CH634135A5

CH634135A5 - Safety device for closing a shut-off element arranged in a pipe carrying a fluid

Info

Publication number: CH634135A5
Application number: CH474578A
Authority: CH
Inventors: Horst Mall
Original assignee: Karlsruhe Augsburg Iweka
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1978-05-02
Publication date: 1983-01-14
Also published as: IT1095904B; DK148215B; DK231878A; SE438366B; SE7805878L; DE2723791A1; ATA315478A; FR2392301B1; FI781370A; DE2723791C2; GB1603360A; FI70629C; IT7823703A0; FI70629B; FR2392301A1; NL7805518A; AT381155B

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung zum Schliessen eines in einer ein Fluid führenden Rohrleitung angeordneten Absperrorgans mittels des Fluiddrucks vor diesem zwecks Schutz von Wärmeerzeugungs- bzw. Verbrauchsanlagen vor unzulässig hohen Temperaturen mit einem Temperaturfühler, mit einem den Schliessfluiddruck freigebenden Steuerventil. The invention relates to a safety device for closing a shut-off element arranged in a fluid-conducting pipeline by means of the fluid pressure from the latter for the purpose of protecting heat generation and consumption systems against impermissibly high temperatures with a temperature sensor, with a control valve releasing the closing fluid pressure.

Selbsttätige Sicherheitseinrichtungen der genannten Art sind hinreichend bekannt. Automatic safety devices of the type mentioned are well known.

Bekannte Sicherheitseinrichtungen arbeiten mit Federkraftspeichern. Diese sind üblicherweise, etwa im normalen Betriebsfall vorgespannt, beim Erreichen der eingestellten Grenztemperaturen werden die Federkraftspeicher ausgelöst und betätigen das angeschlossene Absperrorgan, i.a. also ein Ventil. Known safety devices work with spring energy stores. These are usually preloaded, for example in normal operating cases, when the set limit temperatures are reached, the spring force accumulators are triggered and actuate the connected shut-off device, generally. so a valve.

Federkraftspeicher der genannten Art werden mittels Rasten, Klinken, Sperren, Kniehebeln od. dgl. oder aber auch mittels hydraulischem Druck der Fühlerflüssigkeit in ihrer vorgespannten Lage festgehalten. Das Auslösen der Kraftspeicher äerfolgt dabei in der Regel durch Entkoppeln der Arretierungen, was beispielsweise wiederum durch den Arbeitskörper des Thermostatfühlers ausgelöst wird. Es liegt nahe, dass insbesondere bei grossen Nennweiten der Ventile und/oder ebensolchen Ventildruckdifferenzen die Federn äusserst kräftiger Auslegung lobedürfen, um die Ventile schliessen zu können. Wenn die Federspannung im Laufe der Zeit nachlässt oder aber die Feder gar bricht, besteht keinerlei Sicherheit mehr für die zu überwachende Anlage, da das Ventil beim Erreichen der eingestellten Temperatur nicht mehr zu schliessen vermag. Spring energy stores of the type mentioned are held in their pretensioned position by means of notches, pawls, locks, toggle levers or the like or else by means of hydraulic pressure of the sensor fluid. The energy storage devices are usually triggered by decoupling the catches, which in turn is triggered, for example, by the working body of the thermostat sensor. It is obvious that, especially with large nominal diameters of the valves and / or such valve pressure differences, the springs must be given an extremely powerful design in order to be able to close the valves. If the spring tension diminishes over time or the spring breaks, there is no longer any safety for the system to be monitored, since the valve can no longer close when the set temperature is reached.

15 Auch wegen des Auftretens relativ grosser Reibungskräfte an der Arretierung der gewählten Federkraftspeicher steigt häufig die Grenztemperatur weit über das zulässige Mass an, bevor das Ausrasten des Kraftspeichers überhaupt wirksam wird. Naheliegenderweise ist auch in einem solchen Falle der zu diesem 20Zweck vorgesehene Schutz der Anlage unwirksam. Allen diesen Anordnungen ist eine unbefriedigende Auslösegenauigkeit gemeinsam, welche durch mechanische Verriegelung und der damit einhergehenden Reibung, insbesondere unter Berücksichtigung der auftretenden hohen Kräfte, zwangsläufig bedingt 25 ist. Darüber hinaus sind die Kräfte der Federspeicher durch die bauliche Ausgestaltungsweise begrenzt, so dass die zu sichernden Anlagen, insbesondere bei grösseren Ventilnennweiten und hohen Druckdifferenzen, nicht mehr ausreichend oder gar nicht absicherbar sind. 15 Also because of the occurrence of relatively large frictional forces on the locking mechanism of the selected spring force accumulator, the limit temperature often rises far above the permissible level before the force accumulator disengages at all. Obviously, the protection of the system provided for this purpose is also ineffective in such a case. All these arrangements have an unsatisfactory triggering accuracy in common, which is inevitably caused by mechanical locking and the associated friction, in particular taking into account the high forces that occur. In addition, the forces of the spring accumulators are limited by the structural design, so that the systems to be secured, in particular with larger valve nominal widths and high pressure differences, can no longer be adequately or not safeguarded at all.

30 Betrachtet man einerseits die relativ engen Grenzen, welche den bekannten Sicherheitseinrichtungen in baulich-konzeptioneller Hinsicht eigen sind, steht andererseits der zu ihrer Realisierung erforderliche Bau- und Kostenaufwand in einer deutlichen Disproportion, ganz abgesehen davon, dass das Entriegeln 35 der ausgerasteten Sicherheitseinrichtung mit Rücksicht auf die erforderlich starken Federkräfte der Kraftspeicher ohnehin überaus problematisch ist. 30 On the one hand, if one considers the relatively narrow limits that are known to the known safety devices in terms of construction and design, on the other hand, the construction and cost required for their implementation are clearly disproportionate, quite apart from the fact that the unlocking 35 of the disengaged safety device is considerate to the required strong spring forces of the energy accumulator is extremely problematic.

Angesichts der den bekannten Sicherheitseinrichtungen anhaftenden Mängel und Nachteile hat sich die vorliegende Erfin-40 dung die Aufgabe gestellt, eine einfache und zugleich höchst betriebssichere selbsttätige Sicherheitseinrichtung für Absperrorgane in einer Rohrleitung zu schaffen. Im besonderen ist es Ziel bzw. Aufgabe der vorliegenden Erfindung, sowohl die Eigensicherheit gegen Federbruch zu erhöhen, gleichbleibende 45 Funktionsgüte über lange Zeit hinweg zu gewährleisten als auch schliesslich uneingeschränkte Verwendungsmöglichkeiten im Rahmen vorgegebener Betriebsbedingungen hinsichtlich Nennweiten und Drücken zu eröffnen. In view of the shortcomings and disadvantages inherent in the known safety devices, the present invention has set itself the task of creating a simple and at the same time highly reliable automatic safety device for shut-off devices in a pipeline. In particular, it is the aim or object of the present invention to both increase the intrinsic safety against spring breakage, to guarantee constant functional quality over a long period of time and finally to open up unrestricted possible uses within the scope of predetermined operating conditions with regard to nominal diameters and pressures.

Eine nach den genannten Kriterien ausgebildete selbsttätige 50 Sicherheitseinrichtung ist bei entsprechender Ausgestaltungsweise in der Lage, grosse Ventilschliesskräfte, die in jedem Falle für das sichere Schliessen eines Ventils ausreichen, sowie auch entsprechend grosse Ventilhübe aufzubringen. Hierdurch ist gewährleistet, dass z.B. beim Versagen bzw. beim Bruch einer 55 Sicherheitsfeder der Steuerleitungen oder aber auch bei Undichtigkeiten der integrierten Kleinstventile die Sicherheitseinrichtung das Absperrorgan schliesst und in dieser Stellung auch geschlossen hält. An automatic safety device designed according to the above-mentioned criteria, with a corresponding design, is capable of applying large valve closing forces, which are sufficient in any case for the safe closing of a valve, as well as correspondingly large valve lifts. This ensures that e.g. in the event of failure or breakage of a 55 safety spring in the control lines or even in the event of leaks in the integrated small valves, the safety device closes the shut-off element and also keeps it closed in this position.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass 60 eine von der Rohrleitung gezweigte Schliessfluid-Zweigleitung zur einen Seite des Steuerventils führbar ist und von dessen anderer Seite aus zum Absperrorgan führbar ist und dass das Steuerventil unter Einwirkung eines Steuerfluids entgegen der Kraft einer Feder des Steuerventils öffnet. 65 In entsprechender Ausgestaltung dieses die vorgeschlagene Erfindung tragenden Gedanken enthält das Steuerorgan ein der üblichen Sicherheitsfunktion Rechnung tragendes, an sich bekanntes Öffnungsventil, ein bei Kapillarrohrbruch bzw. Lecka This object is achieved according to the invention in that a closing fluid branch line branched from the pipeline can be guided to one side of the control valve and from the other side to the shut-off element and that the control valve opens under the action of a control fluid against the force of a spring of the control valve . 65 In a corresponding embodiment of this idea, which bears the proposed invention, the control element contains an opening valve which is known per se and which takes into account the usual safety function, one in the event of a capillary tube break or leakage

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gen tätig werdendes, an sich bekanntes Schliessventil sowie einen Sollwertsteller, durch welchen der Arbeitspunkt - beginnender Druckanstieg im hydraulischen System - definiert ist. Acting, well-known closing valve and a setpoint adjuster, through which the operating point - beginning pressure increase in the hydraulic system - is defined.

Gemäss einer bevorzugten Ausbildung ist vorgesehen, dass ein Sollwerteinsteller im Zweig des Steuerfluids vorgesehen ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Sicherheitsventil parallel zum Steuerventil in der Schliess-fluidleitung angeordnet ist, welches bei normalen Druckbereichen des Steuerfluids geschlossen ist und unter der Wirkung einer Feder bei Druckabfall öffnet. According to a preferred embodiment, it is provided that a setpoint adjuster is provided in the control fluid branch. An advantageous further development is characterized in that a safety valve is arranged in the closing fluid line parallel to the control valve, which is closed at normal pressure ranges of the control fluid and opens under the action of a spring when the pressure drops.

Gemäss einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass ein Gehäuse mehrere Kammern enthält, dass eine Kammer mittels Membranen gegenüber den anderen druck- und flüssigkeitsdicht abgeschotteten Kammern der Aufnahme des Steuerfluids dient, dass in der zweiten Kammer des Gehäuses der Sollwerteinsteller aufgenommen ist und dass die dritte, gegebenenfalls weiter unterteilte Kammer zur Aufnahme des Steuerventils oder von Steuerventilen vorgesehen ist die als Öffnungs- bzw. Schliessventil ausgebildet sind. According to a development of the inventive concept, it is provided that one housing contains a plurality of chambers, that one chamber by means of membranes is used to hold the control fluid relative to the other pressure and liquid-tight compartments, that the setpoint adjuster is accommodated in the second chamber of the housing and that the third , if necessary, further subdivided chamber for receiving the control valve or control valves is provided which are designed as an opening or closing valve.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Sollwerteinsteller im wesentlichen aus einem Hohlkörper, einer Schraubenfeder sowie aus einer Gewindespindel besteht. In a further advantageous embodiment, it is provided that the setpoint adjuster essentially consists of a hollow body, a helical spring and a threaded spindle.

Mit der vorgeschlagenen Erfindung geht eine Reihe von Vorteilen einher: The proposed invention has a number of advantages:

Durch das Steuerfluid beaufschlagte Steuerventil sowie die Verbindungsmöglichkeit mit Anschlussleitungen zur Hauptrohrleitung gemäss dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 ergibt sich ein einfacher Aufbau, da nur eine geringe Anzahl von praktisch verschleissfreien Teilen erforderlich ist. Durch die erfindungsgemäss vorgesehene Freigabe des gesamten Hauptleitungsdruckes als Schliessdruck des Absperrorgans mittels des Steuerventils ergibt sich die hohe Effektivität der erfindungsge-mässen Einrichtung. The control valve acted upon by the control fluid and the possibility of connecting connecting lines to the main pipeline results in a simple construction, since only a small number of practically wear-free parts is required. The high effectiveness of the device according to the invention results from the release according to the invention of the entire main line pressure as the closing pressure of the shut-off element by means of the control valve.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Figur zeigt dabei einen Vertikalschnitt durch die mit einem Absperrorgan verbundene Sicherheitseinrichtung. In the drawing, the invention is illustrated using an exemplary embodiment. The figure shows a vertical section through the safety device connected to a shut-off device.

Das Absperrorgan 1, welches seinem Typ nach ein Regel-und/oder Absperrventil sein kann, ist baulich mit einem Membrangehäuse 2 verbunden. Absperrorgan 1 und Membrangehäuse 2 stehen über Steuerleitungen 3,3a mit der erfindungsge-mässen Sicherheitseinrichtung 4 in Wirkverbindung. Die Sicherheitseinrichtung 4 weist ein druckfestes und allseitig geschlossenes Gehäuse 5 auf. Das Innere des Gehäuses 5 ist in mehrere Kammern 5a, 5b, 5c unterteilt. Die mittels der Membranen 6, 6a, 6b druck- und flüssigkeitsdicht abgeschottete Kammer 5a ist mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt.Diese Flüssigkeit wiederum steht über eine Kapillare 7a mit einem Temperaturfühler 7 in Wirkverbindung. The shut-off device 1, which can be of the type of a control and / or shut-off valve, is structurally connected to a membrane housing 2. Shut-off device 1 and diaphragm housing 2 are operatively connected to the safety device 4 according to the invention via control lines 3,3a. The safety device 4 has a pressure-resistant housing 5 which is closed on all sides. The interior of the housing 5 is divided into several chambers 5a, 5b, 5c. The chamber 5a, which is sealed off in a pressure-tight and liquid-tight manner by means of the membranes 6, 6a, 6b, is filled with an expansion liquid, which in turn is operatively connected to a temperature sensor 7 via a capillary 7a.

Die Kammer 5b dient der Aufnahme eines Sollwertgebers. Der topfartig ausgebildete Hohlkörper 8 ist mit seiner unteren Hälfte 8a konzentrisch in dem dazu korrespondierend ausgebildeten Teil der Membran 6b angeordnet und geführt. Die koaxial oberhalb des topfartigen Hohlkörpers 8 angeordnete Schraubenfeder 9 stützt sich unter Vorspannung einerseits auf dem Hohlkörper 8 selbst ab und andererseits im Innern des The chamber 5b serves to receive a setpoint device. The lower half 8a of the hollow body 8, which is of pot-shaped design, is arranged and guided concentrically in the part of the membrane 6b correspondingly designed for this purpose. The coaxial spring 9 arranged coaxially above the pot-like hollow body 8 is preloaded on the one hand on the hollow body 8 itself and on the other hand inside the

Gehäuses 5. Die zentrisch in der Schraubenfeder 9 angeordnete Gewindespindel 10 begrenzt den bei sich ausdehnender Fühlerflüssigkeit einsetzenden Hub «a» des Hohlkörpers 8 derart, dass die der Einstellhandhabe 10a abgekehrte Seite der Gewindesspindel 10 mit ihrer Stirnfläche 10b am Boden 8b des topfarti-gen Hohlkörpers 8 anschlägt. Housing 5. The threaded spindle 10, which is arranged centrally in the helical spring 9, limits the stroke “a” of the hollow body 8 that begins when the sensor fluid expands in such a way that the side of the threaded spindle 10 facing away from the adjusting handle 10a with its end face 10b on the bottom 8b of the pot-like hollow body 8 strikes.

In der Kammer 5c sind zwei federbelastete Steuerventile 11, 14 mit paralleler, jedoch gegensinniger Funktion angeordnet. Die Ventile 11,14 stehen dabei in direkter Wirkverbindung mit loden Steuerflächen 12,13 der zugehörigen Membranen 6, 6a. Die Steuerfläche 12 des als Öffnungsventil wirkenden Steuerventils 11 ist wesentlich kleiner ausgebildet als die Steuerfläche In the chamber 5c, two spring-loaded control valves 11, 14 are arranged with a parallel, but opposite function. The valves 11, 14 are in direct operative connection with loden control surfaces 12, 13 of the associated membranes 6, 6a. The control surface 12 of the control valve 11 acting as an opening valve is made substantially smaller than the control surface

13 des als Schliessventil wirkenden Stuerventils 14, um genügend Schliesskraft für dieses Ventil bereitzustellen. 13 of the control valve 14 acting as a closing valve in order to provide sufficient closing force for this valve.

15 Im normalen Betriebsfall liegt der Boden 8b des Hohlkörpers 8 an dem durch die Stirnfläche 10b gebildeten Ende der Gewindespindel 10 nicht an. Infolge der vorgespannten Feder 9 wird in der Kammer 5a ein hydraulischer Mindestdruck vorgehalten, welcher mittels der Steuerfläche 13 das Steuerventil 14 20 stets geschlossen hält. Der Druck reicht aber nicht aus, das als Öffnungsventil ausgelegte Steuerventil 11 mittels der Steuerfläche 12 entgegen der Schliessfeder 15 zu öffnen. 15 In normal operation, the bottom 8b of the hollow body 8 does not abut the end of the threaded spindle 10 formed by the end face 10b. As a result of the preloaded spring 9, a minimum hydraulic pressure is maintained in the chamber 5a, which keeps the control valve 14 20 closed by means of the control surface 13. However, the pressure is not sufficient to open the control valve 11 designed as an opening valve by means of the control surface 12 against the closing spring 15.

Liegt jedoch der Boden 8b des topfartigen Hohlkörpers 8 an der Stirnfläche 10b der Gewindespindel 10 an und erhöht sich 25 die Temperatur am Fühler 7 um einen geringen Betrag, etwa um However, if the bottom 8b of the pot-like hollow body 8 bears against the end face 10b of the threaded spindle 10 and the temperature at the sensor 7 increases by a small amount, for example by

1 °C, so erfolgt durch die Volumenzunahme der Ausdehnungsflüssigkeit ein steiler Druckanstieg innerhalb des Hydrauliksystems. Hierbei öffnet das Steuerventil 11, um in diesem Zustand Steuerdruck vom Hauptweg des Absperrorgans 1 über die Steu- 1 ° C, the increase in volume of the expansion fluid leads to a steep increase in pressure within the hydraulic system. The control valve 11 opens in this state in order to control pressure from the main path of the shut-off device 1 via the control

30 erleitungen 3 a, 3 zur Unterseite des Gehäuses 2 des Absperrorgans 1 abzugeben. Das Absperrorgan 1 wird also mit der Kraft von Membranfläche 17 mal Steuerdruck ( = Vordruck) geschlossen und auch geschlossen halten, weil der Steuerdruck aus dem beaufschlagten Gehäuse 2 nicht mehr entweichen kann. 35 Auf diese Weise ist das Absperrorgan hydraulisch verriegelt. Eine Entriegelung ist nur dann möglich, wenn der Steuerdruck bei abgefallener Fühlertemperatur manuell mittels des Entlüftungsventils 18 abgelassen wird, was im übrigen einer Forderung nach DIN 3440 entspricht. 30 deliver 3 a, 3 to the bottom of the housing 2 of the shut-off device 1. The shut-off device 1 is therefore closed 17 times with the force of the membrane surface control pressure (= admission pressure) and also keep closed because the control pressure can no longer escape from the pressurized housing 2. 35 In this way, the shut-off device is hydraulically locked. Unlocking is only possible if the control pressure is released manually by means of the vent valve 18 when the sensor temperature has dropped, which otherwise corresponds to a requirement according to DIN 3440.

40 Das Steuerventil 14 wird in den genannten Betriebsfällen fest geschlossen gehalten. Es tritt dann in Funktion, wenn durch Leckage bzw. Bruch von Steuerleitungen oder Kapillaren der hydraulische Druck in der Kammer 5a abfällt. Die Öffnungsfeder 16 legt dabei die Druckhöhe zum Öffnen des Steuerventils 45 14 fest. Beim Eintreten dieses Zustandes wird wiederum Steuerdruck vom Absperrorgan 1 über den Kegel des Steuerventils 40 The control valve 14 is kept firmly closed in the above-mentioned operating cases. It comes into operation when the hydraulic pressure in the chamber 5a drops due to leakage or breakage of control lines or capillaries. The opening spring 16 sets the pressure level for opening the control valve 45 14. When this state occurs, control pressure from the shut-off device 1 is in turn via the cone of the control valve

14 zum Gehäuse 2 abgegeben, wodurch der Antrieb das Absperrorgan 1 ebenfalls schliesst und hydraulisch verriegelt. 14 delivered to the housing 2, whereby the drive also closes the shut-off element 1 and locks it hydraulically.

Bei etwaigem Bruch der Feder 15 öffnet das zugehörige 50 Steuerventil 11 sofort, so dass das Absperrorgan 1, wie beschrieben, ebenfalls sofort schliesst. Bricht indessen die Feder 9 im Sollwerteinsteller, fällt der Systemdruck der Ausdehnungsflüssigkeit in der Kammer 5a zusammen und das Schliessventil 14 öffnet seinen Ventilkegel, wobei in diesem Zustand ebenfalls 55 Steuerdruck zum Schliessen des Absperrorgans 1 zum Gehäuse If the spring 15 breaks, the associated 50 control valve 11 opens immediately, so that the shut-off element 1, as described, also closes immediately. If, however, the spring 9 breaks in the setpoint adjuster, the system pressure of the expansion liquid in the chamber 5a collapses and the closing valve 14 opens its valve cone, in this state also 55 control pressure for closing the shut-off element 1 to the housing

2 abgegeben wird. 2 is delivered.

C C.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1.Safety device for closing a shut-off element arranged in a pipeline carrying a fluid by means of the fluid pressure from the latter for the purpose of protecting heat generation or consumption systems against impermissibly high temperatures, with a temperature sensor, with a control valve releasing the closing fluid pressure, characterized in that a closing fluid branch line (3,3a) branched off from the pipeline can be guided to one side of the control valve (11) and from the other side to the shut-off device (1,2,17) and that the control valve (11) under action a control fluid against the force of a spring (15) of the control valve (11) opens.

2. Safety device according to claim 1, characterized in that a setpoint adjuster is provided in the branch of the control fluid.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Safety device according to claim 1 or 2, characterized in that a second control valve is arranged as a safety valve (14) parallel to the control valve (11) in the closing fluid branch line (3, 3a), which is closed at normal pressure ranges of the control fluid and below the action of a spring (16) opens when the pressure drops.

4. Safety device according to claim 3, characterized in that the control surface of the control valve (11) is made substantially smaller than the control surface of the safety valve (14).

5. Safety device according to one of the preceding claims, characterized by an arrangement in a housing (5) which is separate from the shut-off element (1, 2) and which can be connected to it via closing fluid branch lines (3, 3a).

6. Safety device according to claim 2, characterized in that a housing (5) contains a plurality of chambers (5a, 5b, 5c), that one chamber (5a) by means of membranes (6a, 6, 6b) sealed off from the other in a pressure-tight and liquid-tight manner Chambers (5b, 5c) for receiving the control fluid serve that the setpoint adjuster (8,9,10) is received in the second chamber (5b) of the housing (5) and that the third, optionally further subdivided chamber (5c) for receiving of the control valve or of control valves is provided which are designed as opening and closing valves (11, 14).

7. Safety device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the setpoint adjuster consists essentially of a hollow body (8), a helical spring (9) and a threaded spindle (10).

8. Safety device according to claim 7, characterized in that the threaded spindle (10) arranged centrally in the helical spring (9) limits the stroke of the hollow body (8) which begins when the control fluid expands in temperature such that the adjusting handle (10a) faces away from the threaded spindle (10) strikes with its end face (10b) on the inside of the base (8b) of the pot-like hollow body (8).