DE1942299C - Sicherung zum Schutz gegen Flammendurchschlag und unzulässigen Überdruck für Behälter und Apparaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifTt eine Sicherung zum Schutz auftreten. Insbesondere soll ein Atmungsorgan entgegen Flammendurchschlag und unzulässigen Über- wickelt werden, bei dem auch ohne Flammensperre druck für Behälter und Apparaturen zur Erzeugung, 65 die behördlicherseits geforderte Dauerbrandsicher-Beförderiing und Lagerung brennbarer Flüssigkeiten heit gewährleistet werden kann. r.-Hl Gase in Form eines Ventils mit einer Ring- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in voll-

membran, die bei geschlossenem Ventil durch eine kommener Weise dadurch gelöst, daß die Ring-

membran mit einem in an sich bekannter Weis·; in an die Flüssigkeit gestellt. Besonders vorteilhaft er-

tlem Stromungsweg der ausströmenden Gase liegen- scheint hier die Verwendung eines Glysantin-Wasser-

tlen Hubelement verbunden ist, das an der inneren Gemisches, das nicht nur genügend frostsicher ist,

Ringkante der Ringmembran angreift und unter Be- sondern auch bei geringer Verdampfung (höherer

lastung der gleichen Flüssigkeit steht wie die Ring- 5 Siedepunkt) eine ausgezeichnete Kühlwirkung ent-

membran, wobei das Verhältnis der Nennweite des wickelt.

Ventilanschlusses zum Durchmesser des Ventilsitzes In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende etwa 1 : 5 beträgt. Dadurch ist es möglich, bei Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es zeigt jeder möglichen Gasausströmmenge entweder die Fig. 1 im Querschnitt ein Atmungsorgan mit geStrömungsgeschwindigkeit über der E^:lammenfort- io schlossener Ringmembran und

ptlanzungsgeschwindigkeit oder den Abstand zwi- F i g. 2 in gleicher Darstellung eine geringen Aussehen Ventilsitz und Ringmembran innerhalb der strömmengen angepaßte Öffnung der Ringmembran für die Sicherheit gegen Zünddurchschläge erforder- (Funktionsstellung A) und in der linken Darstellung liehen Grenzspahweite zu halten. der Figur einen Ventilvollhub (Funktionsstellung B).

Bei einem Atmungsventil war es bereits bekannt, 15 Das Atmungsorgan besteht in bekannter Weise eine Ringmembran mit einem in dem Strömungsweg aus einem Gehäuseunterteil 1 und einem mit diesem der ausströmenden Gase liegenden Hubelement zu über Halte- bzw. Verbindungselemente 2 ververbinden (deutsche Auslegeschrift 1 081 290). Das bundenen Ventilaufsatz 3. Letzterer bildet zusammen Hubelement besteht hier aus einer Kalotte, die mit mit einer in einer Einspannun^ 4 festgelegten Ringihrem Außenrand mit der äußeren Riiigkante de^r ao membran S sowie einer zentriscn in dieser ange-Ringmembran verbunden ist und bei dnem be- ordneten Hubscheibe 6 einen geschlossenen Raum stimmten Behalterüberdruck zusammen mit der zur Aufnahme einer Steuerflüssigkeit 7. Tür letztere Ringmembran gegen die Wirkung von Federn an- sind ein Einfüllstutzen 8 und ein Entleerungsstutzen ^l) gehoben wird. ■ sowie ein Druckausgleichsrohr 10 vorgesehen.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das 35 Das Gehäuseunterteil 1 weist einen ringförmigen Hubelement als zentrisch in der Ringmembran an- Ventilsitz 11 auf, dessen Innenwandung mit Kühlgeordnete Hubscheibe au^-bildet, die in Ruhelage rippen 12 versehen ist. In zentrLcher Lage ist außerauf einer lotrecht justierbaren Abstützung aufliegt. dem eine lotrecht justierbare Abstützung 13 als Auf-Dadurch wird einmal bei entsprechend hohem Übe.- lage für die in Ruhe befindliche Hubscheibe 6 vordruck ein sehr schnelles öffnen des Ventils auf 30 gesehen. Lotrecht unterhalb der Abstützung 13 liegt Maximalhub erreicht, zum anderen aber wird bei der Ventilanscliluß 14.

einem plötzlichen Druckabfall sichergestellt, daß in- Die Einspannung 4 der Ringmembran 5 sowie der folge des Abfalls der Hubscheibe die GesamtöfTnung Ventilsitz 11 sind mit Flammenleitclementen 15 verdes Ventils wieder innerhalb der Grenzspaltweite sehen. Ebenfalls zur Verhinderung einer unzulässigen liegt. Mit Hilfe der lotrechten Justierung läßt sich 35 Aufheizung des Gehäuseunterteils 1 dient eine in das Ventil den jeweiligen Gegebenheiten der ver- den Halte- bzw. Verbindungselementen 2 vorgeschiedenen Medien anpassen. " sehene Isoliertrennschicht 16.

Um bei einem Brand eine Aufheizung von Ventil- Die Funktionsweise des neuen Sicherungs- bzw.

gehäuse und Ventilaufsatz infolge der Flammen zu Atmungsorgans ist folgende:

verhindern, werden der Ventilsitz und die äußere 40 überwindet der Tank-Betriebsdruck ρ die sich aus

Einspannung der Ringmembran vorteilhaft mit der Pegelhöhe der Steuerflüssigkeit 7 ergebende Be-

Flammenieitelementen versehen. lastung der Ringmembran 5, so wird letztere von

Eine unzulässige Aufheizung der Membran- dem Ventilsitz 11 abgehoben. Die Gase strömen

einspannung und damit eine schädliche Erwärmung dann aus. Dabei stellen sich zwei mögliche Betriebs-

der Ringmembranen wird dadurch unterbunden, daß 45 zustände des Ventils ein:

die äußere Einspannung der Ringmembranen auf Gemäß der Funktionsstellung A (rechte Dar-

ihrer Oberseite von der Steuerflüssigkeit des Ventils stellung der Fig. 2) hebt sich bei geringen Aus-

umspült wird. strömmengen zunächst nur die gegenüber der Hub-

Ebenfalls aus Gründen einer ausreichenden scheibe 6 leichtere Ringmembran 5 vom Ventilsitz

Kühlung ist es zweckmäßig, wenn der Ventilsitz auf 50 11 ab. Dieser Betriebszustand entspricht den bisher

seiner Innenfläche von dem ausströmenden Gas be- bekannten Konstruktionen mit beidseitig fest ein-

aufschiagte Kühlrippen aufweist. gespannter Membran.

Die an sich bekannten, zwischen Ventilaufsatz und Bei steigender Ausströmmenge hebt sich dann

GehäuseuiUerteil vorgesehenen Halte- bzw. Ver- auch die Hubscheibe 6 mit ab (siehe Funktions-

bindungselementt; können bei einem Brand von den 55 stellung B), wobei auf Grund des an ihr wirkenden

Flammen beaufschlagt werden. Sie sollen daher er- Staudruckes mit nur verhältnismäßig geringen Druck-

findungsgemäß eine die Wärmeleitung unter- differenzen Ventilvollhub erreicht wird. Durch eine

brechende Isoliertrennschicht aufweisen, wodurch strömungsgünstige Formgebung der Hubscheibe (i

eine Wärmeleitung auf das zulässige Mindestmaß kann deren Funktion noch verbessert werden. Hier-

verringert werden kann. fio für ist ihre Ui.terseite konkav ausgebildet, wobei sich

Zur Steigerung der Aiisströmleistung bzw. zur der Krümmungsradius aus der möglichen Wölbung

Verminderung der Betriebsdrucksteigerung vom An- der Ringmembran ergibt.

sprechdruck bis zum Vollhub kann die Unterseite Gegenüber bekannten Konstruktionen konnte die

der Hubschcibc konHv ausgebildet werden. Auss'.römleistung bis zu 50⁰O gesteigert bzw. die

Während die bisher verwendete Flüssigkeit zur 65 Betriebsdrucksteigerung vom Ansprechdruck bis zum

Steuerung der Ringmembran !ediglich frostsicher zu Vollhub um etwa 50°/o vermindert werden,

sein brauchte, werden bei der erfindungsgemäßen Die behördlicherseits vorgeschriebene Dauer-

Ausführungsform noch zusätzliche Anforderungen brandsicherheit wäre theoretisch immer dann sicher-

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gestellt, wenn der maximal mögliche Abstand zwi- großer Ventilhub erforderlich und zum anderen eine sehen der Ringmembran 5 und dem Ventilsitz 11 sehr geringe Trägheit der Ringmembran. Erstere noch innerhalb der Zünddurchschläge verhindernden Forderung wird erfüllt durch Beachtung eines Ver-Grenzspaltweite läge. Da dieser Grenzspalt unter- hältnisses von Nennweite des Ventilanschlusses 14 schiedlich ist für die verschiedenen Gasgemische, 5 zum Durchmesser des Ventilsitzes 11 von 1 : 5. Verdürfte er bei dieser theoretischen Betrachtung nur suche haben ergeben, daß dieses Verhältnis bei maximal 0.3 mm betragen, obwohl bei 80% aller kleineren Nennweiten unterschritten werden kann. Gasgemische auch nocn bis zu 0,7 mm Grenzspalt- Die zweite der beiden genannten Forderungen

weite Sicherheit gegen Zünddurchschläge bestände. wird durch die Funktion der erfindungsgemäßen Auf Grund dieser theoretischen Überlegungen io Hubscheibe 6 erfüllt; auf Grund ihres höheren Gewürden sich außerordentlich große Durchmesser für wichtes gegenüber der Ringmembran fällt sie bei den Ventilsitz 11 ergeben, da der Ventilhub auch bei Druckabfall sofort ab und nimmt dabei die Ringsehr großen ausströmenden Gasmengen nur 0,3 mm membran mit sich. Letztere kann sich somit autobetragen könnte. Derartige Atmungsorgane wären . matisch der jeweiligen Ausströmmenge anpassen, so jedoch viel zu teuer und auf Grund ihrer Größe auch »5 daß selbst bei geringsten Ausströmmengen sich die nur schwer zu handhaben. Spaltgröße so einstellt, daß hier wiederum immer die

Auf Grund langer Versuchsreihen konnte ermittelt Ausströmgeschwindigkeit über der Flammenfortwerden, daß bei einer erfindungsgemäßen Aus- Pflanzungsgeschwindigkeit liegt, oder aber daß die führi'ngsform und einem Verhältnis zwischen Nenn- jeweilige Grenzspaltweite erreicht wird, so daß auch weite und Ventilsitzdurchmesser von zumindest 1:5 w bei Abfall der Strömungsgeschwindigkeit unter die die Strömungsgeschwindigkeit der austretenden Gase Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit eine Spaltam kritischen Punkt zwischen Membran und Ventil- sicherung entsteht.

sitz bei allen Betriebszuständen über der Flammen- Die Ringmembran 5 muß für die normale Ventilfortpflanzungsgeschwindigkeit liegt. Voraussetzung funktion ine ausreichende Elastizität, eine möglichst hierfür ist jedoch, daß durch die Flammeneinwirkung 25 geringe Shorehärte für gute Abdichtung sowie eine keine Zerstörungen bzw. unzulässigen Erwärmungen genügende Festigkeit aufweisen. Andererseits darf auf Gaszündtemperatur im Ventil eintreten können. die Membran nicht zu dick sein, da dann bei einem Um der letzten Forderung Rechnung ?u tragen. Abbrand der Gase die Kühlwirkung durch die wurden die Flammenleitelemente 15 vorgesehen so- Steuerflüssigkeit 7 nicht ausreichen würde. Seibsiwie die Isoliertrennschicht 16, die Kühlrippen 12 30 verständlich muß die Membran auch gegen das und die Kühlung der Einspannung 4 auch von ihrer Strömungsmedium absolut beständig sein. Oberseite her. Brennt die Flamme direkt am Spalt zwischen

Ein großes Problem bei der Lösung der der Er- Ventilsitz und Membran ab, so wird letztere durch findung zugrundeliegenden Aufgabe bestand darin, die Flamme erwärmt, wird hierdurch elastischer und die Dauerbrandsicherheit auch bei einem plötzlichen 35 schmiegt sich noch besser an ihren Sitz an. Hier-Abfall des Gasdruckes sicherzustellen. Bei Vollhub durch wird die Sicherheit gegen Flammendurchschlag des Ventils und damit einem Maximum von ρ liegt nochmals wesentlich erhöht.

auf Grund der gewählten Konstruktion die Gas- Ebenso, wie das Dimensionierungsverhältnis von

ausströmgeschwindigkeit über der Flammenfort- Anschlußquerschnitt zu Ventilsitzquerschnitt für jede Pflanzungsgeschwindigkeit. Bei einem plötzlichen 40 Gerätegröße experimentell ermittelt werden muß, ist Abfall von ρ sinkt jedoch auch schlagartig die Aus- auch der Membranwerkstoff den jeweiligen Gegebenströmgeschwindigkeit, so daß letztere unterhalb der heiten anzupassen. Die Ringmembran kann beispiels-Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit liegen kann. weise aus Teflon in einer Stärke von 0,13 mm be-Für diesen Fall soll durch die erfindungsgemäße stehen oder aber aus Viton in einer Stärke vor Konstruktion sichergestellt werden, daß die Ring- 45 1,8 mm.

membran 5 mit einer minimalen Verzögerung die Durch die erfindungsgemäße Ausführungsiorm is

Spaltweite zum Ventilsitz 11 so weit verringert, daß erstmalig ein auch ohne Verwendung herkömmliche] eine gegen Zünddurchschläge sichere Grenzspalt- Flammensperren dauerbrandsicheres Atmungsorgai weite erreicht wird. Hierzu ist einmal ein nicht zu geschaffen worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

auf sie wirkende Flüssigkeit auf einem kreisriiiLi- Pafi.uansprüehe: förmigeu Ventilsitz aufliegt und mit ihrem äußeicn Rand feit im Ventilgehäuse eingespannt ist.

1. Sicherung zum Schutz gegen Flammen- Lagerbehälter für lei.ht verdunstende und fenci durchschlag und unzulässigen Oberdruck für Be- 5 gefährliche Flüssigkeiten 'müssen auf Grund .in halter und Apparaturen zur Erzeugung, Be- schlägiger Vorschriften mit Atmungsorgaiieu wr förderung und Lagerung brennbarer Flüssigkeiten sehen sein, die einerseits Vergasungsverluste auf α:. und Gase in Form eines Ventils mit einer Ring- Minimum herabdrücken, andererseits jeaoch uü membran, die bei geschlossenem Ventil durch zulässige hohe Über- und Unlerdrücke im Behälu eine auf sie wirkende Flüssigkeit auf einem kreis- io inneren verhüten. Diese Atmungsorgane sine! ci.it ringförmigen Ventilsitz aufliegt und mit ihrem über hinaus so auszubilden, daß kein Flamm-!: äußeren Rand fest im Ventilgehäuse eingespannt durchschlag in das Tankinnere und somit keil ist, dadurch gekennzeichnet, da3 die Explosion erfolgen kann.

Ringmembran (5) mit einem in an sich bekannter Bekannte Ausführungsformen haben metallisch,-

Weise in dem Strömungsweg der ausströmenden 15 Ventilteller bzw. Ventilkegel mit entsprechend IV Gase 'liegenden Hubelement (6) verbunden ist, tolerierten Führungselementen, die erst bei Erreiche, das an der inneren Ringkante der Ring- eines bestimmten eingestellten TunkbetriebsdrucL· membran (5) ,.ngreift und unter Belastung der öffnen und dann die Ga^e über eine Flammen gleichen Flüssigkeit (7) steht wie die Ring- rückschlagsicherung bekannter Bauart abblast!, membran, wobei das Verhältnis der Nennweite ₂₀ Letztere wird heute allgemein in Form sogenannte des Ventilanschlusses (14) zum Durchmesser des Bandsicherungen ausgeführt. Diese Geräte dürfe·. Ventilsitzes (11) etwa 1 -5 beträgt. _nur dann zum Einsatz kommen, wenn sie von u< ι

2. Atmungsorgan nach Anspruch 1, dadurch Physikalisch-Technischen Bundesanstalt auf Zürn.¹ gekennzeichnet, daß das Hubelement als zen- durchschlagsicherhrit geprüft und von dei nacii trisch in der Ringmembran (S) angeordnete Hub- 25 Landesrecht zuständigen Behörde zugelassen worden scheibe (6) ausgebildet ist, die in Ruhelage auf sind.

einer lotrecht justierbaren Abstützung (13) auf- Derartige Ventile weisen insbesondere in der

liegt. kalten Jahreszeit erhebliche betriebliche Nachteile

3. Atmungsorgan nach Ansnruch 1 oder 2, da- auf, indem durch Witterungseinflüsse bzw. Kondendurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (H) 30 satbildung der Produktgase die Ventilkegel bzw. und die äußere Einspas.nune (4) der Ring- deren Führungselemente sowie die erforderlichen membran (5) mit Flammenleitelementen (If!) ver- kleinen GrenzspaKwdten in der Flammensperre versehen sind. _ei_sen bzw. sich zusetzen. Ein Druckausgleich ist

4. Atmungsorgan nach Anspruch 3, dadurch dann nicht mehr möglich, so daß Zerstörungen u^-r gekennzeichnet, daß die äußere Einspannung (4) 35 Lagerbehälter eintreten können. Darüber hinaus gibt der Ringmembran (5) auf ihrer Oberseite von es heute im Bereich der chemischen Industrie eine der Steuerflüssigkeit (7) umspült wird. Reihe von Produkten, die schon bei Temperaturen

5. Atmungsorgan nach einem der vorhergehen- von über 0° C zur Sublimat- bzw. Polymerisatbildung den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der neigen und somit praktisch einen Einsatz von Ventilsitz (11) auf seiner Innenfläche von dem ₄₀ Ventilen mit Ventiltellerführungselementen bzw. ausströmenden Gas beaufschlagte Kühlrippen Flammensperren unmöglich machen.

(12) aufweist. Weiterhin sind Veniilkonstruktionen der eingangs

6. Atmungsorgan nach einem der vorhersehen- beschriebenen Bauart bekanntgeworden (deutsche den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslegeschrift 1 120 375), bei denen durch mittels an sich bekannten, zwischen Ventilaufsatz (3) ₄₅ Flüssigkeitsbelastung gesteuerte Membranen der und Gehäuseunterteil (1) vorgesehenen Halte- Fortfall von entsprechend fein tolerierten und somit und Verbindungselemente (2) eine die Wärme- betriebsanfälligen Ventiltellern mit Führungs- und leitung unterbrechende Isoliertrennschicht (16) Halteelementen ermöglicht wurde. Hierdurch war es aufweisen. _zwar gelungen, die geschilderten Nachteile für das

7. Atmungsorgan nach einem der vorhergehen- ₅₀ eigentliche Ventilabschlußorgan zu beseitigen. Bei den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, caß die einem Einsatz dieser Geräte für brennbare Flüssig-Unterseite der Hubsdietbc (6) konkav ausge- keiten bzw. Gase müssen jedoch nach wie vor bildet ist. Flammensperren, beispielsweise eine Bandsicherung

8. Atmungsorgan nach einem der vorhergehen- bekannter Bauart, zum Einsatz kommen. Dadurch den Ansprüche, gekennzeichnet durch eine aus ₅₅ werden die erreichten Vorteile der flüssigkeitseinem Glysantin-Wasser-Gemisch bestehende belasteten Membransteuerung infolge Vereisens bzw. Steuerflüssigkeit (7). Zusetzens der Flammensperre zum Teil wieder aufgehoben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, als

60 Sicherung gegen Flummendurchschlag und unzulässigen Überdruck ein Atmungsorgan zu entwickeln, bei dem die aufgezählten Nachteile nicht