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Sicherheitsvorrichtung für Verteilungsanlagen von unter Druck stehenden
Gasen oder Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für
die Abzweigleitung einer ein Gas oder eine Flüssigkeit führenden Hauptleitung, bestehend
aus einem zwischen dieser und der Abzweigleitung angebrachten Absperrventil, aus
einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Servoeinrichtung, die durch eine erste
Leitung mit der Hauptleitung und durch eine zweite mit der Abzweigleitung verbunden
ist und das Absperrventil in Schließstellung hält, aus einem in der zweiten Leitung
angebrachten Steuerventil zum Öffnen und Schließen des Hauptventils und aus einem
in der Abzweigleitung angeordneten, auf den dynamischen Druck des Gases oder der
Flüssigkeit ansprechenden Organ, das bei überschreiten einer bestimmten Ausflußgeschwindigkeit
über die Servoeinrichtung das Schließen des Hauptventils veranlaßt.
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Eine Vorrichtung nach diesem Gattungsbegriff ist bekannt. Bei Bruch
der angeschlossenen Leitung steigt die Strömungsgeschwindigkeit an. Dadurch steigt
der dynamische Druck der Flüssigkeit an, wodurch das auf diesen Druck ansprechende
Organ verstellt wird. Durch diese Verstellung wird dann über die Servoeinrichtung
das Schließen des Ventils verursacht. Bei der bekannten Vorrichtung ist die Servoeinrichtung
ein Steuerschieber. Soll nun das Ventil nach Reparatur der Leitung wieder geöffnet
werden, dann muß der Steuerschieber durch Handeingriff entgegen der Bewegungsrichtung,
die beim automatischen Schließen durchlaufen wird, verschoben werden. Beim willkürlichen
Schließen des Ventils muß der Steuerschieber ebenfalls von Hand verschoben werden,
und zwar in der Richtung, die auch beim automatischen Schließen durchlaufen wird.
Unabhängig davon, ob nun das Schließen von Hand, also nur zum Zweck des Abschließens
der intakten Leitung, vorgenommen wurde oder ob infolge eines Leitungsbruches automatisch
geschlossen wurde, nehmen die Teile des Ventils die gleiche Stellung ein. Eine Bedienungsperson
kann also nicht feststellen, ob das Ventil von Hand geschlossen worden war oder
infolge eines Rohrbruchs selbsttätig in Schließstellung gegangen war. Es kann deshalb
leicht geschehen, daß das Ventil trotz gebrochener Leitung irrtümlich geöffnet wird.
Dies mag bei verschiedenen Anwendungsfällen nicht gefährlich sein. Bei gefährliche
Flüssigkeiten führenden Leitungen aber, z. B. bei Benzinleitungen, darf es keinesfalls
geschehen, daß das Ventil bei gebrochener Leitung geöffnet wird.
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Durch die Erfindung soll nun eine Sicherheitsvorrichtung geschaffen
werden, bei der solche Bedienungsfehler nicht vorkommen können. Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung zu schaffen, bei der verschiedene
Bedienungsvorgänge zum öffnen des Ventils nötig sind, je nachdem, ob das Ventil
absichtlich geschlossen wurde oder infolge eines Leitungsbruchs automatisch geschlossen
hat.
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Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung der eingangs genannten
Gattung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der von der Servoeinrichtung zur Abzweigleitung
führenden zweiten Leitung in Reihe mit dem Steuerventil ein Absperrorgan angeordnet
ist, das unabhängig vom Steuerventil verstellbar, normalerweise geöffnet und mit
einer in der Abzweigleitung liegenden und auf den dynamischen Druck der Flüssigkeit
ansprechenden Klappe gekuppelt ist, die bei Überschreiten einer vorbestimmten Geschwindigkeit
in eine Endstellung umkippt und das Absperrorgan schließt.
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Durch die Trennung des Absperrorgans und des Steuerventils ist am
geschlossenen Ventil stets erkennbar, ob es durch willkürliche Betätigung des Steuerventils
oder durch automatisches Betätigen des Absperrorgans geschlossen wurde. Selbst dann,
wenn sowohl das handbetätigte Steuerventil als auch das Sicherheits- und Absperrorgan
gleichzeitig geschlossen sein sollten, besteht keine Gefahr, daß Bedienungsfehler
vorkommen, da das Ventil auch dann noch nicht öffnet, wenn das Steuerventil im
Sinne
der Ventilöffnung verstellt wird; es ist noch die zusätzliche Verstellung des Absperrorgans
nötig. Die Bedienungsperson weiß immer, daß dann, wenn zum öffnen des Ventils das
Sicherheitsabsperrorgan betätigt werden muß, an der Leitung etwas nicht in Ordnung
war, und wird sich dann vergewissern, ob der Schaden behoben ist. Bei gefährliche
Flüssigkeiten führenden Anlagen, z. B. bei Tankanlagen auf Flugplätzen, ist eine
solche Sicherung gegen unerlaubtes öffnen des Absperrorgans von großem Vorteil.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Klappe aus zwei Teilen besteht, die einen stumpfen Winkel miteinander in
bezug auf die senkrecht zur Strömungsrichtung liegende Drehachse bilden, wobei der
obenliegende Teil in der Ruhestellung parallel zur Strömungsrichtung und der andere
Teil schräg hierzu angeordnet ist. Auf den schräg zur Strömungsrichtung liegenden
Teil wird durch das Strömungsmittel ein dynamischer Druck ausgeübt, der ein Drehmoment
um die Drehachse bewirkt. Bei überschreiten einer gewissen höchstzulässigen Geschwindigkeit
wird dieses Drehmoment so groß, daß die Drehachse gedreht und dadurch das Absperrorgan
betätigt wird.
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Als Gegenkraft kann beispielsweise eine Federkraft dienen, die an
der Drehachse ein Gegenmoment erzeugt. Diese Feder kann an einem an der Drehachse
vorgesehenen Hebelarm angreifen, so daß dieser nach einer anfänglichen kleinen Drehung
der Drehachse unter Einwirkung der Feder in die stabile Endstellung umkippt.
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Das Absperrorgan kann ebenfalls die Form eines schwenkbaren Flügels
haben; das Strömungsmittel bewirkt dann das Schließen dieser Klappe etwa in der
Art einer Rückschlagklappe. Das Absperrorgan und die auf den dynamischen Flüssigkeitsdruck
ansprechende Klappe können mechanisch verbunden sein. Bei einer besonders einfachen
Ausführungsform sitzt die Klappe auf der gleichen Welle wie das Absperrorgan, wobei
beide Teile nahe nebeneinander angeordnet sein können.
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Um nach Ansprechen der Sicherheitseinrichtung und Beheben der Störung
das Zurückstellen zu ermöglichen, ist ein entsprechendes Bedienungsorgan anzubringen.
Dieses kann beispielsweise aus einem von Hand betätigbaren Stößel bestehen, durch
dessen Betätigung das Absperrorgan in die Offenlage gebracht wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der
Zeichnungen beschrieben, in diesen zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch eine schematische
Darstellung einer Verteilerleitung mit einer Sicherheitsvorrichtung gemäß der Erfindung,
F i g. 2 einen Schnitt durch eine praktische Ausführungsform eines Verteilers, F
i g. 3 einen Schnitt in größerem Maßstab durch Einzelheiten der Sicherheitsvorrichtung,
F i g. 4 und 5 Schnitte entsprechend den Linien IV-IV und V-V der F i g. 3 und F
i g. 6 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles a der F i g. 3.
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Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Verteiler sitzt auf einer das
Druckgas oder die Druckflüssigkeit zuführenden Hauptleitung 1, beispielsweise einer
in der Erde verlegten Leitung zur Versorgung von Flugzeugen mit flüssigem Brennstoff.
Von der Leitung 1 sind Rohre 2 mit dem Hauptventil 3 abgezweigt, das mit Hilfe einer
Feder 4 in Schließstellung gehalten wird.
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Der Ventilteller 3 ist mit einem Kolben 5 größeren Durchmessers durch
eine Stange 6 verbunden. Der Kolben gleitet in einem Zylinder 7, der in zwei Kammern
8 und 9 unterteilt ist, die obere Kammer 8
steht mit dem Rohr
2 durch eine Leitung 10 in Verbindung, die eine kalibrierte Drosselstelle
11 aufweist, während die untere Kammer 9 durch eine oder mehrere öffnungen
12 mit dem Ausströmkanal 13 verbunden ist.
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In der Ruhestellung trennt das Hauptventil 3 den Ausflußkanal
13 von der Zuführungsleitung 1. Der Kanal 13 endet in Bodenhöhe in
einem Verbindungsstutzen 29 (F i g. 2), der entsprechend einem Feuerwehrhydranten
ausgebildet ist und an dem ein nicht dargestelltes flexibles Rohr befestigt werden
kann. Solange der Leitung 13 nichts entnommen wird, ist die Mündung 30 des
Kanals 13 durch einen Ventilkolben 31 abgeschlossen, der unter Wirkung einer
Feder 32 steht. Um das Ventil 31 entgegen der Feder 32 zu öffnen, braucht
man nur den Flansch des flexiblen Rohres auf den Stutzen 29 aufzusetzen.
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Die Kammer 8 oberhalb des Kolbens 5 ist mit dem Kanal 13 durch
einen Kanal 14 in Verbindung gebracht, der durch ein Steuerventil 15 abschließbar
ist. In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist das Verschlußstück des Steuerventils
15 als Teller dargestellt, der an einem Kolben 33 befestigt ist und durch eine Feder
34 in seiner Schließstellung gehalten wird. Das öffnen des Steuerventils 15 geschieht
durch ein sehr schematisch dargestelltes Organ, nämlich durch eine Stange 35 und
ein Gestänge 36. Dieses kann durch Fernsteuerung unter Anwendung bekannter übertragungsmittel
bewegt werden. Der Kanal 14 ist unterteilt in einen Kanal 14 a, der
in eine Ringnut 14 b mündet, sie bildet einen Halbkreis und von ihr geht ein zweiter
Kanal 14 c aus, der zu dem Austrittskanal 13 führt. In diesem ist eine schwenkbare
Klappe A angebracht, die bei B eine Verlängerung C aufweist. Die Bewegung
dieser Klappe wird durch eine bekannte Verbindung, die kinematischer oder anderer
Art sein kann, dargestellt durch die strichpunktierte Linie D, auf ein Absperrorgan
E übertragen, das in dem Kanal 14 in Reihe mit dem Steuerventil 15 angeordnet
ist. Dieser Teil der Sicherheitsvorrichtung ist in größerem Maßstab in den F i g.
3 bis 6 dargestellt.
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In dem Ausführungsbeispiel sind die Klappe A und das Absperrorgan
E nahe nebeneinander auf der gleichen Welle D befestigt, die von den Lagern F getragen
und durch ein Widerlager G gehalten wird. Das Absperrorgan E ist in der ringförmigen
Nut 14 b angeordnet. Die Welle D steht unter Wirkung einer Zugfeder H, die
zwischen einem fest mit der Welle D
verbundenen Kurbelzapfen 1 und einer Mutter
J angebracht ist, die auf einer Schraube K sitzt. Diese bewegliche Einrichtung ist
entsprechend einem Kippschaltersystem ausgebildet und hat nur zwei feste Endstellungen.
Diese Stellungen sind im vorliegenden Fall durch den Anschlag des Absperrorgans
E an der Wand der Bohrung 14 b (F i g. 5) bestimmt, und zwar sowohl in der
Offenstellung (voll ausgezogene Linie) wie in der Schließstellung (gestrichelte
Linie) des Absperrorgans.
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Die Spannung der Feder H ist durch Verstellung der Mutter J regelbar,
und zwar durch Drehen der Schraube K. Sie dient dazu, auf die bewegliche Einrichtung
eine
Kraft auszuüben, die dem Strömungsdruck auf die Klappe A entgegengesetzt gerichtet
ist und diese bei zulässigen Strömungsgeschwindigkeiten in der Offenstellung hält.
Wenn aber die Strömungsgeschwindigkeit einen gewissen Wert übersteigt, überwiegt
die Kraft der Strömung die der Feder H, und die Klappe A wird in die
gestrichelt gezeichnete Lage geschwenkt und das Absperrorgan E geschlossen. Diese
Bewegung erfolgt sprunghaft, d. h. ohne Zwischenstellungen, nicht nur auf Grund
der Kippwirkung, sondern auch auf Grund des Strömungsdruckes auf die Verlängerung
C der Klappe A. Die graduelle Verminderung der von der Strömung auf die Klappe A
ausgeübten Kraft im Laufe der Schwenkbewegung wird durch das Anwachsen der auf die
Verlängerung C ausgeübten Kraft ausgeglichen. Das Absperrorgan E ist so angeordnet,
daß die Schließbewegung durch die Strömung in der Nut 14 b entsprechend dem
Pfeil f (F i g. 5) unterstützt wird. Um die bewegliche Einrichtung wieder in ihre
Ausgangsstellung zu bringen, genügt es, einen Druck auf die Stange oder den Wiedereinschaltknopf
L auszuüben.
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Die beschriebene Vorrichtung wirkt in folgender Weise: In der Ruhestellung
befinden sich die Klappe A und das Absperrorgan E in der voll ausgezogenen Offenstellung,
während das Steuerventil 15 geschlossen ist. Die Zufuhrleitung 1 führt z. B. Brennstoff
unter erhöhtem Druck, üblicherweise in der Größenordnung von 10 bis 15 kg pro Quadratzentimeter.
Dieser Druck wird durch die Leitung 10 zur Kammer 8 oberhalb des Kolbens 5 übertragen
und wirkt einmal auf die obere Fläche des Kolbens und zum anderen auf die untere
Fläche des Ventiltellers 3 des Hauptventils. Auf Grund des Unterschiedes der beiden
Flächen überwiegt die auf den Kolben 5 wirkende Kraft, und der Teller 3 wird auf
seinem Sitz 3 a festgehalten, und zwar um so mehr, je höher der Druck ist. Der Austrittskanal
13 ist abgeschlossen.
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Wenn man das Steuerventil 15 öffnet und so die Kammer 8 durch
die Leitung 14 entleert (das Absperrorgan Eist offen, wie oben angegeben), bewirkt
man einen Druckabfall in der Kammer 8, der (auf Grund der Drosselstelle 11) nicht
unmittelbar durch Eintritt von Flüssigkeit unter Druck durch die Leitung 10 kompensiert
werden kann, die auf den Teller 3 durch den Brennstoffdruck im Rohr 2 ausgeübte
Kraft überwiegt und veranlaßt das öffnen des Ventils 3. Der Brennstoff tritt
dann in den Kanal 13
und über die Bohrungen 12 in die Kammer 9 unterhalb des
Kolbens 5 ein. Der Druck in der Kammer 9
entspricht dann dem Druck
im Rohr 1, vermindert um den Druckabfall beim Durchtritt der Flüssigkeit zwischen
Teller 3 und Sitz 3 a.
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Die Flüssigkeit, die durch den Kanal 13 in Richtung der Öffnung
30 strömt, übt auf die Klappe A eine Kraft aus, die von der Strömungsgeschwindigkeit
abhängt. Wie zuvor ausgeführt, ist die Klappe der entgegenwirkenden Kraft der Feder
H unterworfen. Ihre Spannung ist so, daß die Klappe unbeweglich bleibt, wenn die
Strömungsgeschwindigkeit nicht die zulässige Ausströmgeschwindigkeit des Verteilers
überschreitet. Wenn ein steiler Geschwindigkeitsanstieg eintritt, wie z. B. beim
Bruch des flexiblen, an die Öffnung 30 angeschlossenen Rohres, wird die entgegenwirkende
Kraft der Feder H überwunden, und die Klappe A schwenkt bis in ihre gestrichelt
dargestellte Lage aus. Diese Bewegung wird durch die Welle D auf das Absperrorgan
E übertragen, die den Kanal 14 abschließt. Dies führt zu einem Druckanstieg in der
Steuerkammer 8; hierdurch wird der Ventilteller 3 auf seinen Sitz zurückgeführt
und schließt damit die beschädigte Leitung ab. Sobald diese wieder hergestellt und
man sicher ist, daß der Ventilteller 15 geschlossen ist, bringt man die Sicherheitsvorrichtung
A bis E in ihre Ruhestellung mit Hilfe des Stößels L.
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Man kann die mechanische, durch die Welle D angedeutete Kupplung durch
eine elektrische ersetzen, wobei das Absperrorgan E in diesem Falle als, Magnetventil
ausgebildet wird. Die Erfindung kann auf beliebige Verteilungssysteme angewendet
werden, z. B. auch auf solche für Wasser und Gas.