DE1053541B - Absperrorgan fuer Leitungen von Tiefkuehlanlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein mittels eines Steuermediums pneumatisch oder hydraulisch betätigtes Absperrorgan für unter tiefer Betriebstemperatur stehende Leitungen von Tiefkühlanlagen, z. B. zum Verflüssigen schwer verflüssigbarer Gase, wie Wasserstoff, Helium usw., mit einem Sperrglied und einem damit wirkungsverbundenen, unter dem Einfluß des Steuermediums stehenden, in einem Gehäuse untergebrachten beweglichen Betätigungsorgan, z. B. einem nach Art eines Steuerkolbens wirksamen Teil mit Ventilspindel für die Ausführung der Schließ- und Öffnungsbewegung des Sperrgliedes. Die Erfindung besteht darin, daß das Sperrglied des Absperrorgans als Ventil ausgebildet und mit einer Ventilspindel versehen ist und daß die Ventilspindel nachgiebig — sowohl in radialer als auch in axialer Richtung— auf einer Ventilfeder abgestützt ist und daß die Ventilspindel außerdem zwischen dieser nachgiebigen Abstützstelle und dem Ventil durch mindestens eine Lenkerfeder geführt ist, die in axialer Richtung wesentlich nachgiebiger als in radialer Richtung ist.

Unter Lenkerfeder wird hierbei ein schneckenförmig von außen nach innen in einer einzigen Windungsebene gewundener, beispielsweise am Umfang — also an der äußeren Windung ·— festgehaltener, mit dem inneren Ende — also mit der inneren Windung — an dem Betätigungsorgan angreifender Teil verstanden, dessen einzelne Windungen selbst flächig sind (Windungsflächen) und dessen einzelne Windungsflächen normalerweise sämtlich in der gemeinsamen Windungsebene liegen, derart, daß eine Relativbewegung zwischen äußerer und innerer Windung senkrecht zur Windungsebene möglich, eine Bewegung quer dazu aber unmöglich ist.

Hierdurch gestaltet sich die Abdichtung des Absperrorgans, die normalerweise bei den in Betracht kommenden tiefen Temperaturen von beispielsweise etwa —250° C Schwierigkeiten bereitet, besonders einfach, insbesondere fällt jede Art von Durchführung des hin- und herbeweglichen Betätigungsorgans durch Wandungen hindurch unter Verwendung von Stopfbüchsen od. dgl. fort. Es braucht kein Lager für das Betätigungsorgan geschmiert zu werden; Die Halterung des Betätigungsorgans bedarf keinerlei Wartung. Es führen nur noch die hydraulischen Steuerleitungen, die zur Bewegung des Betätigungsorgans für das Absperrglied gebraucht werden und keine Bewegung relativ zu den übrigen Teilen ausführen und deshalb ohne weiteres dicht an das Steuergehäuse angeschlossen werden können, von dem Absperrorgan weg.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist unmittelbar an dem Sperrglied ein evakuierter Wärmeisolationsraum angeordnet, den die mit dem Sperrglied verbundene Ventilspindel durchsetzt. Das Absperrorgan für Leitungen
von Tiefkühlanlagen

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. Η. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm (Westf.), Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 29. Juni 1957

Vakuum in dem Isolationsraum kann z. B. ein sogenanntes Vorvakuum von nicht besonders tiefem Druck sein, der etwa im Bereich von IO^-1 bis 1 mm Hg liegt. Zweckmäßig wird zur Realisierung dieser Bauart eine längere Ventilspindel eingebaut, so daß die Steuerräume und weitere Betätigungsorgane in einem gewissen Abstand von dem Sperrglied und der abzusperrenden Leitung angeordnet sind. Hierdurch wird es auch möglich, das gasförmige Steuermedium auf etwas höherer Temperatur als das Betriebsgas in der abzusperrenden Leitung zu halten, so daß das Steuergas, sofern als Steuergas gleiches Gas wie als Betriebsgas benutzt ist und das Steuergas bei der Temperatur des Betriebsgases wegen des etwa erforderlichen höheren Steuerdrucks kondensieren könnte, gasförmig bleibt. Auch kann gegebenenfalls als Steuergas ein Gas verwendet werden, das bei der Temperatur des Betriebsgases und dem Steuerdruck an sich kondensieren würde, wegen des Isolationsraums jedoch tatsächlich nicht kondensiert.

Vorteilhaft ist als Steuermedium für das Absperrorgan das Betriebsmedium der Tiefkühlanlage verwendet. Etwaige undichte Stellen zwischen der abzusperrenden Leitung und mit Steuermedium erfüllten Räumen des Steuergehäuses sind dann ohne Bedeutung.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der nach Art eines Druckkolbens wirksame Teil an seinem Umfang mit dem einen Ende eines Balgs verbunden, dessen anderes Ende an dem Steuergehäuse befestigt ist und durch den der Gehäuseraum in zwei

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mit Steuerleitungen verbundene Steuerräume für das Steuermedium unterteilt ist. Zweckmäßig ist der dem Sperrglied zugekehrte Steuerraum des Steuergehäuses mittels eines weiteren, an der Spindel angreifenden Balgs gegen das Sperrglied hin abgedichtet.

Weitere Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen.

Fig. 1 zeigt die eine Hälfte eines ersten, erfindungsgemäß ausgebildeten pneumatischen Ventils im Schnitt,

Fig. 2 die andere Hälfte einer abgewandelten Ausführungsform, ebenfalls im Schnitt;

Fig. 3 veranschaulicht eine Einzelheit aus Fig. 1 und 2 im Schnitt, und

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine weitere Einzelheit;

Fig. 5 ist ein Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel und

Fig. 6 ein Steuerschema.

An eine Betriebsgas, z. B. Wasserstoff, von beispielsweise — 22 bis —220° C und 2 ata führende Leitung 1 ist ein zylindrisches Gehäuse 2 unmittelbar angebaut, das mit einem Deckel 3 verschlossen ist. In dem Gehäuse 2 ist eine Ventilspindel 4 untergebracht, die einen Ventilteller 5 trägt, der zusammen mit zwei Ventilsitzen 6, 7 das Ventil bildet. Bei dem gezeichneten Beispiel ist das Ventil ein Dreiwegorgan; befindet sich der Teller 5 in der gezeichneten unteren Stellung, so ist die Leitung 1 geöffnet, wird er in die obere Stellung bewegt, so daß er auf dem Sitz 7 sitzt, so ist Verbindung zwischen dem in Fig. 2 rechts dargestellten Abschnitt der Leitung 1 und einer aus ihr weggeführten Abzweigleitung 8 hergestellt.

Die Spindel 4 trägt einen nach Art eines Druckkolbens wirksamen, bei dem gezeigten Beispiel glockenförmigen Teil 9, an dem bei 11 ein metallischer Balg 12 mit dem einen Ende angreift, welcher mit dem anderen Ende unter Zwischenlage eines Ringes 13 mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Bei dem Beispiel nach Fig. 1 ist am Gehäuse 2 ferner ein hülsenförmiger Teil 14 angebracht, an dem eine Wendel-Druckfeder 15 abgestützt ist. Die Feder ist mit dem anderen Ende an einem tellerförmigen, auf der Spindel 4 gehaltenen Element 16 abgestützt und ist bestrebt, die Spindel 4 und den Ventilteller 5 in die obere Stellung zu bewegen, in der der Ventilteller an dem Sitz 7 anliegt. An einem hülsenförmigen, in den glockenförmigen Teil 9 hineinragenden Ansatz 17 des Gehäuses 2 greift ein weiterer Balg 18 an, der andererseits bei 19 mit der Spindel 4 verbunden ist. Die Teile 4, 9, 16 bilden das mit dem Sperrglied 5 wirkungsverbundene, in dem Gehäuse 2 untergebrachte bewegliche Betätigungsorgan, das, wie weiter unten ausgeführt wird, unter dem Einfluß eines Steuermediums steht und durch das die Schließ- und ÖfFnungsbewegung des Sperrgliedes 5 ausgeführt wird.

Bei dem Beispiel nach Fig. 2 ist die Anordnung und Wirkung der Feder 15 insofern anders gestaltet, als statt des hülsenförmigen Teils 14 gemäß Fig. 1 hier ein Ring 14' verwendet ist, an dem sich die Feder 15 mit ihrem in der Zeichnung oberen Ende abstützt; das untere Ende der Feder liegt an dem auf der Spindel gehaltenen glockenförmigen Teil 9 an. Dem Teil 16 (Fig. 1) entspricht ein Ring 16'. Feder 15 ist hier bestrebt, die Spindel 4 und den Ventilteller 5 in der gezeichneten unteren Stellung zu halten.

Die Spindel 4 ist in Gehäuse 2 reibungsfrei unter Zwischenlage einer Lenkerfeder 21 gehalten, die mit ihrem äußeren Umfang bei 22 an dem Gehäuse 2 be-

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festigt und in Fig. 3 und 4 im einzelnen dargestellt ist. Sie besteht aus einer metallischen Platte mit schneckenförmig angeordneten Schlitzen, und zwar besitzt sie bei dem dargestellten Beispiel insgesamt zwei jeweils von außen nach innen durchgehende Schlitze 23, 24. Die Spindel 4 ist auf diese Weise reibungsfrei in axialer Richtung beweglich, und es ist eine Auslenkung quer dazu unmöglich.

An das Gehäuse 2 sind zwei Steuerleitungen 25, 26

ίο angeschlossen, und zwar verbindet Leitung 25 den außerhalb von Balg 12 und innerhalb des glockenförmigen Teils 9 sowie innerhalb des Balgs 18 gebildeten Raum 27 und Leitung 26 den oberhalb des Teils 16 bzw. 16' und innerhalb des Teils 14 sowie innerhalb des Balgs 12 und außerhalb des glockenförmigen Teils 9 befindlichen, die Feder 15 enthaltenden, als Ganzes mit 28 bezeichneten Raum. Die Räume 27, 28 sind wechselweise mit einem Druckerzeuger verbindbar. Er enthält gleiches Gas (z. B. Wasserstoff) wie die Leitungen 1, 8. Bei dem Beispiel nach Fig. 1 sind die Teile so gezeichnet, daß der höhere Druck (z. B. etwa 7 ata) im Raum 28 herrscht, also Leitung 26 mit dem Druckerzeuger, Raum 27 mit einem Gasometer von etwa 200 mm WS über Atmosphärendruck verbunden ist. Wird der Druck in Leitung 26 und Raum 28 weggenommen, so führt die Feder 15 den Ventilteller 5 in die obere Stellung, in der er am Sitz 7 anliegt. Gegebenenfalls kann dabei über Leitung 25 der Raum 27 unter höherem Druck gesetzt werden, der das Bestreben der Feder 15, die Teile in die in der Zeichnung obere Stellung zu führen, unterstützt.

Bei dem Beispiel nach Fig. 2 wird die gezeichnete Stellung des Ventiltellers 5 durch die Wirkung der Feder 15 und gegebenenfalls durch über Leitung 26 gegebenen, in Raum 28 herrschenden Überdruck herbeigeführt, während in Raum 27 niedrigerer Druck herrscht. Gegebenenfalls kann in Raum 27 ein solcher Druck aufrechterhalten werden, daß sich der Teller 5 weder in der gezeichneten noch in der oberen Stellung, sondern in einer Zwischenstellung befindet, in der beide Abschnitte der Leitung 1 und die Leitung 8 mit einander verbunden sind. Das Ventil arbeitet dann als Regelventil.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist die Leitung 8 nicht vorhanden, das Ventil dient dann als Absperr- und gegebenenfalls als Regelventil für die Leitung 1. Bei Gebrauch des Ventils als Regelventil ist beispielsweise, wie oben bei dem Betrieb des Beispiels nach Fig. 2 geschildert, zu verfahren, wobei also auch in Raum 27 ein gewisser Druck aufrechtzuerhalten ist, damit der Ventilteller 5 nur um einen gewissen, gewünschten Betrag vom Sitz 7 abgehoben wird. Je nachdem dann die beiderseitigen Drücke in den Steuerräumen 27, 28 unter Berücksichtigung der Wirkung der Feder 15 auf die Teile 4, 5 einwirken, ist der Durchlaßquerschnitt des Regelventils kleiner oder größer, oder das Ventil ist geschlossen oder schließlich in derjenigen Stellung, in der es größten Durchlaßquerschnitt bietet.

Das den Räumen 27, 28 (Fig. 1, 2) zugeleitete Steuergas hat wie das Betriebsgas in den Leitungen 1, 8 z.B. etwa -200 bis —220°C und je nach den gewünschten Verhältnissen 1 bis 7 ata. Diese Daten beziehen sich auf den Fall, bei dem die Leitungen 1, 7 und 8 sowie der an die Leitungen 25, 26 anschließbare Druckerzeuger und der Gasometer Wasserstoff als Betriebs- bzw. Steuergas enthalten.

Bei einer weiteren, Fig. 1 entsprechenden Ausführungsform (Fig. 5) ist die Spindel 4 länger und das Gehäuse 2 höher ausgebildet. Die Spindel durchsetzt

Claims (5)

dann zwischen dem dem Teller 5 zugekehrten Steuerraum 27 und dem Teller 5 selbst einen Isolationsraum 30, in dem Vakuum von beispielsweise ΙΟ-1 bis 1 mm Hg (Vorvakuum) aufrechterhalten ist. Bei diesem Beispiel ist die Spindel in mindestens zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Lenkerfedern 21 der geschilderten Art im Steuergehäuse 2 gehalten. Das durch die Leitungen 1, 8 (Fig. 5) geführte Betriebsgas kann hier z. B. —250° C haben. Vorteilhaft sind die Steuerleitungen 25, 26 über ein unter normaler Temperatur von beispielsweise + 20° C stehendes, druckluftbetätigtes Umsteuerventil 31 (Fig. 6) geführt, über welches sie wechselweise mittels Leitung 33 an den Gasometer bzw. mittels Leitung 34 an den Druckerzeuger anschließbar sind. Dabei wird das Ventil 31 vorteilhaft mittels Druckluft von beispielsweise 1 atü über Leitung 36 und Dreiwegorgan 37 betätigt. Auf diese Weise wird das Betriebs- und das Steuergas völlig von der Umschalttafel der gesamten Tiefkühlanlage ferngehalten. Be-Schädigungen, die etwa durch Entzünden an elektrischen Funken während der Schaltvorgänge entstehen könnten, werden vermieden. Bei allen Bauarten sind die unter dem Einfluß des Steuergases stehenden beweglichen Betätigungsorgane für die Ausführung der Schließ- und Öffnungsbewegung des Ventiltellers 5, bei den gezeichneten Beispielen also die Teile 4, 9, 12, 14 und 18, in dem unmittelbar an das Ventil 5, 6, 7 angebauten Gehäuse 2 untergebracht, und sie stehen zusammen mit dem Ventil im wesentlichen unter der tiefen Betriebstemperatur. Die wesentlichen Teile des Ventils bleiben bei den verschiedenen Ausgestaltungen jeweils gleich, so daß beispielsweise aus der Bauart nach Fig. 1 diejenige nach Fig. 2 ohne großen Aufwand, lediglich durch Auswechseln der Teile 14, 14' und 16, 16' entsteht. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich, wenn z. B. das Sperrglied 5 und die Teile 9, 16 aus einem Stück bestehen und auf eine Ventilspindel im eigentliehen Sinn verzichtet ist und wenn dabei eine der Feder 21 entsprechende Lenkerfeder an den Teilen 9, 16 angreift. Patentansprüche:

1. Mittels eines Steuermediums pneumatisch oder hydraulisch betätigtes Absperrorgan für unter tiefer Betriebstemperatur stehende Leitungen

von Tiefkühlanlagen, z. B. zum Verflüssigen schwer verflüssigbarer Gase, wie Wasserstoff, Helium usw., mit einem Sperrglied und einem damit wirkungsverbundenen, unter dem Einfluß des Steuermediums stehenden, in einem Gehäuse untergebrachten beweglichen Betätigungsorgan, z. B. einem nach Art eines Steuerkolbens wirksamen Teil mit Ventilspindel für die Ausführung der Schließ- und Öffnungsbewegung^- des Sperrgliedes, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied (5) des Absperrorgans als Ventil ausgebildet und mit einer Ventilspindel (4) versehen ist und daß die Ventilspindeil nachgiebig ■— sowohl in radialer als auch in axialer Richtung — auf einer Ventilfeder (15) abgestützt ist und daß die Ventilspindel außerdem zwischen dieser nachgiebigen Abstützstelle und dem Ventil durch mindestens eine Lenkerfeder (21) geführt ist, die in axialer Richtung wesentlich nachgiebiger als in radialer Richtung ist.

2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar an dem Sperrglied (5) ein evakuierter Wärmeisolationsraum (30) angeordnet ist, den die mit dem Sperrglied verbundene Ventilspindel (4) durchsetzt.

3. Absperrorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuermedium für das Absperrorgan das Betriebsmedium der Tiefkühlanlage verwendet ist.

4. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem nach Art eines Druckkolbens wirksamen Teil, der auf der Ventilspindel sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der nach Art eines Druckkolbens wirksame Teil an seinem Umfang (bei 11) mit dem einen Ende eines Balgs (12) verbunden ist, dessen anderes Ende an dem Steuergehäuse (2) befestigt ist und durch den der Gehäuseraum in zwei mit S teuer leitungen (25, 26) verbundene Steuerräume (27, 28) für das Steuermedium unterteilt ist.

5. Absperrorgan nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Sperrglied (5) zugekehrte Steuerraum (27) des Steuergehäuses (2) mittels eines weiteren, an der Spindel (4) angreifenden Balgs (18) gegen das Sperrglied (5) hin abgedichtet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 893 296.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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