DE10296961T5

DE10296961T5 - Sicherheitsventil

Info

Publication number: DE10296961T5
Application number: DE10296961T
Authority: DE
Inventors: Björn Lind
Original assignee: Lind Finance & Development Goeteburg/goeteborg AB; Lind Finance and Development AB
Current assignee: Fischer AG Praezisionsspindeln Herzogenbuchse Ch
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-08-05
Also published as: SE0102165D0; WO2002103232A1; US6857440B2; SE0102165L; SE522034C2; US20040112430A1

Abstract

Verfahren für ein Sicherheitsventil in Form eines Ventilkörpers (6), welcher in einem Hohlraum (2) verschiebbar ist, mit einem Einlass (3), wobei auf jeder Seite Auslässe (4) angeordnet sind, wodurch Flüssigkeits- und/oder Gasfluss vom Einlass über einen Fließpfad stattfindet, der durch den Ventilkörper (6) zu den Auslässen läuft, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des Ventilkörpers der Flusspfad mit einer Fläche mit einer derartigen Struktur in bezug auf den Flüssigkeits- und/oder Gasfluss versehen ist, dass der Ventilkörper (6) durch die Reibungskraft vom Flüssigkeits- und/oder Gasfluss, der auf diesen wirkt, primär in Richtung auf einen Auslass (4) versetzt wird, bevor die Kraft aufgrund eines Druckabfalls über den Einlass und den Auslass sekundär bewirkt wird, den Auslass während eines Bruchs in einer Leitung, die damit verbunden ist, abzudichten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für ein Sicherheitsventil und auf ein Sicherheitsventil der Art, das im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.
Sicherheitsventile dieser Art weisen einen Hohlraum mit einer zylindrischen Form auf, in welchem ein Kolben sich axial bewegt. Das Sicherheitsventil ist mit einem Einlass zum Hohlraum sowie mit einem Auslass aus dem Hohlraum versehen, welcher auf jeder Seite des Einlasses vorgesehen ist. In Abhängigkeit von der Position des Kolbens im Hohlraum dichtet der Kolben einen oder den anderen der Auslässe ab, oder erlaubt, dass beide offen sind. Ein Sicherheitsventil dieser Art erlaubt somit einen Fluss durch zwei separate Leitungen, welche mit den Auslässen über den Abstand verbunden sind, wo das Risiko eines Bruchs in der Röhre in Betracht gezogen wird, um eine besondere Sicherheit zu bewirken. Wenn ein Bruch in einer Leitung in einer der separaten Leitungen auftritt, wird das unter Druck stehende Medium, Flüssigkeit und/oder Gas trotzdem über die zweite Leitung in jeder signifikanten Hinsicht in bezug auf den Fluss und Druck beibehalten. Wenn der Druck am Auslass der beschädigten Leitung in bezug auf den Druck abfällt, der am Auslass der zweiten Leitung herrscht, wird der Kolben in Richtung auf den Auslass mit einem niedrigeren Druck versetzt und dieser Auslass abgedichtet.
Der Nachteil dieser Röhrenbruchventile ist jedoch so, dass deren Funktion auf der Basis der Differenz des Drucks, von dem erwartet wird, dass dieser auftritt, basiert, wenn ein Leitungsbruch auftritt, jedoch nicht auf die Massenkräfte, die als Ergebnis eines gesteigerten Flusses gesehen werden, welche auf den Ventilkörper in einer Richtung gegen die "verbleibende Leitung" wirken. Diese Massenkräfte können bewirken, dass die Wirkung der Druckdifferenz, die aufgetreten ist, endet und das Ventil nicht diese Position, bei der dieses den unerwünschten Leckfluss stoppt, erzielt. Der Ventilkörper reagiert nicht auf kleine Flüsse, sondern es ist vielmehr erforderlich, dass der Bruch in der Leitung einen signifikanten Leckfluss bewirkt, damit der Ventilkörper schließt. Ein weiteres Problem mit dieser Art an Ventil ist der, dass, wenn das Ventil in Aktion gebracht wird und eine Leitung blockiert ist, (was häufig spontan beim Starten auftreten kann), das Ventil in Abhängigkeit von dem Differenzdruck, der erzeugt wird, die Lage beibehalten wird. Wenn in diesem Fall die aktive Leitung beschä digt ist, ist es äußerst wahrscheinlich, dass das Lecken in dieser Leitung nicht verhindert wird, was bedeutet, dass die gewünschte Sicherheitsfunktion nicht erreicht wird. Zusätzlich gibt es keine dämpfende Funktion, welche eine Selbstschwingung des Ventilkörpers initialisieren könnte.
Durch die vorliegende Erfindung, wie diese im Oberbegriff der Patentansprüche deutlich wird, werden die Nachteile, die oben geschildert wurden, vermieden, und es wird ein vollfunktionierendes Sicherheitsventil erhalten.
Die Erfindung wird genauer in Form von Beispielen in bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
2 und 3 zeigen schematisch im Längsquerschnitt Beispiele von drei Ausführungsformen von Sicherheitsventilen gemäß der Erfindung, und 4, 5 und 6 zeigen schematisch Querschnitte der Ausführungsformen gemäß 1, 2 und 3. 7 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Ventilgehäuse, welches mit einem Hohlraum 2 mit einer zylindrischen Form und in bezug auf den Hohlraum 2 mit einem zentralen Einlass 3 versehen ist, von dem auf jeder Seite Auslässe 4 angeordnet sind, die zu eingeengten zylindrischen Abschnitten 5 des Hohlraums 2 (nicht für die Ausführungsform gemäß 7) eine Verbindung herstellen. Ein axial verschiebbarer Ventilkörper 6 in Form eines Kolbens ist innerhalb des Ventilgehäuses 1 angeordnet. Der Kolben 6 ist bei 7 auf dem Niveau des Einlasses 3 hinterschnitten, um das unter Druck stehende Medium in Form von Flüssigkeit und/oder Gas in den Hohlraum 2 einzulassen. Außerdem ist der Kolben 6 mit einer Dichtfläche an jedem Ende des Kolbens, beispielsweise einem O-Ring 8 versehen, der mit dem entsprechenden Sitz des Ventils 9 in Form einer Schulter des Ventilgehäuses 1 zusammenarbeitet. Eine Säule in Form eines Kanals 10 erstreckt sich durch den Kolben. Dieser Kanal 10 umfasst ein Bohrungsloch, in welchem ein Stab oder eine Welle 11 angeordnet ist, um eine geeignete Beschränkung zu erreichen (diese Welle 11 ist in den 4, 5 und 6 nicht gezeichnet). Die axiale Verbindung zwischen den Enden des Kolbens in Form des Kanals 10 erlaubt die Möglichkeit eines Flusses zwischen den Endflächen des Kolbens 6 mit der Absicht, mögliche Unterschiede des Drucks zwischen diesen zu ebnen, welche häufig während des Starts auftreten können, sogar dann, wenn kein Lecken in einer der beiden Auslassleitungen auftritt.
Für die Ausführungsformen gemäß 1, 3 und 7 ist eine Dämpfungsanordnung in jedem Ende des Ventilgehäuses 1 in Form einer Dämpfungskammer 12 angeordnet, welche mit Hilfe eines Sekundärkolbens 13, der permanent mit dem Ventilkörper 6 verbunden ist, einen Raum bildet, um Fluid unterzubringen, welches mit der Axialbewegung des Ventilkörpers 6 variiert, und der einen eingeschränkten Einlass und/oder Auslass in Form eines Spalts (nicht gezeigt) hat, der durch eine oder mehrere Kerben im Sekundärkolben 13 oder durch ein Spiel zwischen dem Sekundärkolben 13 und dem Abschnitt 5 des zylindrischen Hohlraums 2, der diesen umgibt, gebildet ist. Die in 2 gezeigte Ausführungsform ist mit lediglich einer Dämpfungskammer 12 versehen (im unteren Teil des Sicherheitsventils gemäß der Figur). Die Dämpfungsanordnung dient dazu, eine Instabilität und eine axiale Schwingung, welche durch die axialen Fließkräfte selbst erzeugt wird, zu vermeiden.
Vom Einlass 3 kann das Druckmedium zwischen der Innenseite des Ventilgehäuses 1 und der Außenseite des Kolbens 6 zu beiden Auslässen 4 fließen. In 1, 2 und 7 bildet dies den primären Flusspfad für das unter Druck stehende Medium. Gemäß der Erfindung wird eine vergrößern Reibungskraft zwischen dem Fluid und dem Kolben 6 dadurch erreicht, dass die Hüllfläche des Kolbens einen gewünschten großen Widerstand gegenüber dem Fluss für das Fluid erzielt, verglichen mit einer glatten zylindrischen Hüllfläche. 1 und 4 zeigen die Hüllfläche des Ventilkörpers, der mit Quernuten oder Furchen 14 versehen ist (das Äquivalent wird auch auf die Ausführungsform angewandt, welche in 7 gezeigt ist). Die Ausführungsformen gemäß 2 und 5 vergrößern die Reibung des Flusses, wobei Flächenstrukturen in Form von länglichen Stangenansätzen 15 gebildet sind, welche längs des Umfangs des Ventilkörpers 6 verlaufen. Gemäß den Ausführungsformen in 3 und 6 werden die Flächenstrukturen, welche die Reibung des Flusses vergrößern, über eine Anzahl von voll durchdringenden Bohrlöchern 16, welche im Ventilkörper angeordnet sind, erzielt. Diese Bohrlöcher 16 können wiederum auf der Innenseite mit Nuten oder Furchen oder mit sich erstreckenden Stangen (nicht gezeigt) versehen sein. Andere Arten an Strukturen, welche die Reibung des Flusses vergrößern, sind natürlich innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich, beispielsweise eine sanfte Flächenstruktur eines Ventilkörpers, welches als ausreichend lang angesehen wird, um diese beabsichtigte Funktion zu erfüllen.
Zunächst hängt die Funktion des Ventils von der Reibungskraft des Mediums ab, welche auf den Ventilkörper 6 wirkt, und die immer versuchen wird, zu erreichen, dass gleichmäßige Flüsse in jedem Auslass 4 existieren, über einen größeren Fluss in einer Richtung, um zu versuchen, den beschädigten Auslass zu beschränken. Die Reibungskraft von dem Fluss, die auf den Ventilkörper wirkt, wird im Fall eines Bruchs in der Leitung so sein, dass diese über die Massenkraft herrscht, welche der Fluss bewirkt, und die der Tendenz des Ventilkörpers 6 entgegenwirkt, in einer Richtung sich zu bewegen, den Auslass in bezug auf die beschädigte Leitung zu beschränken. Die vergrößern Beschränkung hat einen vergrößer ten Druckabfall, der über dem Ventilsitz 9 auftritt, zur Folge, wodurch eine Druckdifferenz zwischen den Auslässen 4 erzeugt wird und zur Folge hat, dass der Fluss in bezug auf die beschädigte Leitung angehalten wird, solange diese Druckdifferenz vorherrscht. Die Kraft, welche durch diese Druckdifferenz erzeugt wird, ist größer als die durch den Fluss erzeugte Reibungskraft in der Flussrichtung. Wenn das Lecken beendet wird, wird die Funktion dann so sein, dass die Druckdifferenz beseitigt ist, da der Fluss, der durch den beschränkten Verbindung – Kanal 10 – erlaubt wird, zwischen den Auslässen 4 und der Reibungskraft des Flusses wieder relevant wird. Die Erfindung nutzt somit anfangs die Reibungskraft, weiche auf den Ventilkolben 6 wirkt, um den Ventilkörper in Richtung auf dessen Schließposition zu bewegen, und sekundär das Vorherrschen von Unterdruck im Auslass. Der Kolben verbleibt in seiner Schließposition wegen des Unterdrucks in der beschädigten Leitung, und somit am Auslass, mit dem die Leitung verbunden ist, und, da der Überdruck im Auslass in bezug auf die nichtbeschädigte Leitung übersteigt, erzeugt er eine Kraft, welche die Reibungskraft übersteigt, die der doppelte Flusses in der entgegengesetzten Richtung erzeugt, d.h., in Richtung auf den zweiten Auslass. Es ist daher wichtig, sicherzustellen, dass die Fließgeschwindigkeit und daher die Kraft davon, die auf den Kolben einwirkt, nicht die Kraft von der Summe des Überdrucks in bezug auf den Druck an den Endflächen des Kolbens übersteigt. Um die hohen Kräfte der Reibung vom Fluss zu handhaben, muss die Kraft auf die Oberfläche des Kolbens und den Systemdruck dominieren. Um die Aktion des Fluids auf den Ventilkörper zu verstärken, kann es vorteilhaft sein, wenn die Innenseite des Ventilgehäuses 1, d.h., die Wand der des Hohlraums 2, mit einer Flächenstruktur hergestellt ist, welche hohe Flussraten erleichtert.
Die Ausführurugsform gemäß 7 unterscheidet sich im Prinzip von den vorher beschriebenen Ausführungsformen dahingehend, dass die Dichtfläche (O-Ringe 8) im Mittelabschnitt des Ventilkörpers angeordnet sind und mit dem Ventilsitz 9, der im hinterschnitten Teil 7 des Kolbens 6 angeordnet ist, zusammenwirken.
Verglichen mit anderen bekannten Sicherheitsventilen zeigt das Ventil gemäß der Erfindung einen niedrigen Fließwiderstand dahingehend, dass dieses anfangs mit einem Fluss arbeitet, während bekannte Ventile mit Druckabfall arbeiten.
Es sollte klar sein, dass das Ventil gemäß der Erfindung bei einer Umkehrrichtung des Flusses verwendet werden kann, so dass die beschriebenen Auslässe 4 als Einlässe arbeiten und der oben beschriebene Einlass 3 aus Auslass arbeitet. In diesem Fall ist die Funktion in bezug auf die Erfindung im Prinzip die gleiche. Bei einem Bruch in einer Leitung, welche mit einem der beiden Einlässe 4 verbunden ist, wird der Druckabfall über die beiden Einlässe stattfinden, und der Fluss wird in Richtung auf den Einlass sein, der mit der gebrochenen Leitung verbunden ist, mit dem gleichen Effekt auf den Ventilkörper wie oben beschrieben.
Zusammenfassung
Verfahren für ein Sicherheitsventil mit einem Sicherheitsventil und ein derartiges Sicherheitsventil. Das Sicherheitsventil hat die Form eines Ventilkörpers (6), welcher in einem Hohlraum (2) axial verschiebbar ist, mit einem Einlass (3; 4), wobei auf jeder Seite Auslässe (4; 3) vorgesehen sind, wodurch Flüssigkeits- und/oder Gasfluss vom Einlass und am Ventilkörper (6) vorbei über einen Flusspfad zum Auslass stattfindet. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite des Ventilkörpers der Flusspfad mit einer Fläche (14, 15) versehen ist, welche die Reibung in bezug auf den Flüssigkeits- und/oder Gasfluss zwischen dem Einlass und dem Auslass steigert.
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Claims

Verfahren für ein Sicherheitsventil in Form eines Ventilkörpers (6), welcher in einem Hohlraum (2) verschiebbar ist, mit einem Einlass (3), wobei auf jeder Seite Auslässe (4) angeordnet sind, wodurch Flüssigkeits- und/oder Gasfluss vom Einlass über einen Fließpfad stattfindet, der durch den Ventilkörper (6) zu den Auslässen läuft, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des Ventilkörpers der Flusspfad mit einer Fläche mit einer derartigen Struktur in bezug auf den Flüssigkeits- und/oder Gasfluss versehen ist, dass der Ventilkörper (6) durch die Reibungskraft vom Flüssigkeits- und/oder Gasfluss, der auf diesen wirkt, primär in Richtung auf einen Auslass (4) versetzt wird, bevor die Kraft aufgrund eines Druckabfalls über den Einlass und den Auslass sekundär bewirkt wird, den Auslass während eines Bruchs in einer Leitung, die damit verbunden ist, abzudichten.
Verfahren für ein Sicherheitsventil in Form eines Ventilkörpers (6), der in einem Hohlraum (2) verschiebbar ist, mit zwei Einlässen (4) und einem Auslass (3), der dazwischen angeordnet ist, wodurch Flüssigkeits- und/oder Gasfluss vom entsprechenden Einlass (4) über einen Flusspfad, der durch den Ventilkörper (6) zum Auslass (3) läuft, stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite des Ventilkörpers der Flusspfad mit einer Fläche mit einer derartigen Struktur in bezug auf den Flüssigkeits- und/oder Gasfluss versehen ist, dass der Ventilkörper (6) durch die Reibungskraft vom Flüssigkeits- und/oder Gasfluss gezwungen wird, der auf diesen primär wirkt, dass dieser in Richtung auf den Einlass (4) versetzt wird, bevor die Kraft aufgrund eines Druckabfalls über die Einlässe (4) sekundär bewirkt, den Einlass (4) während eines Bruchs in einer Leitung, die damit verbunden ist, abzudichten.
Sicherheitsventil in Form eines Ventilkörpers (6), der in einem Hohlraum (2) verschiebbar ist, mit einem Einlass (3), wobei auf jeder Seite Auslässe (4) angeordnet sind, wodurch Flüssigkeits- und/oder Gasfluss vom Einlass über einen Flüssigkeitspfad stattfindet, der durch den Ventilkörper (6) zum Auslass läuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließpfad auf der Seite des Ventilkörpers mit einer Struktur versehen ist, die die Reibung steigert, so dass die Reibungskraft des Flüssigkeits- und/oder Gasflusses, die auf den Ventilkörper (6) wirkt, zu Anfang die Kraft, aufgrund eines Druckverlustes über den Einlass (3) und den Auslass (4) während eines Bruchs in einer Leitung, welche mit den Auslässen (4) verbunden ist, beherrscht.
Sicherheitsventil in Form eines Ventilkörpers (6), der in einem Hohlraum (2) verschiebbar ist, mit zwei Einlässen (4) und einem Auslass (3), der dazwischen angeordnet ist, wodurch Flüssigkeits- und/oder Gasfluss vom entsprechenden Einlass (4) über einen Flusspfad stattfindet, der über den Ventilkörper (6) zum Auslass (3) läuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Flusspfad auf der Seite des Ventilkörpers mit einer Struktur versehen ist, welche die Reibung steigert, so dass die Reibungskraft des Flüssigkeits- und/oder Gasflusses, die auf den Ventilkörper (6) wirkt, anfangs die Kraft beherrscht, aufgrund eines Druckabfalls über den Einlässen (4) während eines Bruchs in einer Leitung, die mit einem der Einlässe verbunden ist.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flusspfad von dem Spalt gebildet ist, der zwischen der Innenseite des Hohlraums (2) und der Außenseite des Ventilkörpers (6) existiert, der eine Fläche aufweist, welche die Reibung steigert.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flusspfad von einem oder mehreren Kanälen (16) gebildet ist, die durch den Ventilkörper (6) laufen und eine Fläche, welche die Reibung steigert, zeigt oder zeigen.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein separat angeordneter Beschränkungskanal (10) sich zwischen den Auslässen (3) erstreckt.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 2, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein separat angeordneter Beschränkungskanal (10) sich zwischen den Einlässen (4) erstreckt.
Sicherheitsventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (10) durch den Ventilkörper (6) verläuft.
Sicherheitsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem Ende des Ventilkörpers (6) ein Raum (12) existiert, der von dem Hohlraum (2) getrennt ist und mit einer eingeschränkten Verbindung mit dem Hohlraum (2) versehen ist.
Sicherheitsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche, welche die Reibung steigert, die Form von Querfurchen (14) hat.
Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche, welche die Reibung steigert, die Form von Längsfurchen (15) hat.