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Die Erfindung bezieht sich auf ein federbelastetes Federbelastetes
Sicherheitsventil Sicherheitsventil mit einem als Hochhubkolben ausgebildeten Verschlußstück,
dessen Ventilsitz koaxial von zwei zylindrischen, in der Höhe verstellbaren Ringen
umgeben ist.
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Bei Sicherheitsventilen dieser Art ist es bekannt, diese Ringe relativ
zueinander und zum Ventilsitz beliebig verstellbar auszubilden. Hierbei bilden die
einander zugekehrten Stirnflächen des Verschlußstücks und des Innenringes einen
Austrittsspalt für eine ringförmige Staudruckkammer, der von dem verstellbaren Außenring
überwacht wird, der mit korbbogenförmig gestalteten Austrittsöffnungen mit nach
oben gerichteter Wölbung versehen ist, um bei wachsendem Ventilhub das Maß des Anwachsens
der Austrittsfläche für die Hubeinheit nach und nach zu verringern und dadurch zu
erreichen, daß das ausströmende Medium in der Staudruckkammer derart gestaut wird,
daß die im Sinne des öffnens des Ventils wirkende Kraft in jedem Punkt des Hubweges
des Ventils zum Ausgleich der mit zunehmendem öffnungshub zunehmenden Spannung der
Ventilbelastungsfeder zunimmt.
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Einem anderen bekannten Sicherheitsventil dieser Art liegt die Aufgabe
zugrunde, bei geöffnetem Ventil eine möglichst große Austrittsöffnung zu schaffen,
um eine verhältnismäßig schwache Ventilfeder anwenden zu können.
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Diesen beiden bekannten Sicherheitsventilen ist es gemeinsam, daß
bereits bei einem ganz geringfügigen öffnen des Ventils eine Strömung auftritt,
so daß ein Druckabfall eintritt, wodurch das Verschlußstück sofort wieder von der
Ventilfeder auf den Ventilsitz zurückgedrückt wird. Dies löst anschließend wieder
ein Öffnen des Ventils aus, so daß der Verschlußkörper sowohl beim Öffnen als auch
beim Schließen des Ventils leicht ins Flattern kommt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsventil der
eingangs genannten Art zu schaffen, das jeweils den besonderen Anforderungen durch
eine einfache Einstellung so angepaßt werden kann, daß in jedem speziellen Einsatzfall
mit Sicherheit ein Flattern des Verschlußkörpers beim öffnen und beim Schließen
des Ventils vermieden wird.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Kombination der folgenden
Merkmale gelöst: a) Die Stirnfläche des inneren Ringes ist etwa so groß wie die
im Schließzustand des Ventils vom Druck im Auslaß beaufschlagte gegenüberliegende
Ringfläche des Verschlußstücks; b) die Innenfläche des vollwandig ausgebildeten
äußeren Ringes ist im Bereich seines Randes zylindrisch, wobei der Innendurchmesser
dieses Ringes nur geringfügig größer als der Außendurchmesser des gegenüberliegenden
zylindrischen Teiles des Verschlußstücks ist; c) der innere und äußere Ring sind
relativ zueinander und zum Ventilsitz beliebig verstellbar; d) im Verschlußstück
ist mindestens ein durchgehender Kanal vorgesehen, der in der dem inneren Ring gegenüberliegenden
Stirnfläche des Verschlußstücks mündet.
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Dadurch, daß gemäß dem Merkmal a) die Stirnfläche des inneren Ringes
etwa so groß ist wie die gegenüberliegende Ringfläche des Verschlußstücks, wird
erreicht, daß durch Verstellung des inneren Ringes das Volumen des von der Stirnfläche
des inneren Ringes begrenzten Ringraumes wesentlich verändert werden kann.
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Durch das Merkmal b) wird erreicht, daß der Außenring so eingestellt
werden kann, daß er den obengenannten Ringraum praktisch so abschließt und beim
Abheben des Verschlußstücks von seinem Sitz das Ventil noch nicht ganz öffnet, wodurch
die, beaufschlagte Fläche des Verschlußstücks zur Erhöhung des statischen öffnungsdrucks
um die diesen Ringraum begrenzende Verschlußstückfläche vergrößert wird; damit ist
ein sicheres Abheben des Verschlußstücks vom Ventilsitz gewährleistet. Gleichzeitig
wird durch dieses Merkmal erreicht, daß bei geöffnetem Ventil eine axiale Ablenkung
des ausströmenden Stoffes bewirkt wird, durch die ein im öffnungssinn
wirkender
dynamischer Druck auf das Verschlußstück ausgeübt wird..Dies hat wiedetum den Vorteil,
daß beim Schließen des Ventils sofort nach dem Unterbinden der Strömung infolge
des Abschließens des Ringraumes durch das Verschlußstück die vom ausströmenden Medium
ausgeübte öffnungskraft absinkt und die Schließbewegung weitergefördert wird. Diese
Eigenschaft des Sicherheitsventils gemäß der Erfindung kann nun sehr einfach durch
die Einstellung des über den Innenring vorstehenden Randes des Außenringes gesteuert
werden.
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Damit der den Ringraum ausfüllende Stoff das Zurückfallen des Verschlußstücks
nicht behindert, ist .gemäß dem Merkmal d) im Verschlußstück mindestens ein
durchgehender Kanal vorgesehen.
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Es ist zwar ein Hochhubsicherheitsventil bekannt, bei dem die Begrenzung
der Hochubkammer so ausgebildet ist, daß diese, Kammer erst nach einem
be-
trächtlichen Hub des Verschlußstücks mit dem Auslaß verbunden wird. Bei
diesem bekannten Ventil ist jedoch die beim Sicherheitsventil gemäß der Erfindung
mögliche Einstellbarkeit des öffnun s- und Schließverhaltens C, zur Anpassung des
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ventils an die verschiedenartigsten Anforderungen nicht möglich.
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Es ist auch ein Hochhubsicherheitsventil bekannt, bei dem im Verschlußstück
durchgehende Kanäle vorgesehen sind.# Diese dienen dort jedoch nicht dazu, ein störungsfreies
Zurückfallen des Verschlußstücks zu ermöglichen, sondern dazu, das Ein- und Ausströmen
des vom Ventil gesteuerten Mediums in eine Dämpfungskammer zu ermöglichen, die dazu
vorgesehen ist, durch das sich dort ansammelnde Medium die öffnungsbewegung des
Verschlußstücks zu dämpfen.
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Die Erfindung ist an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
eines Sicherheitsventils gemäß der Erfindung erläutert.
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F i g. 1 ist ein schematischer Axialschnitt des Ausführungsbeispiels
längs der Linie I-1 der F i g. 2; F i g., 2 ist ein Querschnitt längs
der Linie II-II der F ig. 1.
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Bei dem dargestellten Beispiel ist 1 ein Ventilsitz, welcher
in einem Gehäuse 2 befestigt ist und mit dem ein Verschlußstück 3 zusammenwirkt,
welches in einer zylindrischen Führung 4 gleitet und dessen Schaft 5 von
einer nicht dargestellten Belastungsfeder beaufschlagt ist, deren Spannung verändert
werden kann.
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Der Ventilsitz 1 ist von zwei Ringen 6 und
7 umgeben, welche an ihrem Umfang Außenverzahnungen 8 bzw.
9 tragen. Der Innenring 6 trägt auf seinen beiden Seiten Gewinde,
welche mit entsprechenden Gewinden des Sitzes 1 bzw. des Außenringes
7 im Eingriff stehen. Diese Gewinde haben gleiche Steigungen, so daß die
Drehung des Innenringes 6 nicht die Verschiebung des Außenringes
7 bewirkt und umgekehrt die Unbeweglichkeit des Außenringes nicht die Bewegung
des Innenringes beeinträchtigt.
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Die Verzahnung 9 steht mit einem Schneckengewinde
10 einer Schnecke 11 im Eingriff, deren Kopf 12 außerhalb des Ventilgehäuses
2 liegt. Ebenso weist eine Schnecke 13, deren Kopf bei 14 sichtbar ist, ein
Schneckengewinde 15 auf, welches mit der Verzahnung 8 des Innenringes
6 im Eingriff steht. Diese das Ventilgehäuse 2 durchdringenden Schnecken
11, 13
weisen je eine Schulter 16, 17 auf, welche sich um das
Loch des Durchtritts der Schnecken durch Hülsen 18, 19 gegen diese legt.
Diese Hülsen sind iii Gewindebohrungen 20, 21 des Gehäuses 2 eingeschraubt und werden
durch Anschlagschrauben 22, 23 gehalten.
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Die obere Stirnfläche 24 des Innenringes 6 grenzt zusammen
mit einer gegenüberliegenden Ringfläche 25 des Verschlußstücks
3 einen flachen Ringraum 26
um die Austrittsöffnung 27 des Ventilsitzes
1 herum ab. Durch das Verschlußstück 3 hindurchgehende Kanäle
28 kleinen Querschnitts münden in diesen Ringraum 26.
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Ein Rand 29 des Außenringes 7 ragt über der oberen Stirnfläche
24 des Innenringes 6 vor und bildet mit einer Auflagefläche 30 des
Sitzes und des Verschlußstücks zusammen den Umfang des flachen Ringraumes
26.
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Nachdem man den Ansprechdruck des Ventils dadurch eingestellt hat,
daß man die Einstellung der auf das Verschlußstück 3 wirkenden Feder verändert,
wird das öffnungs- und Schließverhalten folgendermaßen eingestellt: Man lockert
etwas die Gewindehülsen 18 und 19,
indem man sie um einen Bruchteil
einer Umdrehung in- ihren Bohrungen 20 und 21 so verdreht, daß die Schultern
16 und 17 der Schnecken 11 und 13 freigegeben werden.
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Man betätigt zunächst die Schnecke 13, deren Kopf 14 zugänglich
ist. Die Drehung dieser Schnecke bewirkt über das Schneckengetriebe 15, 8
eine entsprechende Drehung des Innenringes 6, welcher sich infolge des auf
dem Ventilsitz vorgesehenen Gewindes verschiebt. Diese Verschiebung wird durch die
Außenverzahnung 8 ermöglicht, welche stets mit dem Schneckengewinde
5 im Eingriff bleibt, sie hat jedoch wegen der Gleichheit der Ganghöhen der
Gewinde keine Verschiebung des Außenringes 7 zur Folge.
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Die, Einstellung des Innenringes 6 verändert' die Weite des
flachen Ringraumes 26, welcher bei der öffnungsbewegung des Verschlußstücks
3 eine große Rolle spielt. Wenn nämlich bei den Üblichen Ventilen der Druck
des Strömungsmittels der öffnungsschwelle sehr nahe liegt, zeigt das Verschlußstück
die Neigung, zu »flattern«, d. h., es bildet sich eine Schwingung des Verschlußstücks
mit geringer Ampfitude aus, wodurch eine schnelle Folge von öffnen und Schließen
entsteht. Anders ausgedrückt, bei Annäherung an die öffnungsschwelle erfolgt das
öffnen des Ventils nicht eindeutig. Die Einstellung der Weite des flachen Ringraumes
26 gestattet, für einen gegebenen, durch die Einstellung der Feder des Ventils
bestimmten Schwellenwert und unter Berücksichtigung der physikalischen Bedingungen
des ausströmenden Mediums ein schlagartiges Abheben des Ventils zu erhalten.
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Die Erkläruno, der Bedeutung des flachen Ringraums 26 ist darin
zu sehen, daß sich zu Beginn der Aufwärtsbewegung des Ventils dieser Raum mit dem
Druckmedium füllt. Hierbei tritt zu der Kraft P - S
(worin P der Druck
und S die Oberfläche des Verschlußstücks an der Stellung der Öffnung
27 des Ventilsitzes bedeuten), welche die Aufwärtsbewegung des Verschlußstücks
erzeugt hat, plötzlich eine Kraft P - s hinzu (worin s die Ringfläche
25 des Ventils ist). Durch diese plötzliche Zunahme wird die Kraft der Feder
des Ventils reichlich übertroffen, so daß sich das Ventil schlagartig öffnet.
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Wenn die Weite des Ringraumes 26 zu klein ist, kommt diese
Druckzunahme nicht zur Wirkung, und
zwar insbesondere wegen des
starken Widerstandes des Ringraumes und der von ihm auf das Strömungsmittel ausgeübten
Drosselwirkung. Wenn dagegen der Ringraum 26 eine zu große Weite hat, entspannt
sich das Strömungsmittel bei seinem Austritt aus der öffnung 27, und der
auf die Ringfläche 25 wirkende Druck wird zu klein, als daß dann die gewünschte
Wirkung auftreten könnte. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es, durch Entfernen
oder Annähern des Innenringes 6 die ideale Stellung für gegebene Verhältnisse
durch Versuche an Ort und Stelle zu bestimmen.
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Die Einstellung des Außenringes 7 durch Beiätigung der Schnecke
11 gestattet die Veränderung der Höhe seines über der oberen Stirnfläche
24 des Innenringes 6 vorspringenden Randes 29. Dieser vorspringende
Rand wirkt wie ein Ablenker, welcher das beim Öffnen des Ventils radial aus der
Öffnung 27 in Form eines Ringstrahls austretende Strömungsmittel nach oben
gegen die Unterseite des Verschlußstücks 3 lenkt. Dieser abgelenkte Strahl
übt auf das Verschlußstück eine dynamischeWirkung aus, welche zu der des, von dem
Strömungsmittel ausgeübten statischen Druckes hinzutritt und den größtmöglichen
Hub des Verschlußstücks bewirkt.
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Damit sich das Ventil wieder schließen kann, muß infolge dieser dynamischen
Wirkung der Druck auf ein bestimmtes Niveau fallen, welches niedriger als das Niveau
liegt, welches sein öffnen bewirkt hat. Die Verstellung des Außenringes
7 gestattet daher eine genaue Einstellung des Druckunterschiedes zwischen
der Öffnungsschwelle und der Schließschwelle.
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Es ist zu bemerken, daß das Vorhandensein des Ringraumes
26 beim Zurückfallen des Verschlußstücks eine ähnliche Aufgabe erfüllt wie
beim Anheben desselben; er bewirkt nämlich ein schlagartiges Schließen des Ventils.
Sobald nämlich das Verschlußstück gegen die Auflagefläche 30 des Ventilsitzes
stößt, wird seine dem Druck P' der Schließschwelle ausgesetzte Oberfläche plötzlich
von S + s auf S verringert. Hierdurch wird das Verschlußstück
kräftig gegen seinen Sitz 1 gedrückt. Das den Ringraum 26
ausfüllende
Medium stört das Zurückfallen des Verschlußstückes nicht, da die Kanäle
28 die Abfuhr desselben gestatten.
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Es ist ferner zu bemerken, daß zu keinem Zeitpunkt der Einstellung
ein unmittelbarer Zugang zu den inneren Teilen des Ventils erforderlich ist, da
die Betätigung vollständig von außen an den Köpfen 12 und 14 der Schnecken erfolgt.
Hierdurch wird jede Gefahr einer Bespritzung des Personals mit dem ausströmenden
Medium vermieden, welcher ätzend sein oder eine hohe Temperatur haben kann. Nach
beendeter Einstellung werden die Gewindehülsen 18 und 19 festgezogen,
wodurch die Schnecken 11 und 13 und somit die Ringe 7 und
6 blockiert werden. Die Schnecken 11 und 13 werden durch eine
nicht dargestellte Plombierungsvorrichtung in ihrer endgültigen Stellung gehalten.