch Strom- und Spannungsmessungen und durch Berechnung die Momentanleistung P1 des Motors 6, und man ermittelt während des Betriebszyklus des Klappenventils ebenfalls die Schaltzeitpunkte der Endschalter.

Eine erste Verifizierung besteht darin, das Höhe der Wirkleistung des Motors zum Zeitpunkt des Öffnens der Endschalter in der Schließstellung des Ventils zu kontrollieren. Diese Leistung P1 beim Öffnen der Endschalter muss immer niedriger sein als die entsprechende, beim Schließen des Ventils während der Versuche im Messstand in der Anfangsphase ermittelte Leistung, was eine korrekte Funktionsweise des Endschalters anzeigt, der vor der Auslösung des Drehmomentbegrenzers öffnet.

Zusätzlich zu diesen vorausgehenden Verifizierungen bestimmt man im Laufe eines ersten Schrittes des Kontrollverfahrens den Betriebsfähigkeitsbereich des Servomotors. Die Bestimmung und Verifizierung der Existenz dieses Bereichs ermöglicht, die Nichtauslösung des Drehmomentbegrenzers des Servomotors während des Öffnungs- und Schließbetriebs des Ventils zu gewährleisten.

Der Betriebsfähigkeitsbereich wird durch folgenden Ausdruck definiert:

mit:

CLdC: Wert des Abtriebsmoments des Servomotors bei Auslösung des Drehmomentbegrenzers,

Cmax: Maximalwert des Drehmoments, das der Servomotor während eines kompletten Betriebszyklus liefert.

Während der ersten Phase des Verfahrens wurden ein für allemal die Leistungs-Drehmoment-Transferfunktionen bestimmt und insbesondere die Transferfunktion F, die ermöglicht, aufgrund der Wirkleistung des Motors das Moment am Ausgang des Servomotors zu ermitteln.

Der Bereich M kann also folgendermaßen ausgedrückt werden:

Der Bereich M wird also aufgrund der im Laufe der zweiten Phase des Verfahrens durchgeführten Leistungsmessung bestimmt, indem die in der 6 dargestellten Einrichtungen benutzt werden.

Die Momentanmessung der Leistung P1 des Motors im Laufe des Zyklus ermöglicht, die maximale Leistung P1max zu bestimmen. Außerdem hat man das in der ersten Phase des Kontrollverfahrens abgespeicherte Auslösungsmoment CLdC = F(P1LdC) des Drehmomentgebers. Man kann also den Bereich M in jedem Punkt des Betriebszyklus des Klappenventils berechnen und insbesondere wenn die Leistung und das Moment maximal sind. Indem man sich der Existenz eines ausreichenden Bereichs in dem der maximalen Leistung entsprechenden Punkt versichert, das heißt für den maximalen Wert des Widerstandsmoments der Klappe, versichert man sich bezüglich der Nichtauslösung des Drehmomentbegrenzers über den gesamten Betriebszyklus des Klappenventils.

Dazu zeichnet man die theoretische obere Grenzkurve des Moments am Ausgang des Reduziergetriebes, das heißt die Kurve, die das Abtriebsmoment des Reduziergetriebes darstellt, wenn man den Wert des Auslösungsmoments des Drehmomentbegrenzers erreicht, in Abhängigkeit von dem für die Stellung der Ventilklappe charakteristischen Winkel &agr;.

In der Praxis, wenn man diesen Wert des Moments erreicht, bewirkt der Drehmomentbegrenzer das Anhalten des Servomotors. Die obere Grenzkurve des Moments am Ausgang des Reduziergetriebes stellt folglich theoretische Maximalwerte dar.

Man kann beweisen, dass das Moment am Ausgang des nichtlinearen Reduziergetriebes eine Funktion des Moments am Eingang des Reduziergetriebes ist, das heißt am Ausgang des Servomotors, was man in Abhängigkeit von der Stellung der Ventilklappe wiedergebenden Winkels &agr; und Kennwerte des nichtlinearen Reduziergetriebes 8 ausdrücken kann.

Das mechanische Moment am Ausgang des Servomotors ist proportional zu der Wirkleistung P1 des Motors, wobei der Proportionalitätsfaktor, der von dem Reduktionskoeffizienten zwischen dem Motor und dem Servomotor abhängt, in Abhängigkeit von den Resultaten berechnet werden kann, die man während der ersten Phase des Verfahrens erhält.

Man kann also leicht durch Berechnung aufgrund der Werte der Motorleistung das theoretischen Moments am Ausgang des Reduziergetriebes bestimmen.

In der 8 ist in einem Diagramm das Drehmoment als Funktion des Winkels &agr; dargestellt, der die Position der Klappe des Ventils definiert, wobei die Kurve 40 repräsentativ ist für das theoretische Maximalmoment, definiert durch Berechnung in Abhängigkeit von dem Winkel &agr;, und diese Moment dem Widerstandsmoment der Klappe entspricht, das die Auslösung des Drehmomentbegrenzers des Servomotors bewirkt.

In Form einer Kurve 41 sind die Veränderungen des realen Abtriebmoments dargestellt, das dem realen Widerstandsmoment entspricht, gemessen während eines Ventilklappenbereichszyklus.

Dieses Moment erhält man durch Anwendung der Transferfunktion F&agr;, die ermöglicht, von der gemessenen Wirkleistung P1 des Motors überzugehen zum Drehmoment am Ausgang des Reduziergetriebes.

Man sieht insbesondere, dass die Kurve 41 sich während eines Teils des Öffnungs- und Schließzyklus des Ventils verdoppelt in einen dem Öffnen entsprechenden Teil 41a und einen dem Schließen entsprechenden Teil 41b.

Das Abtriebsmoment des Reduziergetriebes, das abhängig ist von dem Moment am Ausgang des Servomotors, ist maximal, wenn das Moment am Ausgang des Servomotors selbst maximal ist.

Man kann also leicht von dem vorhergehend ermittelten Wert des maximalen Moments am Ausgang des Servomotors das maximale Moment am Ausgang des Reduziergetriebes ableiten.

Diesen maximalen Wert erhält man für einen Winkel &agr;m des Betriebszyklus des Ventils. Man bestimmt den Betriebsfähigkeitsbereich des nichtlinearen Reduziergetriebes für diesen Winkel &agr;m und man vergleicht den erhaltenen Wert mit einem Schwellenwert.

So kann man die Präsenz eines ausreichend großen Betriebsfähigkeitsbereichs während der gesamten Dauer des Öffnungs- und Schließzyklus des Ventils verifizieren, insbesondere dann, wenn der Wert des Abtriebsmoments des Reduziergetriebes, das heißt der Wert des Widerstandsmoments der Klappe, maximal ist.

Die Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die folgenden:

  • – die zweite Phase des Betriebsfähigkeitskontrollverfahrens erfolgt unter nominalen Betriebsbedingungen des Klappenventils, das in seinen Kreislauf eingebaut ist. Diese Phase erfordert keine spätere Demontage des Ventils, das folglich in seinem realen Benutzungszustand kontrolliert wird;
  • – die zweite Phase des Verfahrens, die ermöglicht, die Betriebsfähigkeitsbereiche des zu bestimmen, kann repetitiv ohne Ausbau des Ventils durchgeführt werden, indem man die Resultate der vorhergehend durchgeführten Kontrollen verwendet, insbesondere die Messstand-Resultate aus der ersten Phase des Verfahrens. Die zweite Phase kann sehr lange nach der ersten Phase durchgeführt werden, sogar mehrere Jahre nach der ersten Phase, wenn es zwischenzeitlich keine Demontage des Ventils gegeben hat;
  • – das Kontrollverfahren des Ventils kann während einer Teilabschaltung (arrêt de la tranche) des Kernkraftwerks angewendet werden, um die erste Phase oder Anfangsphase des Verfahrens und während der normalen Benutzung des Ventils in dem Kreislauf des Atomkraftwerks zu realisieren, und die zweite Phase des Verfahrens eventuell repetitiv in bestimmten Zeitintervallen:
  • – das erfindungsgemäße Kontrollverfahren kann mit jedem Servomotortyp durchgeführt werden;
  • – das Kontrollverfahren ist nicht teuer für den Benutzer des Ventils, da es nur eine einzige Demontage erfordert und die nach den Prüfungen in der Anfangsphase des Verfahrens durchgeführten Prüfungen leicht durch einfache elektrische Messungen realisiert werden können.

Die Erfindung ist nicht strikt auf die oben beschriebene Realisierungsart begrenzt.

So kann man die erste Phase des Verfahrens in jedem Messstand durchführen, der ermöglicht, ein Abtriebsmoment eines Motors oder eines Servomotors zu bestimmen.

Die Mess- und Rechenergebnisse können nicht nur als Funktion des die Stellung der Klappe definierenden Winkels &agr; dargestellt werden, sondern auch als Funktion der Zeit, wobei eine Relation zwischen dem die Stellung der Klappe definierenden Winkel &agr; und dem Zeitverlauf einer Ventilbetätigung erstellt werden kann. Entsprechend den Anforderungen der Kontrolle kann man die Drehmomentbestimmungen am Ausgang des Servomotors und am Ausgang des Reduziergetriebes oder auch am Ausgang des Servomotors oder am Ausgang des Reduziergetriebes sowie den Vergleich dieser Momente mit theoretischen Momenten, um die Betriebsfähigkeitsbereiche zu bestimmen, mit jeder beliebigen Recheneinrichtung realisieren.

Die Erfindung betrifft jeden Fall von Klappenventil oder -hahn, gesteuert durch einen Servomotor und ein Reduziergetriebe, unabhängig vom Typ des Drehmomentbegrenzer-Servomotors und vom Typ des Reduziergetriebes.

Die Erfindung betrifft nicht nur das Gebiet der Kernkraftwerke, sondern jede Industrieanlage, in welcher der einwandfreie Betrieb von Ventilen überprüft werden muss, insbesondere von Ventilen, die schlecht zugänglich sind.


Anspruch[de]
  1. Kontrollverfahren des Betriebsfähigkeitsbereichs eines Klappenventils (1) mit einer drehbar um eine Achse (5) in ein Ventilgehäuse (3) montierten Klappe (4) und Steuerungseinrichtungen (6, 7, 8) für das Verstellen der Klappe (4) zwischen einer geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position des Ventils, einen Elektromotor (6), einen Servomotor (7) und ein Reduziergetriebe (8) umfassend, in Reihe angeordnet, um die Rotationsverstellung der Klappe (4) zu tätigen, wobei der Servomotor (7) einen regelbaren bzw. einstellbaren Drehmomentbegrenzer (18) umfasst, um den Motor (6) bei einem festgelegten, Dremomentbegrenzer-Auslösungsmoment genannten Ausgangsmoment des Servomotors (7) zu stoppen, wobei das Kontrollverfahren den Zweck hat, zu verifizieren, dass der Bereich zwischen einem Antriebsmoment der Klappe (4) und einem Auslösungsmoment des Drehmomentbegrenzers (18) für jede Position der Klappe (4) oder zu jedem Zeitpunkt des Betriebs des Ventils wenigstens gleich einem vorher festgelegten Schwellenwert ist,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    – man in einer ersten Anfangsphase die Klappe (4) von den Verstellungssteuerungseinrichtungen (6, 7, 8) trennt und man in einem Messstand wenigstens ein Moment, das Auslösungsmoment (CLdC) des Servomotors (7) und/oder das Ausgangsmoment des Reduziergetriebes (8) bei der Auslösung des Servomotors, in einer Vielzahl von Winkelverstellungspositionen der Klappe (4) misst, wobei die Steuerungseinrichtungen (6, 7, 8) durch den Elektromotor (6) angetrieben werden, und simultan die aktive Leistung des Motors (6) für eine Vielzahl von Stell- bzw. Regelwerten des Drehmomentbegrenzers (18) misst und man davon Transferfunktionen ableitet, um von der aktiven Leistung des Motors zu dem Antriebsmoment der Klappe (4) durch den Servomotor (7) und/oder das Reduziergetriebe (8) überzugehen,

    – man in einer zweiten Phase die Klappe (4) des Ventils (1) zwischen ihren geschlossenen und geöffneten Positionen verstellt, mit Hilfe der Steuerungseinrichtungen (6, 7, 8), angetrieben durch den Elektromotor (6), wobei sich das Ventil in einem normalen Betriebszustand befindet und der Drehmomentbegrenzer festgelegten Regelungsbedingungen unterliegt, man die aktive Leistung des Motors (6) misst und berechnet und daraus durch Berechnung – aufgrund der Transferfunktionen – Werte wenigstens eines Moments, des Ausgangsmoments des Servomotors und/oder des Ausgangsmoments des Reduziergetriebes, im Laufe der Verstellung der Klappe (4) ableitet, und

    – man die durch die Messung und die Berechnung erhaltenen Werte des Moments mit in der ersten Phase erhaltenen Werten vergleicht, die wenigstens einem Moment, dem Auslösungsmoment des Servomotors (7) und/oder dem Ausgangsmoment des Reduziergetriebes (8), bei der Auslösung des Servomotors (7) entsprechen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (6) ein Drehstrommotor ist und man die aktive Leistung des Motors (6) aufgrund der Stromstärken (i1, i2, i3) und der Spannungen (u1, u2, u3) auf den drei Phasen des Motors bestimmt, die während des Betriebs des Motors gemessen werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man zudem das Schließen und Öffnen des Ventils aufgrund von Signalen bestimmt, die von dem Klappenventil (1) zugeordneten Endbegrenzungsdetektoren stammen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man in der ersten Phase des Verfahrens eine Transferfunktion (F) bestimmt, die ermöglicht, von der aktiven Leistung (P1) des Elektromotors (6) zu dem Ausgangsmoment des Servomotors (7) überzugehen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man in der ersten Phase des Verfahrens eine Transferfunktion (F&agr;) bestimmt, die ermöglicht, von der aktiven Leistung (P1) des Elektromotors (6) zu dem Ausgangsmoment des Reduziergetriebes überzugehen, das für eine Vielzahl von Positionen der Klappe (4) des Ventils (1) zwischen ihrer geschlossenen Position und ihrer geöffneten Position gleich dem Widerstandsmoment der Klappe (4) des Ventils (1) ist, wobei jede Position aus der Vielzahl von Positionen definiert wird durch einen für die Position der Klappe (4) des Ventils repräsentativen Winkel &agr; oder durch eine bestimmte Zeit während der Verstellung der Klappe (4) des Ventils (1).
  6. Kontrollverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Servomotor (7) eine Schnecke (14) umfasst, angetrieben durch den Elektromotor (6) mittels Zahnrändern (11, 12) und einer Antriebswelle (13), und die Schnecke an ihrem der Antriebswelle (13) entgegengesetzten Ende durch einen Stapel von Tellerfederscheiben (15) abgestützt wird und dabei ein Schneckenrad (20) in die Schnecke (14) eingreifen und eine Ausgangswelle (9) des Servomotors in Drehung versetzen kann, wenn der Tellerfederscheibenstapel (15) sich nicht in einem komprimierten Zustand befindet, und der Drehmomentbegrenzer (18) einen Betätigungsfinger (17) umfasst, der mit einem Teil (16) der Schnecke (14) kooperiert, um für einen Kompressionszustand des Tellerfederscheibenstapels (15) und ein Antriebsmoment der Schnecke (14), eingestellt durch einen Stellzeiger, einen Versorgungsunterbrechungsschalter des Elektromotors (6) auszulösen, dadurch gekennzeichnet, dass man in einem ersten Schritt der ersten Phase verifiziert, dass es eine lineare Relation zwischen der Position des Stellzeigers des Drehmomentbegrenzers (18) und des Ausgangsmoments des Servomotors (7) bei der Auslösung des Drehmomentbegrenzers (18) gibt, indem man in dem Messstand das Ausgangsmoment des Servomotors (7) für verschiedene Positionen des Stellzeigers des Drehmomentbegrenzers (18) misst, mit Hilfe einer Bremse (32), gekuppelt mit der Ausgangswelle (9) des Servomotors (7).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man in dem ersten Schritt der ersten Phase des Verfahrens zudem den Proportionalitätskoeffizienten (k) zwischen der Ausgangsgeschwindigkeit des Motors (6) und der Ausgangsgeschwindigkeit des Servomotors (7) bestimmt, indem man in dem Messstand das Ausgangsmoment des Servomotors (7) und simultan die aktive Leistung (P1) des Motors (6) durch Messung der Ströme und Spannungen in den Phasen des Motors (6) misst.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass man in einem zweiten Schritt der ersten Phase in dem Messstand das Ausgangsmoment des mit dem durch den Elektromotor (6) angetriebenen Servomotor (7) gekuppelten Reduziergetriebes misst, indem man eine Bremse (32) des Messstands mit der Ausgangswelle des Reduziergetriebes kuppelt, dann misst und die aktive Leistung des Motors (6) berechnet, für eine Vielzahl von Winkelpositionen des Reduziergetriebes (8) zur Verstellung der Klappe (4) des Ventils (1), und man die durch das Reduziergetriebe (8) verursachten Verluste bestimmt aufgrund einer Kurve, die den theoretischen Wert des Ausgangsmoments des Reduziergetriebes liefert, erhalten aus der aktiven Leistung (P1) des Motors (6) in Abhängigkeit von der Stellung der Klappe (4) des Ventils (1) und einer Kurve, die repräsentativ ist für den realen Wert des durch den Messstand an der Ausgangswelle des Reduziergetriebes gemessenen Moments.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduziergetriebe (8) ein nichtlineares Schnecken- bzw. Schraubengetriebe ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man den Betriebsfähigkeitsbereich des Servomotors (7) des Klappenventils (1) bestimmt, indem man bei dem Klappenventil unter realen Betriebsbedingungen des Ventils die aktive Leistung (P1) des Elektromotors (6) durch Messung der Stromstärke und der Spannung in den Phasen des Motors und durch Berechnung bestimmt, man das maximale Ausgangsmoment (Cmax) des Servomotors während eines dem Maximalwert (P1max) der aktiven Leistung des Motors (6) entsprechenden Betriebszyklus des Klappenventils (1) bestimmt, mittels einer in der ersten Phase des Verfahrens bestimmten Transferfunktion (F), und man den Bereich
    berechnet aufgrund des während der ersten Phase des Verfahrens bestimmten Auslösungsmoments (CLdC) des Servomotors und des durch die Messung und die Berechnung der aktiven Leistung des Motors (6) bestimmten Maximalmoments (Cmax).
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man in einem zweiten Schritt der zweiten Phase des Verfahrens während eines Betriebszyklus des Klappenventils (1) die aktive Leistung (P1) des Elektromotors (6) misst und berechnet, man das Ausgangsmoment des Reduziergetriebes aufgrund der aktiven Leistung (P1) des Elektromotors (6) und insbesondere das maximale Moment (Cm) am Ausgang des Reduziergetriebes (8), das dem vorhergehend bestimmten maximalen Moment (Cmax) am Ausgang des Servomotors entspricht, berechnet und man daraus den Betriebsbereitschaftsbereich für die Position (&agr;m) einer Klappe (4) des Ventils (1) ableitet, der am Ausgang des Reduziergetriebes das maximale Moment (Cmax) liefert, indem man den Abstand des Moments (Cm) am Ausgang des Reduziergetriebes in Bezug auf eine Kurve (40) misst, die das Ausgangsmoment des Reduziergetriebes (8) liefert, das dem Auslösungsmoment (CLdC) des Servomotors entspricht.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






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