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Schutzventil für oberirdische Lagerbehälter und Lagerbehälter mit
einem derartigen Ventil Die Erfindung betrifft ein Schutzventil für oberirdische
Lagerbehälter, bei dem hinter einem Hauptventil eine mit dem Eingang desselben über
eine Zuströrnöffnung verbundene Gegendruckkammer vorgesehen ist, welche zur Druckentlastung
zwecks Öffnung des Hauptventils unter dem Flüssigkeitsdruck über ein Hilfsventil
und eine Nebenleitung mit dem Ausgang des Hauptventils in Verbindung gebracht werden
kann, sowie einen Lagerbehälter, der mit einem derartigen Ventil ausgerüstet ist.
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Es ist ein Schließventil für einen unter Druck stehenden Tank bekannt,
bei welchem hinter einem Hauptventil eine mit dem Eingang desselben über eine Zuströmöffnung
verbundene Gegendruckkammer vorgesehen ist, welche zur Druckentlastung zwecks Öffnung
des Hauptventils unter dem Flüssigkeitsdruck über ein Hilfsventil und eine Nebenleitung
mit dem Ausgang des Hauptventils in Verbindung gebracht werden kann. Die Steuerung
des Hilfsventils erfolgt dabei über einen Schwimmer, welcher auf die Flüssigkeitsstandhöhe
in dem Behälter anspricht. Sinkt der Flüssigkeitsstand in dem Behälter unter die
Minimalhöhe, dann schließt ein Kolben die in die Entnahmeleitung führende Öffnung.
Es baut sich dann in einer Kammer der höhere Behälterdruck auf, auf Grund dessen
eine Platte auf den Ventilsitz angedrückt wird.
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Demgegenüber ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Ventils,
das sowohl die Zufuhr als auch die Entnahme von Flüssigkeit aus einem Behälter erlaubt,
bei Rohrbruch aber schließt.
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Drucklose oder unter Druck stehende oberirdische Lagerbehälter für
brennbare oder andere, gewisse Gefahrenmomente mit sich bringende Flüssigkeiten
müssen hinsichtlich ihrer Entnahme- und Einlagerungsleitungen so gesichert sein,
daß ein Auslaufen der Flüssigkeit bei Leitungsbruch oder bei Fehlschaltung von Armaturen
mit Sicherheit vermieden wird. Unter einem Leitungsbruch ist dabei auch die Beschädigung
von angeschlossenen Aggregaten beispielsweise durch Anfahren von angeschlossenen
Zapfsäulen oder durch Brandeinwirkung zu verstehen. Die entsprechenden Vorschriften
sollen sowohl dem Feuerschutz als auch dem Grundwasserschutz dienen.
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Um diesen Forderungen Rechnung zu tragen, wird bei bekannten Behältern
der Saugstutzen der Entnahmeleitung im Inneren des Lagerbehälters mit einem feder-
oder gewichtsbelasteten Saugventil versehen. Der Schließdruck des Saugventils muß
so hoch gewählt werden, daß dieses den statischen Druck der Flüssigkeitssäule bei
vollständig gefülltem Lagerbehälter kompensiert, so daß also der statische Druck
oder ein Saughebereffekt das Saugventil nicht zu öffnen vermag. Es muß also auf
alle Fälle gewährleistet sein, daß eine Entnahme von Flüssigkeit nur unter Saugwirkung
einer im Betrieb befindlichen Saugpumpe erfolgen kann.
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Wenn die maximale Füllhöhe des Lagerbehälters z. B. 6 m beträgt, so
muß zur Vermeidung des Saughebereffektes das Saugventil einen Öffnungsdruck von
wenigstens 7 m Wassersäule haben. Bei fast leerem Behälter muß von der Saugpumpe
ein je nach dem Niveauunterschied entsprechend höherer Saugdruck aufgebracht werden,
was einen entsprechenden Leistungsabfall mit sich bringt. Zur Vermeidung dieses
Leistungsabfalles wurde nun bereits vorgeschlagen, einen Druckzylinder vorzusehen,
welcher an die Druckseite einer mit der Saugleitung verbundenen Förderpumpe der
Zapfeinrichtung angeschlossen ist. Ein in dem Druckzylinder beweglicher Kolben wirkt
dann auf den Ventilteller des Saugventils in dem Sinne, daß dieser unter der Einwirkung
des Kolbendruckes von seinem Sitz abgehoben wird.
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Gemäß diesem Vorschlag muß also eine zusätzliche Druckleitung von
der Druckseite der Pumpe bis zu dem Saugventil verlegt werden, was einen gewissen
Aufwand mit sich bringt, insbesondere wenn die Pumpe sehr weit vom Lagerbehälter
entfernt ist. Weiterhin zwingt diese Lösung zur Verwendung von Förderpumpen mit
sogenannter »steiler Charakteristik«, da nur diese für die Abführung druckseitiger
Energie zu Steuerzwecken geeignet sind. Es muß nämlich nach dem Öffnen der Abgabestelle
ein genügend hoher Druck vorhanden sein, um über die Druckzylinder-Kolbenanordnung
das Saugventil zu betätigen. Pumpen mit steiler Kennlinie haben jedoch nur etwa
die Hälfte des Wirkungsgrades
von Pumpen m:t flach,-.r Kennlinie.
Ein großer Teil des theoretischen Leisiungsgewinnes geht dadurch wieder verloren.
Außerdem ist bei dieser Ausführungsform der Pumpenzulaufdruck abhängig von der Standhöhe
der Flüssirkeit im Behälter. D:2s Saugveniil benötigt eine kräftige Ventilfeder,
deren Kraft teils saugseitig, teils druckseitig überwunden werden muß.
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Gemäß der Erfindung soll also ein oberirdischer Lagerbehälter für
Flüssigkeiten gegen unkontrolliertes Auslaufen unter einem Saughebereffekt oder
unter einem im Behälter herrschenden Überdruck gesichert sein. Der Zulaufdruck zu
der Pumpe soll weitgehend unabhängig von der Füllhöhe des Behälters in bestimmten
Grenzen verbleiben. Die Pumpe kann eine flache Charakteristik haben. Ihre Saugwirkung
braucht das übliche Maß nicht zu übersteigen, auch wenn Behälter mit sehr hohen
Füllhöhen, z. B. mit Füllhöhen von über 9 m, verwendet werden. Weiterhin soll, wie
dies bekannt ist, die Entnahme und das Einlagern von Flüssigkeit über ein und dieselbe
Leitung und dementsprechend über ein und dasselbe Schutzventil erfolgen.
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Diese Aufgaben wurden gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das
Hilfsventil auf den von einer mit dem Hauptventil verbundenen Pumpe bei der Entnahme
von Flüssigkeit erzeugten Ansaugdruck im Sinne einer Entlastung der Gegendruckkammer
und der damit verbundenen Öffnung des Hauptventils anspricht.
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Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der das Hauptventil
in an sich bekannter Weise als Stufenkolben ausgebildet ist. Im übrigen wird hinsichtlich
weiterer Merkmale der Erfindung auf die Unteransprüche verwiesen.
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Ein Lagerbehälter mit einem Ventil gemäß der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die sowohl der Entnahme als auch der Einlagerung von Flüssigkeit
dienende Leitung und vorzugsweise auch die Entlüftungsleitung aus dem Domdeckel
des unteren Domes des Behälters herausgeführt ist. Die gesamte Ventilanordnung kann
in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein, welches vorzugsweise hinter dem
Domdeckel des unteren Domes des Behälters montiert ist.
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In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine zum Teil ausgebrochene Ansicht
eines oberirdischen Lagerbehälters, F i g. 2 einen Schnitt einer bevorzugten Ausführungsform
des in dem Lagerbehälter vorgesehenen Schutzventils.
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Ein oberirdischer Lagerbehälter 1 besitzt in bekannter Weise einen
unteren Dom 2, welcher mittels eines Domdeckels 3 verschlossen ist. Durch
den Domdeckel 3 ist eine Entlüftungsleitung 4 und eine sowohl der Entnahme als auch
der Einlagerung von Flüssigkeit aus dem bzw. in den Behälter 1 dienende Leitung
5 abgedichtet herausgeführt. Hinter dem Domdeckel 3 ist eine ein Schutzventil
enthaltende Ventilanordnung 6 angeordnet, an welche eine bis in die Nähe
des Behälterbodens führende Leitung 7 angeschlossen ist. Dem Einlagern von Flüssigkeit
in den Behälter 1 und der Entnahme derselben dient eine schematisch angedeutete
Pumpe B. Die Ventilanordnung 6 ist in F i g. 2 in vergrößertem Maßstab und
im Schnitt dargestellt. Ein Stufenkolben 10, welcher eine Stufe 11 und eine Zuströmöffnung
12 in seinem Mantel besitzt, gleitet in einem Zylinder 13.
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Dem Stufenkolben 10 ist ein Ventilsitz 14 zugeordnet, so daß er die
Leitung 5 in seiner" offenen Stellung mit der bis in die Nähe des Behälterbodens
führenden Leitung 7 verbindet. Den Anschlüssen der entsprechenden Leitungen dienen
Flansche 5 a und 7 a,
welche mittels Schrauben 15 miteinander und mit
einem Gehäuse 16 verbunden sind.
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Der Zylinder 13 ist auf der Außenseite eines eine Kammer 17 bildenden
Gehäusestückes abgedichtet befestigt. Die Kammer 17 steht über eine Absaugbohrung
18 mit einer Nebenleitung 19 in Verbindung, welch letztere über einen Ringkanal
21 in die Leitung 5 mündet. Weiterhin steht die Kammer 17 über eine Ablaufbohrung
22 mit dem Innenraum des Stufenkolbens 10 in Verbindung. Diese Ablaufbohrung
22 ist durch ein Verschlußstück 23 eines Hilfsventils verschließbar, welches über
einen Stößel 24 mit einer Membran 25 verbunden ist.
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Das die Kammer 17 bildende Gehäusestück ist mittels Schrauben 26 an
dem Kopfteil des Gehäuses 16 unter Einspannung der Membran 25 befestigt und bildet
mit diesem einen Raum 27, der von der Membran 25 in zwei Hälften unterteilt wird.
Der obere Teil des Raumes 27 steht über die Entlüftungsleitung 4 mit der Atmosphäre
in Verbindung. Der untere Teil des Raumes 27 bildet eine Erweiterung der Kammer
17. In der Kammer 17 ist noch eine Druckfeder 28 vorgesehen, welche
die Membran 25 abstützt. Weiterhin ist im Inneren des Stufenkolbens 10 eine
Feder 29 vorgesehen, welche sich an dem die Kammer 17 bildenden Gehäuseteil
abstützt und welche bestrebt ist, den Stufenkolben 10 in seine Schließstellung auf
dem Ventilsitz 14 zu drücken.
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Der Querschnitt der Zuströmöffnung 12 in dem Stufenkolben 10 ist kleiner
als der Querschnitt der Ablaufbohrung 22. Der Querschnitt der in die Nebenleitung
19 führenden Absaugbohrung 18 ist größer sowohl als der Querschnitt
der Ablaufbohrung 22 als auch der Zuströmöffnung 1.2.
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Die Wirkungsweise der dargestellten Vorrichtung ist folgende: Im Ruhezustand
herrscht im Inneren des Stufenkolbens 10 der volle Behälterdruck, da sich dieser
über die Leitung 7 und die Zuströmöffnung 12 ausgeglichen hat. Dieser
Druck, welcher auf die Differenzfläche der gesamten Ouerschnittsfläche des Kolbens
10 und der Fläche der Stufe 11 wirkt, preßt den Kolben 10 unter
Unterstützung durch die Feder 29
auf seinen Ventilsitz 14. Wenn der Behälter
1 vollständig entleert und drucklos ist, hält nur noch die Feder 29 den Stufenkolben
10 in seiner Schließstellung.
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Bei Einlagerung von Flüssigkeit unter Druck über die Leitung 5 wird
durch den Flüssigkeitsdruck der Stufenkolben 10 langsam zurückgedrängt, wobei die
überschüssige Flüssigkeitsmenge sich über die Zuströmöffnung 12 entleert. Durch
diesen Flüssigkeitsausgleich erfolgen die Bewegungen des Kolbens 10
ruhig
und langsam; Stöße werden somit vermieden.
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Bei Entnahme von Flüssigkeit aus dem Behälter 1 über die Leitung 5
mittels einer Saugpumpe wird zuerst über den Ringkanal 21, über die Nebenleitung
19 und über die Absaugbohrung 18 die Kammer 17 etwas entleert, wodurch ein Unterdruck
gegenüber dem Atmosphärendruck entsteht. Unter diesem Unterdruck
wird
die Membran 25 gegen die Wirkung der Feder 28 zurückgezogen. wobei über den Stößel
24 das Verschlußstück 23 zurückweicht und die Ablaufbohrung 22 freigibt. Die Membran
25, der Stößel 24 und das Verschlußstück 23 wirken also als Hilfsventil,
über welches bei Entnahme vor. Flüssigkeit aus dem Behälter 1 der Flüssigkeitsdruck
in dem Hohlraum des Stufenkolbens 10 abgebaut wird. Infolge des kleinen Querschnittes
der Zuströmöffnung 12 stellt sich im Inneren des Stufenkolbens 10 ein Druck ein,
der zwischen dem Behälterdruck und dem Absaugedruck liegt. Die Dimensionierung der
Querschnitte der Bohrungen und der Stufe 11 ist nun so getroffen, daß der auf die
Stufe 11 des Kolbens 10
wirkende Behälterdruck zusammen mit dem Differenzdruck
aus dem im Inneren des Kolbens 10 herrschenden Druck und dem Ansaugdruck
der Pumpe den Kolben über den Stufenkolben 10 von seinem Ventilsitz 14 abhebt. Da
der vom Stufenkolben 10 freigegebene Durchflußquerschnitt kleiner ist als die Durchflußquerschnitte
in den Leitungen 5 und 7, d. h. da die Ventilanordnung einen gewissen Durchflußwiderstand
abhängig von der Durchflußmenge besitzt, wirkt bei der Entnahme von Flüssigkeit
über die Nebenleitung 19 immer ein gewisser Saugdruck, der den Stufenkolben 10 in
seiner geöffneten Stellung hält. Bei Entnahme mit geringerer Durchflußmenge oder
bei dosierter Entnahme spielt sich der Kolben 10 in eine Mittelstellung ein, in
welcher immer noch ein gewisser Saugdruck über die Nebenleitung 19
wirkt.
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Die dargestellte Ausführungsform ermöglicht sowohl die Entnahme als
auch die Einlagerung von Flüssigkeit aus bzw. in den Behälter über die Leitung 5.
Es braucht dementsprechend der Leitung 5 auch nur eine einzige Pumpe 8 zugeordnet
zu werden, an der beispielsweise durch einen Vierwegehahn wahlweise die Saugseite
und die Druckseite vertauscht werden können. Die Anordnung schützt weiterhin mit
Sicherheit gegen Auslaufen des Behälters bei Leitungsbruch. Wenn die tiefste Stelle
der Leitung 5 oder eine entsprechende Zapfeinrichtung im Höhenniveau tiefer liegt
als die Ventilanordnung 6, kann durch entsprechende Wahl der Stärke der Membran
25 und der Feder 28 verhindert werden, daß dieses Gefälle einen Unterdruck in der
Kammer 17 erzeugt, welcher zur Öffnung des Ventilstößels 24 führen könnte. Die Wahl
der Federstärke im Hilfsventil ist also nicht von der möglichen Füllhöhe des Behälters,
sondern lediglich von der relativen Höhenanordnung der Ventilanordnung 6 gegenüber
der pumpenseitigen Leitungsverlegung abhängig. Dementsprechend braucht auch die
Pumpe nicht wie bei den bekannten Anordnungen gegen eine übermäßig hohe Ventileinstellung
zu arbeiten, wenn Behälter mit hohen Füllhöhen verwendet werden sollen.
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In der dargestellten Ausführungsform wurde bewußt auf hydraulische
oder elektrische Regeleinrichtungen verzichtet, da diese einen nicht unerheblichen
Aufwand und gegebenenfalls weitere Gefahrenmomente bei Ausfall mit sich bringen.
Es lassen sich gewisse Vereinfachungen treffen, wenn die Ventilanordnung nur als
Schutzventil für eine Entnahmeleitung dienen soll, d. h. also wenn eine getrennte
Einlagerungsleitung vorgesehen ist. Weiterhin kann der Stufenkolben durch ein äquivalentes
Element ersetzt werden, welches unter den entsprechenden Differenzdrücken gleiche
Bewegungen durchführt. Dieses Element kann dann seinerseits ein den Ventilsitz 14
verschließendes Verschlußstück steuern. Es ist auch nicht unbedingt erforderlich,
daß der Stufenkolben 10 und das Hilfsventil in einer einzigen Ventilanordnung vereinigt
werden. Die beiden Teile können räumlich voneinander getrennt angeordnet und durch
einen entsprechenden Nebenleitungszug miteinander verbunden werden. Als Bezugsnorm
für den das Ansprechen des Hilfsventils bewirkenden Unterdruck wurde der über die
Leitung 4 zugeführte Atmosphärendruck gewählt. Diese Bezugsnorm kann durch andere
Vergleichsdrücke ersetzt werden.