DE1263433B

DE1263433B - Spring-loaded safety valve

Info

Publication number: DE1263433B
Application number: DER40940A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Carl Heinz Haefele
Original assignee: Rheinische Armaturen und Maschinenfabrik Albert Sempell
Current assignee: Sempell GmbH
Priority date: 1965-06-24
Filing date: 1965-06-24
Publication date: 1968-03-14
Also published as: DE2045282A1; DE2045282B2

Description

Federbelastetes Sicherheitsventil Die Erfindung bezieht sich auf ein federbelastetes Sicherheitsventil, insbesondere für Dampfkraftanlagen, mit einer zusätzlichen Belastung zur Erhöhung der Dichtkraft des Ventilkegels.Spring-loaded safety valve The invention relates to a Spring-loaded safety valve, especially for steam power plants, with a additional load to increase the sealing force of the valve cone.

Bei federbelasteten Sicherheitsventilen verringert sich bekanntlich die Dichtkraft, mit der der Ventilkegel auf dem Sitz aufliegt, mit steigendem Druck. Wächst der Druck beispielsweise bis zum Ansprechdruck des Sicherheitsventils, so _ entsteht annähernd ein Gleichgewicht zwischen der Kraft unter dem Kegel und der Federkraft. Die Folge hiervon ist, daß federbelastete Sicherheitsventile in der Nähe des Ansprechdrucks zum Flattern neigen und undicht werden.In the case of spring-loaded safety valves, it is known to decrease the sealing force with which the valve cone rests on the seat with increasing pressure. If the pressure increases, for example, up to the response pressure of the safety valve, so _ there is approximately a balance between the force under the cone and the Spring force. The consequence of this is that spring-loaded safety valves in the Tend to flutter and leak near the set pressure.

Um die Dichtheit eines Sicherheitsventils zu verbessern und die Ansprechgenauigkeit zu steigern, ist man dazu übergegangen, Zusatzbelastungen anzuwenden, die beim Erreichen des Ansprechdrucks mit entsprechenden Hilfsgeräten ausgeschaltet werden. Die Anwendung einer Zusatzbelastung dient aber auch noch einem anderen Zweck. Für die Erzielung einer ausreichenden Dichtheit eines Sicherheitsventils soll der Betriebsdruck eines Kessels beispielsweise 10'% kleiner sein als der Ansprechdruck des Sicherheitsventils. Dieser Unterschied im Druck steht also für die Erzeugung der Dichtkraft zur Verfügung. Die vorgenannte_ Forderung bringt es auf der anderen Seite mit sich, den Kessel für einen um 1011/o über dem Betriebsdruck liegenden Wert zu berechnen und zu konzessionieren. Hierdurch ergeben sich zwangläufig Mehrkosten. Um nun den Betriebsdruck möglichst nahe an den Ansprechdruck des Sicherheitsventils heranzubringen, verwendet man ebenfalls eine Zusatzbelastung.To improve the tightness of a safety valve and the response accuracy to increase, one has gone over to applying additional burdens when reaching of the response pressure can be switched off with appropriate auxiliary devices. The application however, an additional burden also serves another purpose. For the achievement a sufficient tightness of a safety valve should the operating pressure of a Boiler, for example, be 10% lower than the response pressure of the safety valve. This difference in pressure is therefore available for generating the sealing force. The aforementioned_ requirement brings it on the other hand, the boiler to be calculated and licensed for a value 1011 / o above the operating pressure. This inevitably results in additional costs. To now the operating pressure as possible Bringing it close to the response pressure of the safety valve is also used an additional burden.

Bei den gebräuchlichen federbelasteten Sicherheitsventilen wird die Zusatzbelastung pneumatisch aufgebracht. Zu diesem Zweck ist der Ventilkegel mit einem Kolben verbunden, der mit Druckluft beaufschlagt ist. Der Raum über dem Kolben steht über eine Leitung mit einem Abblaseventil in Verbindung, das elektrisch gesteuert wird. Für die Steuerung dieses Ventils ist ein Druckwächter vorgesehen, der beim Erreichen des Ansprechdrucks im Kessel anspricht und den Stromkreis für die Betätigung des Abblaseventils schließt. Wenn die Druckluft aus dem Raum über dem Kolben entwichen ist, wirkt auf den Ventilkegel des Sicherheitsventils nur noch die Kraft der Schließfeder ein, so daß das Ventil von diesem Zeitpunkt an wie ein normales Sicherheitsventil arbeitet. Um eine zuverlässige Arbeitsweise zu gewährleisten, verwendet man für den Druckwächter Mehrfachauslösungen. Ein schwerwiegender Nachteil der pneumatisch erzeugten Zusatzbelastung liegt in dem ständigen Energieverbrauch und in der Anwendung zusätzlicher Filter und Schutzmittel zur Verhinderung von Eisbildungen in den Luftleitungen.With the common spring-loaded safety valves, the Additional load applied pneumatically. For this purpose, the valve cone is with connected to a piston to which compressed air is applied. The space above the flask is connected via a line to a blow-off valve that is electrically controlled will. A pressure switch is provided to control this valve Reaching the response pressure in the boiler responds and the circuit for actuation the relief valve closes. When the compressed air escaped from the space above the piston is, only the force of the closing spring acts on the valve cone of the safety valve so that the valve works like a normal safety valve from this point on is working. To ensure reliable operation, one uses for the pressure switch multiple trips. A serious disadvantage of the pneumatic The additional load generated lies in the constant energy consumption and in the application additional filter and protective material to prevent ice formation in the air ducts.

Es sind weiterhin hilfsgesteuerte Sicherheitsventile bekannt, bei denen neben dem Hauptventil ein Steuerventil vorgesehen ist, das als federbelastetes Ventil arbeitet. Auf den Ventilkegel des Hauptventils wirkt eine Feder, die in ihrer Kraft überdimensioniert ist und .allein die Dichtkraft des Ventilkegels erzeugt. Lediglich für das öffnen des Hauptventils ist ein zusätzlicher Kraftkolben vorgesehen, der mit dem Dampf der zu überwachenden Dampfleitung betätigt wird. Zu diesem Zweck ist das Steuerventil durch eine Steuerdampfleitung mit dem Raum unter dem Hubkolben des Hauptventils verbunden. Wenn das Steuerventil anspricht, gelangt der Dampf in den Raum unter dem Hubkolben und wirkt ein Anheben des Hubkolbens, der die Kraft der Schließfeder aufhebt und dadurch das Hauptventil öffnet. Diese sogenannten hilfsgesteuerten Sicherheitsventile erfordern also ein zusätzliches Steuerventil und sind deshalb in ihrer Ausführung verhältnismäßig kompliziert und auch störanfälliger.There are also auxiliary-controlled safety valves known in which in addition to the main valve, a control valve is provided, which is a spring-loaded Valve works. A spring acts on the valve cone of the main valve Force is oversized and .only generates the sealing force of the valve cone. An additional power piston is only provided for opening the main valve, which is actuated with the steam of the steam line to be monitored. To this end is the control valve through a control steam line with the space under the reciprocating piston of the main valve connected. When the control valve responds, the steam enters the space under the reciprocating piston and acts a lifting of the reciprocating piston, which the force the closing spring cancels and thereby opens the main valve. These so-called help-driven Safety valves therefore require an additional control valve and are therefore relatively complicated in their execution and also more prone to failure.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein federbelastetes Sicherheitsventil derart auszubilden, daß die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Für die Erzeugung der zusätzlichen Belastung zur Erhöhung der Dichtkraft ist nach dem Grundgedanken der Erfindung eine mechanische Zusatzbelastung vorgesehen, die beim Erreichen des Ansprechdrucks mit Hilfe eines Druckwächters aufgehoben wird. Gemäß der Erfindung ist zu diesem Zweck eine mittels eines Antriebs und eines selbsthemmenden Getriebes,--beispielsweise ein Schneckengetriebe; spannbare Zusatzfeder vorgesehen und zwischen Getriebe und Zusatzfeder eine von einem an sich bekannten Druckwächter ausschaltbare Kupplung angeordnet.The present invention is based on the object of a spring-loaded To design a safety valve in such a way that the aforementioned disadvantages are avoided. To generate the additional load to increase the sealing force is after the basic idea of the invention provided an additional mechanical load that is canceled when the response pressure is reached with the aid of a pressure switch. According to the invention is to this Purpose one by means of a drive and a self-locking gear, - for example a worm gear; tensionable Additional spring provided and between the gear and the additional spring one of a kind known pressure switch disengageable clutch arranged.

An der Antriebswelle des Antriebs ist nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ein das Spannen der Zusatzfeder bewirkender Schwinghebel befestigt, an dem eine Rückholfeder angreift. In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Zusatzfeder durch die Feder einer .axial verschiebbar gelagerten Schnecke gebildet werden, deren Schneckenradwelle unter Zwischenschaltung einer Kupplung mittels eines Schwinghebels am Ventilkegel angreift. Für die Abschaltung des Antriebs während des Spannens der Zusatzfeder kann nach der weiteren Erfindung entweder eine wegabhängige oder eine kraft- bzw. drehmomentabhängige Abschaltung angewendet werden.On the drive shaft of the drive is according to a further feature of the invention attached to the tensioning of the additional spring causing rocker arm to which a Return spring attacks. In a further embodiment of the invention, the additional spring are formed by the spring of a .axially displaceably mounted worm, whose Worm gear shaft with the interposition of a clutch by means of a rocker arm attacks the valve cone. For switching off the drive while the Additional spring can according to the further invention either a path-dependent or a force- or torque-dependent shutdown can be used.

Die nach der Erfindung vorgesehenen Elemente für die Aufbringung der Zusatzbelastung können nach einem weiteren Erfindungsgedanken in einfacher Weise auch zur Beeinflussung, d; h. Unterstützung des Öffnungsvorgangs des Ventils eingesetzt werden. Zu diesem Zweck wird entweder die Rückholfeder gleichzeitig als Anlüftfeder ausgebildet oder eine zusätzliche, durch den Antrieb spannbare Anlüftfeder vorgesehen, die in ihrer Wirkung bei Stromausfall blockiert wird. In diesem Fall ist der Schwinghebel zusätzlich in der Hubrichtung kraftschlüssig mit dem Ventilkegel verbunden, wobei die kraftschlüssige Verbindung nach etwa der halben Rückholbewegung (> Ventilhub) des Schwinghebels eintritt.The elements provided according to the invention for the application of the According to a further concept of the invention, additional load can be easily implemented also for influencing, d; H. Used to support the opening process of the valve will. For this purpose, either the return spring is used as a lifting spring or an additional lifting spring that can be tensioned by the drive is provided, which is blocked in its effect in the event of a power failure. In this case the rocker arm is additionally positively connected to the valve cone in the stroke direction, whereby the non-positive connection after about half the return movement (> valve stroke) of the rocker arm occurs.

Um die Rückholbewegung bei Stromausfall so frühzeitig beenden zu können, daß ein Anlüften des Ventilkegels nicht stattfindet, ist nach einem weiteren Erfindungsmerkmal eine Sperre vorgesehen, die eine Bewegung der Schwinge über die Stellung hinaus, in der die kraftschlüssige Verbindung mit dem Ventilkegel einsetzt, verhindert.In order to be able to end the return movement early in the event of a power failure, that a lifting of the valve cone does not take place, is according to a further feature of the invention a lock is provided, which prevents movement of the rocker beyond the position in which the frictional connection with the valve cone begins, prevents.

Die Vorteile, die die Anwendung einer spannbaren Feder für die Erzeugung der Zusatzbelastung bei einem Sicherheitsventil mit sich bringt, liegen vor allem darin, daß die Zusatzkraft genau bestimmbar und von äußeren Einwirkungen praktisch unabhängig ist. Von großem Vorteil ist außerdem, daß das Entspannen einer Feder in wesentlich kürzerer Zeit vor sich geht als der Druckabbau in einem pneumatisch belasteten Druckgerät und daß deshalb die nach der Erfindung vorgesehene Zusatzbelastung praktisch trägheitsfrei arbeitet. Weiterhin wird bei normaler Arbeitsweise des Ventils für die Hilfseinrichtung im Vergleich zu einer pneumatisch erzeugten Zusatzbelastung nur sehr wenig Energie verbraucht.The advantages of using a tension spring for generating the additional load associated with a safety valve are above all in that the additional force can be precisely determined and is practical from external influences is independent. Another great advantage is that the relaxation of a spring takes place in a much shorter time than the pressure reduction in a pneumatic loaded pressure equipment and that therefore the additional load provided according to the invention works practically inertia-free. Furthermore, during normal operation of the valve for the auxiliary equipment compared to a pneumatically generated additional load uses very little energy.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt F i ,g. 1 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsventils mit Zusatzbelastung in Form einer am Ventilkopf sitzenden Feder, F i g. 2 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform für die Erzeugung einer Zusatzbelastung und F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei der eine Unterstützung des Öffnungsvorgangs vorgesehen ist.Further details of the invention are shown in the drawing Embodiments explained. It shows F i, g. 1 is a schematic representation a safety valve with additional load in the form of a valve seated on the valve head Spring, fig. 2 shows a schematic representation of a modified embodiment for the generation of an additional load and F i g. 3 is a schematic representation an embodiment in which a support of the opening process is provided is.

Das Sicherheitsventil besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 1, dem Ventilkegel 2 mit der Ventilfeder 3 und dem Ventilsitz 4. Im Kopf des Gehäuses befindet sich eine Zusatzfeder 5, die im gespannten Zustand die Wirkung der Feder 3 unterstützt.The safety valve consists essentially of the housing 1, the Valve cone 2 with valve spring 3 and valve seat 4. Located in the head of the housing an additional spring 5, which supports the action of the spring 3 in the tensioned state.

Zum Spannen der Zusatzfeder 5 dient ein Elektromotor 6, der über ein Schneckengetriebe, bestehend aus Schnecke 7 und Schneckenrad 8, eine Welle 9 antreibt. An der Welle 9 ist ein Schwinghebel 10 befestigt, der auf die Zusatzfeder 5 einwirkt. Eine Rückholfeder 11, die am Schwinghebel 10 befestigt ist, hat das Bestreben, diesen in der Ausgangslage zu halten.For tensioning the auxiliary spring 5, an electric motor 6 is used, which has a Worm gear, consisting of worm 7 and worm wheel 8, drives a shaft 9. A rocker arm 10, which acts on the additional spring 5, is attached to the shaft 9. A return spring 11, which is attached to the rocker arm 10, tends to this to keep in the starting position.

Die Welle 9 ist unterteilt; ihre beiden Teile sind durch eine elektromagnetische Kupplung 12 verbunden. Der Stromkreis 13 für die Einschaltung der Kupplung ist über einen Druckwächter 14 geführt, der beim Erreichen des Ansprechdrucks in dem Raum, an Gien das Sioherheitsventil angeschlossen ist, einen Kontakt öffnet und damit den Ruhestromkreis der Kupplung 12 unterbricht.The shaft 9 is divided; its two parts are electromagnetic Coupling 12 connected. The circuit 13 for engaging the clutch is over a pressure switch 14, which when the response pressure is reached in the room, the safety valve is connected to Gien, a contact opens and thus interrupts the closed circuit of the clutch 12.

Die Abschaltung des Antriebsmotors 6 erfolgt hierbei über einen Endschalter 15.The drive motor 6 is switched off via a limit switch 15th

Die Wirkungsweise der Vorrichtung .ist folgende, Das Spannen der Zusatzfeder 5 erfolgt mit Hilfe des Motors 6 über das Schneckengetriebe, die eingeschaltete Kupplung 12 und den Schwinghebel 10. Sobald die gewünschte Federspannung erreicht ist, schaltet der Endschalter 15 den Motor 6 ab. Wird der Ansprechdruck erreicht, öffnet der Druckwächter 14 den Stromkreis der Magnetkupplung 12; der Schwinghebel wird durch die Feder 11 in die Ausgangslage zurückgezogen. Die Zusatzbelastung ist aufgehoben, und das Ventil arbeitet wie ein normales Sicherheitsventil.The mode of operation of the device is as follows, the tensioning of the additional spring 5 takes place with the help of the motor 6 via the worm gear, which is switched on Coupling 12 and the rocker arm 10. As soon as the desired spring tension is reached is, the limit switch 15 switches the motor 6 off. If the response pressure is reached, the pressure switch 14 opens the circuit of the magnetic coupling 12; the rocker arm is withdrawn by the spring 11 in the starting position. The additional burden is lifted and the valve works like a normal safety valve.

Durch die Aufwärtsbewegung des Schwinghebels 10 wird der Motorstromkreis über den Schalter 15 wieder geschlossen; der Motor läuft leer, solange die Kupplung 12 noch nicht eingerückt ist. Wird der Stromkreis der Kupplung infolge Absinkens des Drucks wieder geschlossen, wird die Zusatzfeder erneut gespannt; bis der Motor 6 über den Endschalter 15 abgeschaltet wird.The upward movement of the rocker arm 10 causes the motor circuit closed again via switch 15; the engine runs idle as long as the clutch is engaged 12 is not yet indented. Will the circuit of the clutch as a result of subsidence the pressure is closed again, the additional spring is tensioned again; up the engine 6 is switched off via the limit switch 15.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 greift der Schwinghebel 10 ohne Zwischenschaltung einer Feder an der Ventilspindel an. Als Federelement dient hierbei die Stützfeder 16 der begrenzt axial schiebbar gelagerten Schnecke 7. Durch den Motor 6 wird in diesem Fall beim Aufbringen der Zusatz= belastung die Schnecke 7 verschoben und damit die in diesem Fall als Zugfeder ausgebildete Feder 16 auf einen bestimmten Wert gespannt. Beim Erreichen des eingestellten Vorspännwertes wird der Motor bei dieser Anordnung durch einen Schalter 16a, welcher an der verschiebbaren Schneckenwelle angeordnet ist, abgeschaltet. Wird die Magnetkupplung 12 ausgelöst, entspannt sich die Feder 16, und die Schnecke 7 wird in ihre Ruhelage zurückgeschoben. Bei der Rückholung der Schnecke in ihre Ruhelage wird über den Schalter 16a der Motor wieder automatisch ein.-geschaltet. Die Aufbringung der Zusatzbelastung wird hier drehmomentabhängig geschaltet.In the embodiment according to FIG. 2, the rocker arm 10 acts on the valve spindle without the interposition of a spring. The support spring 16 of the screw 7, which is axially displaceable to a limited extent, serves as the spring element. When the set pretensioning value is reached, the motor is switched off in this arrangement by a switch 16a which is arranged on the displaceable worm shaft. If the magnetic coupling 12 is released, the spring 16 relaxes and the worm 7 is pushed back into its rest position. When the screw is returned to its rest position, the motor is automatically switched on again via switch 16a. The application of the additional load is switched depending on the torque.

Das Ausführungsbeispiel nach F i ,g. 3 entspricht in seinem Aufbau und in seiner Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 2. Hinzugekommen ist hierbei die kraftschlüssige Verbindung des Schwinghebels 10 mit dem Ventilkegel 2 in der Hubrichtung. Die Rückholfeder für den Schwinghebel ist in diesem Fall verstärkt und dient gleichzeitig als Anlüftfeder 17.The embodiment according to F i, g. 3 corresponds in its structure and in its mode of operation to the arrangement according to FIG. 2. Added here is the non-positive connection of the rocker arm 10 with the valve cone 2 in the stroke direction. The return spring for the rocker arm is reinforced in this case and also serves as a lifting spring 1 7 .

Die Schwenkbewegung des Schwinghebels 10 kann durch eine elektromagnetisch betätigte Klinke 18 nach oben begrenzt werden. Die Klinke 18 gibt normalerweise, d. h. solange die Stromversorgung für den Antriebsmotor 6 sichergestellt ist, den Weg für den Schwinghebel frei. Dies geschieht mit Hilfe eines Elektromagneten 19, der die Klinke 18 gegen die Kraft einer Feder 20 oder gegen die Schwerkraft der Klinke in einer Ausgangslage hält.The pivoting movement of the rocker arm 10 can by an electromagnetically operated pawl 18 are limited upwards. The handle 18 usually gives, i.e. H. as long as the power supply for the drive motor 6 it is ensured that the way for the rocker arm is free. This is done with help an electromagnet 19, which the pawl 18 against the force of a spring 20 or holds the latch in an initial position against gravity.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Anordnung wird also mit dem Ansprechen der Magnetkupplung 12 unter der Einwirkung der Anlüftfeder 17 das Öffnen des Ventilkegels 2 unterstützt. Dies geschieht mit Hilfe der an dem Schwinghebel 10 vorgesehenen Haken 21, die unter eine Mitnehmerplatte 22 der Ventilspindel fassen.In the case of the in FIG. 3, the opening of the valve cone 2 is supported with the response of the magnetic coupling 12 under the action of the lifting spring 17. This is done with the aid of the hooks 21 provided on the rocker arm 10 , which grasp under a driver plate 22 of the valve spindle.

Wenn. dagegen der Strom ausfällt, gibt der Elektromagnet 19 die Klinke 18 frei, die ihre Arbeitsstellung einnimmt und die Rückholbewegung des Schwinghebels 10 begrenzt, bevor die kraftschlüssige Verbindung der Haken 21 mit der Platte 22 eintritt. Der normale Hub der Ventilspindel ist in diesem Fall nicht behindert.If. on the other hand, the power fails, the electromagnet 19 is the pawl 18 free, which assumes its working position and the return movement of the rocker arm 10 is limited before the non-positive connection of the hooks 21 to the plate 22 entry. The normal stroke of the valve spindle is not hindered in this case.

Claims

Claims: 1. Spring-loaded safety valve, in particular for steam power plants, with an additional load to increase the sealing force of the valve cone, which when the response pressure is reached with the help of a pressure switch is canceled, characterized in that for the generation of the additional Load by means of a drive (6) and a self-locking gear (7, 8), e.g. B. a worm gear, tensionable additional spring (5, 16) is provided and between Gearbox and additional spring a clutch (12) that can be switched off by the pressure monitor (14) is arranged.

2. Safety valve according to claim 1, characterized in that on the drive shaft (9) of the drive (6) a tensioning of the additional spring (5) causing rocker arm (10) is arranged, on which a return spring (11) engages. 3: Safety valve according to claim 1, characterized in that the spring (16) of an axially displaceably mounted worm (7) serves as an additional spring, the worm gear shaft of which engages the valve cone (2) with the interposition of the coupling (12) by means of a rocking lever (10). 4. Safety valve according to claims 1 to 3, characterized in that a travel-dependent switch (15) is provided for switching off the drive (6) during the tensioning of the spring element (5, 16). 5. Safety valve according to claims 1 to 3, characterized in that the drive is switched off as a function of the force applied or the torque generated. 6. Safety valve according to claims 1 to 5, characterized in that a lifting spring (17) which can be tensioned by the drive is provided. 7. Safety valve according to claims 1 to 6, characterized in that the rocker arm (10) is positively connected in the stroke direction to the valve cone (2) and the return spring also serves as a lifting spring (17) which is blocked in its effect in the event of a power failure 't. B. Safety valve according to claim 7, characterized in that the positive connection of the rocker arm (10) with the valve cone (2) is effective approximately after half the return movement of the rocker arm (10). 9. Safety valve according to claim 8, characterized in that a lock (18) which becomes effective in the event of a power failure prevents a return movement of the rocker arm (10) beyond the position in which the positive connection with the valve cone (2) begins. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1081545; French Patent No. 1331879; Journal of Technical Surveillance, Vol. 4, 1963, No. 8, pp. 297 to 300.