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Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil
für erdverlegte
Gasleitungen, bestehend aus einem Gehäuse, in welchem ein gegen die
Kraft einer Feder bei starker Strömung verschiebbarer Ventilkörper, ein den
Ventilkörper
tragender, axial verschiebbarer Stift und ein mit dem Gehäuse fest
verbundener Ventilsitz untergebracht sind.
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Eine große Sorge der Gaslieferunternehmen bereitet
ungewollt aus den Versorgungsleitungen ausströmendes Gas, weil dieses die
Ursache schwerer Explosionen sein kann. Bei erdverlegten Versorgungsleitungen
hat ausströmendes
Gas in erster Linie zwei Ursachen, eine Beschädigung der Rohre vor allem
bei Bauarbeiten durch Riß-
und Lochbildungen in den Rohren, und das, Erfassen und Anheben von Versorgungsleitungen
durch Baggerschaufeln bei Erdarbeiten. Hierbei auf eine Versorgungsleitung durch
das Anheben der Leitung ausgeübte
Kräfte sind
Zugkräfte
in der Versorgungsleitung, die zu Rißbildungen in der Leitung,
zu einem Zerreißen
der Leitung und zu einem Herausreißen der Leitung aus einem in
einem Gebäude
installierten Gasleitungsnetz führen
können.
Sobald Gas in ein Gebäude
ausströmen
kann, ist eine das gesamte Gebäude
zerstörende
Explosion vorprogrammiert, insbesondere wenn niemand im Gebäude den
Leitungsriß bemerkt
und aus diesem Grunde nicht die elektrische Anlage des Gebäudes außer Betrieb
setzt.
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Um die durch Leitungsbeschädigungen
außerhalb
eines Gebäudes
hervorgerufenen Gefahren zu mindern hat man Sollbruchstellen in
die Gasleitungen außerhalb
des Gebäudes
eingebaut, um Gas vor dem Gebäude
im Erdreich, aber nicht im Gebäude ausströmen zu lassen.
Diese Maßnahme
bietet aber nur im begrenzten Umfang Schutz und Sicherheit, weil
Gas sich außen
entlang der Gasleitung im dort meist nicht verdichteten Erdreich
in das Gebäude langsam
einschleicht.
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Es ist auch eine Ventilanordnung
entwickelt worden, bei der der die Leitung verschließende Ventilkörper durch
ein in der Leitung verlegtes Seil in seine Verschlußstellung
gezogen wird, wenn die Leitung durch ihr Anheben gelängt wird.
Die Verlegung des Seiles in den Leitungsrohren hat aber bei der
Montage als als unnütz
angesehene Arbeit Mühen
bereitet, denen sich die Monteure nicht unterzogen haben.
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Die Erfindung vermeidet die Nachteile
des Standes der Technik und schafft ein Sicherheitsventil, welches
leicht und mühelos
in die Gasleitung einzubauen ist und selbsttätig die Gasleitung absperrt, wenn
die Gasströmung
in der Gasleitung bestimmte einstellbare Grenzwerte überschreitet,
weil Gas durch Löcher
oder einen Riß der
Leitung frei ausströmen
kann, wenn axiale Längskräfte auf
die Leitung z.B. durch den Angriff einer Baggerschaufel ausgeübt wurden
oder wenn es infolge solcher Längskräfte zu einem
Zerreißen
der Leitung gekommen ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß der den Ventilkörper tragende
Stift in zwei Lagern gelagert ist, daß zwischen diesen beiden Lagern
das Ventilgehäuse
eine Dehnungs- und/oder Sollbruchstelle aufweist, zu deren einer
der Strömungsquelle
zugewandten Seite der Ventilsitz und der Ventilkörper angeordnet sind.
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Dieses Ventil schließt die Gasleitung
selbsttätig
und zuverlässig,
sobald eine Dehnung des Gehäuses
an der Dehnungs- und/oder Sollbruchstelle auftritt, wie sie durch
axiale Zugkräfte
in der Gasleitung hervorgerufen werden. So ist das Ventil geschlossen,
bevor es zu einem Zerreißen
der Gasleitung oder zu einem Zerreissen des Ventilgehäuses kommt.
Für dieses
Zerreißen
des Ventilgehäuses
ist dieses Sicherheitsventil ausgelegt, um bei einem Auftreten von
Zugkräften
in der Gasleitung einen leicht auffindbaren Ort der Störung zu
haben.
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Um dieses Sicherheitsventil im Normalbetrieb
ohne eine an der Leitung aufgetretene Störung oder Axialkraft sicher
geöffnet
zu halten, kann es zweckmäßig sein,
daß der
den Ventilkörper
tragende Stift durch ein ihn durchsetzenden Abscherelement in seiner
Offenstellung gehalten ist. Dieses Abscherelement kann ein Abscherstift
sein, es kann aber auch ein anders Element sein, das bei überschreiten einer
bestimmten Zugkraft im den Ventilkörper tragenden Stift diesen
auseinander brechen läßt.
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Diese Abscherelement kann z.B. so
ausgebildet sein, daß der
den Ventikörper
tragende Stift durch zwei miteinander verbindbare Teile gebidet
ist, daß die
einander zugewandten Enden dieser beiden Teile nach Art eines Bajonettverschlußes mit
einander verbunden sind, indem das Ende des einen Teiles einen oder
mehrere radial nach außen
gerichtete Vorsprünge
aufweist und das Ende des anderen Teiles in eine das Ende des anderen
Teiles umschließende
Hülse mit
einem oder mehreren winkelförmigen
Ausnehmungen auslauft. in die die Vorsprünge des anderen Stiftteiles
eingesteckt sind, wobei die Vorsprünge auf dem einen Stiftteil
und die winkelförmigen
Ausnehmungen in der Hülse
des anderen Stiftteiles das Abscherelement bilden. Bei überschreiten
einer bestimmten Zugkraft werden dann entweder die Vorsprünge abgerissen
oder die winkelförmigen
Ausnehmungen ausgerissen.
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Dabei ist es bei diesem Sicherheitsventil
aus Gründen
einer einfachen Konstruktion von Vorteil, wenn der den Ventilkörper tragende
Stift an mindestens seinem einen Ende mit einer Mutter oder Scheibe
versehen ist. Gegen diese eine Mutter oder Scheibe am einen Ende
des den Ventilkörper
tragenden Stiftes der kann der Ventilkörper entgegen der Kraft einer
Feder gedrückt
sein.
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Gegen die andere Mutter oder Scheibe
am anderen Ende des den Ventilkörper
tragenden Stiftes kann dann eine Feder wirksam sein, welche sich
gegen das der Strömungsquelle
abgewandte Lager des verschiebbaren Stiftes abstützt.
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Von Vorteil ist eine Bauform des
Sicherheitsventiles, bei der der Ventilkörper auf dem Stift verschiebbar
ist und durch eine Feder in seiner Offenstellung gehalten ist.
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Um einen sauberen Bruch des Gehäuses erreichen
zu können,
ist es zweckmäßig, wenn
auch der verschiebbare Stift zwischen seinen beiden Lagern eine
Sollbruchstelle aufweist.
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Vorteilhaft für eine einwandfreie Funktion des
Sicherheitsventiles ist es, wenn sich die Sollbruch- und Dehnungsstelle
in einem nach innen gerichteten Vorsprung des Gehäuses befindet.
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Damit dieses Sicherheitsventil nicht
bei Auftreten seitlicher Kräfte
zerbrochen und ausgeöst wird,
ist das Gehäuse
von einem die Sollbruchstelle überfassenden
Stabilisationsring umgeben. Dieser Stabilisationsring kann am Ende
des Produktionsprozesses im Spritzgußverfahren auf das Gehäuse des Sicherheitsventiles
aufgebracht werden, er kann aber auch axial geteilt aus zwei Halbschalen
aufgebaut sein und manuell montiert werden..
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Der Aufbau dieses Sicherheitsventiles
kann in einfacher Weise so konzipiert sein, daß die Lagerkörper des
verschiebbaren Stiftes aus zwei Ringen aufgebaut sind, die miteinander
durch Speichen verbunden sind, einem inneren, den verschiebbaren Stift
umschließenden
Ring und einem äußeren, mit einer
nach außen
weisenden Krempe versehenen Ring, der sich mit seiner Krempe gegen
einen Innenvorsprung des Gehäuses
abstützt.
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Wenn dieses Sicherheitsventil in
eine Gasleitung aus Kunststoffrohren einzubauen ist, ist es vorteilhaft,
wenn das Gehäuse
an beiden Endbereichen innen eine Wicklung für eine Rohrverschweißung trägt.
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Dann liegt die Krempe am Außenumfang
des Lagerkörpers
zwischen Stirnseite des in das Ventilgehäuse eingeschweißten Rohres
und dem Innenvorsprung des Gehäuses.
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Ein dichter Verschluß dieses
Sicherheitsventiles läßt sich
dadurch erreichen, daß der
den Ventilsitz tragende Lagerkörper
an seinem Außenumfang einen
Dichtring trägt,
der am Innenvorsprung des Gehäuses
oder an der Innenwand des Gehäuses
anliegt.
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Das Sicherheitsventil nach der beschriebenen
Erfindung erfüllt
in der Praxis vier verschiedene Aufgaben:
- 1.
Es bildet einen Strömungswächter, der
die Gasleitung verschließt,
wenn die Gasströmung
in der Gasleitung bestimmte Werte überschreite, wie es z.B. vorkommt,
wenn im Gebäude
des Abnehmers ein Bruch des Gasrohres auftritt oder eine unsachgemäße Manipulation
vor dem gebäudeinternen
Absperrventil vorgenommen wird.
Dabei führt das Ventil folgende Funktion
aus:
Der Ventilkörper
bietet einen Strömungswiderstand
und wird entgegen der Kraft der ihm zugeordnet (Druck-) Feder, die
zusammengedrückt wird,
auf dem Stift gleitend in den Ventilsitz geschoben, wo der Ventilkörper verbleibt,
weil der Gasdruck auf der Seite der Gasquelle größer ist als auf der Gasabnehmerseite.
- 2. Es verschließt
die Gasleitung, wenn außerhalb des
zu versorgenden Gebäudes,
z.B. durch einen Erdarbeiten durchführenden Bagger, die Gasleitung
in Förderrichtung
gesehen vor dem Ventil zerrissen wird und dadurch eine große Längenänderung
der Gasleitung eintritt.
Die Funktion des Ventiles:
Eine
große,
vor dem Zerreißen
der Gasleitung auftretende Längenvergrößerung,
z.B. durch Baggerangriff an der Gasleitung, wird auch am Gehäuse wirksam:
Zunächst bricht
das Abscheerelement, die ihm zugeordnete Feder überwindet die Kraft der dem Ventilkörper zugeordneten
Feder und verschiebt den Stift mitsamt dem Ventilkörper in
den Ventilsitz . sodann erfolgt aber auch ein Bruch der Sollbruchstelle
des den Ventilkörper
tragenden Stiftes und eventuell ein Bruch der Sollbruchstelle im
Gehäuse.
Die Längenänderung,
die jedem dieser Brüche
vorausgeht, zieht den Ventilkörper
in seine Verschlußstellung
- 3. Es verschließt
die Gasleitung, wenn außerhalb des
zu versorgenden Gebäudes,
in Strömungsrichtung
gesehen vor dem Ventil, z.B. durch einen Erdarbeiten durchführenden
Bagger, die Gasleitung nur angehoben und dadurch gelängt wird, ohne
daß dadurch
Gas ausströmt.
Die
Funktion des Ventiles ist dabei folgende:
Das Abscherelement
bricht, die ihm zugeordnete Feder überwindet die Kraft der dem
Ventilkörper zugeordneten
Feder und verschiebt den Stift mitsamt dem Ventilkörper in den
Ventilsitz.
- 4. Es verschließt
die Gasleitung, wenn z.B. durch Bodenversetzungen z. B. in einem
Bergbaugebiet Gebäude
ihre Lage und ihren Ort ändern,
ohne daß es
dabei zu einem Abreißen
der Gasleitug gekommen sein muß,
wohl aber eine Längenänderung
der Gasleitung eingetreten ist. Die Funktion des Ventiles wie unter
3 beschrieben.
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Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand
eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es
zeigen
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1 einen
Schnitt durch das Sicherheitsventil im geöffneten Zustand,
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2 einen
Schnitt durch das Sicherheitsventil im durch hohe Strömungsgeschwindigkeit
des zu transportierenden Gases geschlossenen Zustand,
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3 einen
Schnitt durch das Sicherheitsventil im durch Längendehnung der Gasleitung
geschlossenen Zustand,
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4 eine
Außenansicht
des Ventiles.
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Das Sicherheitsventil für erdverlegte
Gasleitungen besteht aus einem, Gehäuse 1, in welchem ein
gegen die Kraft einer Feder 2 bei starker Strömung verschiebbarer
Ventilkörper 3,
ein den Ventilkörper 3 tragender,
axial verschiebbarer Stift 4 und ein mit dem Gehäuse 1 fest
verbundener Ventilsitz 5 untergebracht sind. Der den Ventilkörper 3 tragende Stift 4 in
zwei Lagern 6, 7 gelagert. Zwischen diesen beiden
Lagern 6, 7 weist das Ventilgehäuse 1 eine Sollbruchstelle 8 in
Form einer Rille auf. Zu der einen, der Strömungsquelle zugewandten Seite
dieser Rille 8 sind der Ventilsitz 5 und der Ventilkörper 3 angeordnet.
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Der den Ventilkörper 3 tragende verschiebbare
Stift 4 ist durch einen ihn durchsetzenden Abscherstift 9 in
seiner Offenstellung gehalten. Der den Ventilkörper 3 tragende verschiebbare
Stift 4 ist an mindestens seinem einen Ende mit einer Mutter 10 oder
einer Scheibe versehen. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel sind beide Enden
des verschiebbaren Stiftes 4 mit einer Mutter 10 versehen.
Gegen die eine (linke) der beiden Muttern 10 ist am einen
Ende des den Ventilkörper 3 tragenden
verschiebbaren Stiftes 4 der Ventilkörper 3 entgegen der
Kraft der Feder 2 gedrückt.
Gegen die andere (rechte) Mutter 10 am anderen Ende des
den Ventilkörper 3 tragenden verschiebbaren
Stiftes 4 ist eine Feder 12 wirksam, welche sich
gegen das der links in der Zeichnung befindlichen, aber nicht dargestellten
Strömungsquelle abgewandte
Lager 7 des verschiebbaren Stiftes 4 abstützt.
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Der Ventilkörper 3 ist auf dem
verschiebbaren in den Lagern 6, 7 verschiebbaren
Stift 4 verschiebbar und durch die Feder 2 in
seiner Offenstellung gehalten, solange nicht der Strömungsdruck den
Ventilkörper 3 entgegen
der Kraft der Feder 2 in den Ventilsitz 5 drückt.
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Treten an dem mit dem Gehäuse 1 fest
und gasdicht verbundenen Gasrohr 11 axiale Zugkräfte auf,
so können
diese beim überschreiten
bestimmter Grenzwerte das Gehäuse 1 an
der Sollbruchstelle derart dehnen, daß der Abscherstift 9 abgeschert wird.
Die von der auf dem verschiebbaren Stift 4 durch eine Scheibe 14 festgelegten
Feder 13, die sich gegen das Lager 6 stirnseitg
abstützt
und die in ihrer Federkraft stärker
als die Feder 2 ist, zieht nach dem Abscheren des Abscherstiftes 9 den
Ventilkörper 3 in
den Ventilsitz 5
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Übersteigen
die axialen Zugkräfte
auf dem Gasrohr 11 bestimmte Werte, zerreißen sie
das Ventilgehäuse 1 an
der Sollbruchstelle 8. Damit in diesem Falle das aus Ventilkörper 3 und
Ventilsitz
4 bestehende Ventil nicht durch den Bruch beschädigt werden
kann, weist der verschiebbare Stift 4 zwischen seinen beiden
Lagern 6, 7 ebenfalls eine Sollbruchstelle 15 auf.
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Die Lagerkörper 6, 7 des
verschiebbaren Stiftes 4 sind aus zwei Ringen 17, 18 aufgebaut,
die miteinander durch Speichen 19 verbunden sind, einem
inneren, den verschiebbaren Stift 4 umschließenden Ring 17 und
einem äußeren, mit
einer nach außen
weisenden Krempe 20 versehenen Ring 18, der sich
mit seiner Krempe 20 gegen einen Innenvorsprung 16 des
Gehäuses 1 abstützt. Diese
Ringe sind vorzugsweise als Hohlzylinder oder Hülsen gefertgt.
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Das Gehäuse 1 des Sicherheitsventiles weist
mittig den vorstehend genannten nach innen gerichteten Vorsprung 16 auf.
Im Bereich dieses Vorsprunges befindet sich an der Außenseite
des Gehäuses 1 die
als Sollbruchstelle dienende Rille 8. Dieser Vorsprung 16 dient
mehreren Zwecken:
Er dient als Widerlager für die Krempen 20 der
Lagerelemente 6, 18, 19 und 7, 18, 19,
in denen der verschiebbare Stift 4 gelagert ist.
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Er dient als Anschlag beim Einschieben
der Gasrohre 11, 21 und als Mittel zur Festlegung
der Krempen 20 der Lagerelemente 6, 18, 19 und 7, 18, 19 zwischen
dem Vorsprung 16 und den Gasrohren 11, 21.
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Er dient als Ort der Anordnung der
Sollbruchstelle 8, weil hier der Durchmesser der Sollbruchstelle
am geringsten sein kann.
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Am Ort der Sollbruchstelle 8 und
des Innenvorsprunges 16 ist das Gehäuse 1 von einem die Sollbruchstelle 8 überfassenden
Stabilisationsring 22 umgeben. Dieser Stabilisationsring 22 kann
einstückig
aus Kunststoff im Spritzgußverfahren
am Ende des Fertigungsverfahrens dieses Sicherheitsventiles gefertigt
sein, er kann aber auch axial geteilt aus zwei Halbschalen aufgebaut sein.
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Das Gehäuse 1 dieses Sicherheitsventiles kann
ebenso wie die beiden Rohre 11, 21 der Gasleitung
aus Kunststoff hergestellt sein. In diesem Falle kann die Verbindung
dieser drei Teile 1, 11, 21 durch eine
Kunststoffverschweißung
hergestellt sein. Daher ist das in der Zeichnung dargestellte Gehäuse 1 an
beiden Endbereichen innen mit je einer Wicklung 23 für eine Rohrverschweißung versehen,
wobei die Enden des Drahtes dieser Wicklungen 23 an die
Stecker 24 angeschlossen sind.
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Der Ventilsitz 5 ist Teil
des Ringes 18, der mit den Speichen 19 das Lager 6 für den verschiebbaren Stift 4 trägt. Dieser
Ring 18 bedarf einer Abdichtung gegenüber der Innenwand des Gehäuses 1.
Aus diesem Grunde trägt
der den Ventilsitz 5 tragende Ring 18 an seinem
Außenumfang
einen Dichtring 25, der am Innenvorsprung 16 des
Gehäuses 1 oder
an der Innenwand des Gehäuses 1 anliegt.
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Die drei Federn 2, 12, 13 sind
Druckfedern. Die Gasströmung
muß erhebliche
Strömungswerte übersteigen,
um den Ventilkörper
gegen den Druck der Feder 2 in den Ventilsitz auf der Stange 4 zu
verschieben. Die Feder 13 liegt zusammengedrückt zwischen
der Scheibe 14 und dem zentralen Ring 17 des Lagers 6,
sobald das Abscherelement bricht, verschiebt die Kraft der Feder 13 die
Stange 4 und damit den Ventilkörper 3 in den Ventilsitz 5.
Die Druckfeder 12 dient dem Ausgleich kleinerer Längenänderungen der
Rohre 11, 21, wie sie z.B. durch thermische Dehnungen
und Schrumpfungen auftreten.
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Zusammenfassend sind die Funktionen
des erfindungsgemäßen Sicherheitsventiles:
- 1, Hohe Strömungsgeschwindigkeit:
Ventilkörper 3 bietet
einen Strömungswiderstand und
wird entgegen der Kraft der Feder 2, die zusammengedrückt wird,
auf dem Stift 4 gleitend in den Ventilsitz geschoben, wo
der Ventilkörper
verbleibt, weil der Gasdruck auf der Seite der Gasquelle größer ist
als auf der Gasabnehmerseite.
- 2. Kleine Längenvergrößerungen
des Gehäuses durch
z.B. Bodenversetzungen:
Abscherstift 9 bricht, Feder 13 überwindet
die Kraft der Feder 2 und verschiebt den Stift 4 mitsamt
dem Ventilkörper 3 in
den Ventilsitz 5.
- 3. Große
Längenvergrößerung des
Gehäuses z.B.
durch Baggerangriff an der Gasleitung:
Abscheerstift 9 bricht,
Folgen wie unter 2, sodann Bruch der Sollbruchstelle 8 im Gehäuse 1,
Feder 12 wird zusammengepreßt, aber der Stift 4 bricht noch
nicht.
- 4. Längenvergrößerung führt zu Gehäusebruch und
Bruch des Stiftes 4.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Feder
- 3
- Ventilkörper
- 4
- verschiebbarer
Stift
- 5
- Ventilsitz
- 6
- Lager
- 7
- Lager
- 8
- Rille
als Sollbruchstelle
- 9
- Abscherstift
- 10
- Mutter
- 11
- Gasrohr
- 12
- Feder
- 13
- Feder
- 14
- Scheibe
- 15
- Sollbruchstelle
- 16
- Innenvorsprung
- 17
- Ring
- 18
- Ring
- 19
- Speiche
- 20
- Krempe
- 21
- Gasrohr
- 22
- Stabilisationsring
- 23
- Wicklung
- 24
- Stecker
- 25
- Dichtring