DE19946213C2 - Explosions-Entlastungsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Explosions-Entlastungsventil für geschlossene Räume, insbesonde­ re für den Kurbelkasten von Verbrennungsmotoren, mit einem in eine Begrenzungswand des zu schützenden Raumes einsetzbaren Ventilsitz, einer mit dem Ventilsitz zusammenarbei­ tenden, federbelasteten Verschlußplatte und zumindest einer in den durch das Ventil hin­ durchführenden Gasweg eingebauten Flammenschranke mit geringem Druckwiderstand, die vorzugsweise aus quer zur Durchströmungsrichtung des Gases übereinandergeschichteten Blechstreifen besteht, welche Blechstreifen vorzugsweise mindestens über einen Teil ihrer Breite mit unregelmäßigen Wellen versehen sind, und zumindest einer weiteren Durchtritts­ wand im Gasweg.

Ein derartiges Ventil ist in der DE-PS 11 26 676 und der GB-A-2 017 269 beschrieben. Bei den dort beschriebenen Entlastungsventilen sind zwei hintereinander angeordnete Flammenschranken vorgesehen, wobei in der letztgenannten britischen Veröffentlichung die Kombination eines Blechring-Paketes mit nachgeschalteten Metallgittergewebe-Schichten offenbart ist. Dabei ist jedoch keinerlei Erwähnung von die mechanische Stabilität erhöhen­ den Strukturen und/oder Beeinflussung der Strömungscharakteristik zu finden.

Ein noch einfacher aufgebautes Ventil ist in der AT-PS 311 129 beschrieben und weist einen sehr geringen Durchgangswiderstand auf, wobei ohne Aufbringung verdampfbarer Substanzen durch die wie Kühlrippen wirkenden Blechstreifen eine ausreichende Wärme­ aufnahmefähigkeit erzielt ist, die das Hindurchtreten von Flammen durch das Ventil verhin­ dert. Andererseits ist durch die im wesentlichen parallel angeordneten Blechstreifen aber der Strömungswiderstand nicht unzulässig vergrößert und das Gas kann geradlinig abströmen, so daß der Überdruck in dem durch das Ventil geschützten Raum leicht abgebaut werden kann. Als Anwendungsgebiete für derartige Explosions-Entlastungsventile ist der Schutz ge­ schlossener Räume, wie beispielsweise die Kurbelkästen von Zwei- und Viertakt-Diesel­ motoren, Gasbehälter, größere Rohrleitungen und andere Räume, in denen explosive Stoffe gelagert werden oder leicht entzündliche Gase entstehen können, von besonderer Bedeu­ tung. Dabei können auch mehrere der beschriebenen Entlastungsventile parallel oder in Se­ rie vorgesehen sein.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Ventil der eingangs angegebenen Art, bei dem das Passieren des Explosions-Entlastungsventils durch eine Flammenfront in jedem Fall und für alle Anwendungsbereiche sicher verhindert, die Durchströmung des Ventils op­ timiert und dabei das Ventil gegen mechanische Beschädigungen geschützt ist.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Durchtrittswand als Streck­ metall mit veränderbaren Abmessungen der Öffnungen hergestellt ist. Dieses Material bietet die Möglichkeit, das Strömungsverhalten kontrollierbar zu beeinflussen, wobei je nach ge­ wünschter Beeinflussung die Form und Lage der Rauten des Streckmetalls sowie die Orien­ tierung der Stege ausgewählt werden kann. Durch die entsprechende gleichmäßige Verwir­ belung wird die Kühlkapazität der Flammenschranke ohne allzu große Erhöhung des Strö­ mungswiderstandes optimal ausgenutzt. Neben der Vergleichmäßigung der Strömung durch die weitere Durchtrittswandswand aus Streckmetall wird die Form der allfälligen Flammen­ front derart verändert, daß keine Spitzen in eng begrenzten Bereichen entstehen, sondern eine Verteilung über einen größeren Bereich erfolgt, so daß die Wärmeaufnahmefähigkeit der Flammenschranke besser ausgenutzt wird und keine örtlichen Überlastungen auftreten können. Auch wird dadurch die Durchtrittszeit der Flammenfront durch das Ventil erhöht. Damit ist der Durchtritt jeglicher Flammen durch das Ventil sicher verhindert. Mit dem erfin­ dungsgemäßen Ventil geschützte Diesel- oder Gasmotoren können daher auch in explosi­ onsgefährdeten Zonen eingesetzt werden und/oder aufwendige Abführungen von Druck und Flammen über Dach sind nicht mehr notwendig, eine gefahrlose Druckentlastung in den Ar­ beitsraum ist möglich. Andererseits gibt die Durchtrittswand der Ventilkonstruktion mehr me­ chanische Festigkeit, wodurch auch wiederholte Explosionen ohne funktionsbeeinträchtigen­ de Deformationen überstanden werden können, wobei das Ventil voll wirksam und einsatz­ fähig bleibt. Dies ist von großer wirtschaftlicher Bedeutung, da die überwiegende Mehrzahl von Schiffen heute ohne Redundanz gebaut wird und der Ausfall des nur einen Motors fatale Folgen haben kann.

An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß bereits ein Explosions-Entlastungsventil bekannt ist (GB 2 017 269 A), das im Gasweg eine zusätzliche Durchtrittswand aufweist. Dieses Ventil weist zwar eine Flammensperre aus teilweise gewellten, aufeinanderliegenden Blech­ scheiben auf sowie eine weitere aus mehreren Lagen von engmaschigem Drahtgeflecht. Im Falle einer Explosion können die entstehenden Gase sicher abgeleitet werden und es kann auch keine Flammenbildung auftreten. Dieses Drahtgeflecht dient vor allem dazu, während etwaiger Explosionen im Raum nach dem Überdruck-Ventil keine Flammen austreten zu lassen. Da die Maschenweite des Drahtgeflechts unveränderlich ist, kann eine kontrollierte Strömungsbeeinflussung der Gase, wie sie erfindungsgemäß möglich ist, nicht erfolgen.

Zur Brandbekämpfung und zur Explosionsverhinderung ist zwar eine streckbare Metall­ folie bekannt (US 5 816 332). Diese (dünne) Folie wird mit Schlitzen versehen, die gestreckt werden, um Öffnungen zu bilden, damit die Oberfläche der Folie stark vergrößert wird.

Bei anfänglicher Betrachtung könnte diese bekannte Folie als Streckmetall ("expan­ dandable sheet metal foil") interpretiert werden, jedoch ist dies bei näherer Betrachtung ausgeschlossen. Diese Folie hat nämlich lediglich eine Dicke von höchstens 0,1 mm. Schon von daher ist sie für eine zusätzliche Durchtrittswand nicht geeignet.

Der Effekt der Strömungsbeeinflussung zur verbesserten Ausnutzung der Kühlkapazität der Flammenschranke tritt dann besonders deutlich zu Tage, wenn zumindest eine Durch­ trittswand unmittelbar vor der ersten Flammenschranke angeordnet ist.

Andererseits besteht die Möglichkeit gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal vorzu­ sehen, daß zumindest eine Durchtrittswand unmittelbar nach der letzten Flammenschranke angeordnet ist.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist vorgesehen, daß zumindest eine Flam­ menschranke und eine Durchtrittswand hinter dem Ventilsitz angeordnet sind. Dadurch wer­ den die ersten Druckspitzen von der Verschlußplatte des Ventils abgefangen, bevor sie auf die erste Flammenschranke und/oder Durchtrittswand treffen, welche dadurch besser gegen Beschädigungen geschützt sind.

Vorzugsweise ist zur Erzielung einer gerichteten Gasströmung nach deren Austritt aus dem Explosions-Entlastungsventil vorgesehen, daß die Durchtrittswand aus Streckmetall hergestellt und dessen Stege derart angestellt sind, daß die aus dem Ventil austretende Gasströmung auf die Wand des zu schützenden Raumes hin gerichtet ist. Damit ist auch in beengten Verhältnissen die Gefährdung von Bedienungspersonal weitestgehend und ohne großen Aufwand verhindert.

Mit dem Vorteil der baulichen Vereinfachung, der Gewichtsersparnis und des geringen Platzbedarfs kann das Ventil hinter der letzten Flammenschranke frei von jeglichen Ablenk­ einrichtungen für die austretende Gasströmung sein. Bei gegebenem Platzangebot kann an­ dererseits das Ventil größer dimensioniert und damit sicherer in der Funktion und/oder für höhere Explosionsdrücke geeignet sein.

Vorteilhafterweise ist gemäß einem weiteren Merkmal der Er­ findung zumindest eine Flammenschranke ringförmig ausgebildet und lässt die Durchströmung über im wesentlichen 360° zu und ist zu­ mindest eine zusätzliche Durchtrittswand ringförmig am äußeren oder inneren Umfang zumindest einer Flammenschranke vorgesehen. Dieses Merkmal erhöht die Wirksamkeit des Vergleich­ mäßigungseffektes und sorgt für eine möglichst geringe Belastung der Flammenschranke und auch der weiteren Durchtrittswand pro Flächeneinheit.

Für eine vorteilhafte Gewichts- als auch Dimensionsoptimie­ rung und wirtschaftlichere Herstellung ist vorgesehen, dass zu­ mindest eine Flammenschranke aus Aluminium oder nichtrostendem Bandstahl hergestellt ist.

In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt die Fig. 1 einen axialen Mittelschnitt durch ein erfindungsgemäßes Explosions-Entlastungsventil und die Fig. 2 und 3 entsprechende Schnitte durch Ventile gemäß weiterer Ausführungsformen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Explosions-Ent­ lastungsventil handelt es sich um ein vor allem für Schiffsma­ schinen sowie Diesel- und Gasmotoren für Kraftwerksinstallationen geeignete Ausführung, welches in die Kurbelkasten- oder Anlagen­ wand eingebaut wird, um beim Auftreten von speziell Gas- und Öl­ nebelexplosionen eine Beschädigung des Motors oder der Anlage zu vermeiden. Das Ventil besteht aus einem ringförmigen Ventilsitz 1, der mittels Schrauben 2 od. dgl. an einer Öffnung der Kurbel­ kastenwand 3 außen befestigt ist. Mit dem Ventilsitz 1 arbeitet eine Verschlussplatte 4 zusammen, die durch eine vorzugsweise un­ gefähr kegelförmig gewickelte Schraubendruckfeder 5 belastet ist. Außerdem sind in den Ventilsitz 1 konzentrisch um die Verschluss­ platte 4 herum Stehbolzen 6 eingeschraubt, die einen als Abdeck­ blech ausgebildeten Fänger 7 mit einem auf die Kurbelkastenwand 3 hin gebogenen Randbereich im Abstand vom Ventilsitz 1 halten und zugleich zur seitlichen Führung der Verschlussplatte 4 dienen. Am Fänger 7 ist auch die Schraubendruckfeder 5 abgestützt. Ein in eine Nut des Ventilsitzes 1 eingelegter Dichtring 8 gewährleistet einen dichten Abschluss in der geschlossenen Stellung.

Das Entlastungsventil ist, vorteilhafterweise in Strömungs­ richtung gesehen hinter dem Ventilsitz 1 und dessen Verschluss­ platte 4, in bekannter Weise mit zumindest einer, beispielsweise konzentrisch um die Stehbolzen 6 herum angeordneten Flammen­ schranke 9 versehen, die in den durch die Öffnung des Ventilsit­ zes 1 hindurchführenden Gasweg eingebaut ist. Sie besteht vor­ zugsweise aus übereinandergeschichteten Blechstreifen 10, die ü­ ber einen Teil ihrer Breite, vorzugsweise dem Zentrum des Ventils zugewandt, gewellt ausgebildet und zwischen dem Ventilsitz 1 und dem Fänger 7 lose eingespannt sind. Die Wellen erstrecken sich vorzugsweise über etwa die Hälfte der Breite der Streifen 10 und ihr Höhe nimmt vom Innenrand der Streifen 10 radial nach außen hin kontinuierlich ab. Allenfalls können auch ungewellte, ebene Blechstreifen zwischen die gewellten Blechstreifen 10 eingefügt werden.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 unmittelbar vor der Flammenschranke 9, vorzugsweise vor der ersten Flammenschranke im Fall einer aufeinanderfolgenden Serie von Flammenschranken, ist zusätzlich zur Flammenschranke 9 zumindest eine weitere Durch­ trittswand 11 eingebaut. Diese Durchtrittswand 11, wie die Flam­ menschranke 9 ebenfalls vorzugsweise auf den Ventilsitz 1 und dessen Verschlussplatte 4 folgend, ist aus an sich bekanntem Streckmetall hergestellt. Dessen Stege und Durchtrittsöffnungen können je nach Bedarf gestaltet werden, um im Anwendungsfall auf die jeweilige Geometrie des Ventils einen gleichmäßigere Druck­ charakteristik und Strömungscharakteristik der Explosionsgase zu bewirken und die Flammenfront zu verlangsamen, so dass auch die Passage der Flammenschranke 9 länger dauert und sich die Gase da­ her besser abkühlen können. Darüber hinaus gibt die Durchtritts­ wand 11 der Ventilkonstruktion mehr mechanische Stabilität, wodurch bei gleichen Sicherheitsanforderungen geringer Baugrößen realisiert werden können und Explosionen nicht gleich zu Beschä­ digungen des Ventils führen, dieses also funktionsfähig bleibt.

Wenn im Kurbelkasten eine Explosion auftritt, wird zufolge der dabei entstehenden Druckerhöhung die Verschlussplatte 4 vom Ventilsitz 1 gegen die Kraft der Feder 5 abgehoben und bis an den Fänger 7 bewegt. Die Durchgangsöffnung des Ventils ist dadurch freigegeben, so dass die Explosionsgase durch den Ventilsitz 1, die Durchtrittswand 11 und die Flammenschranke 9 nach außen hin abströmen können, wodurch im Kurbelkasten eine rasche Druckent­ lastung erfolgt. Die Durchtrittswand 11 bewirkt eine Verlangsa­ mung der Gase und eine Vergleichmäßigung der Druckverteilung und Strömung über den gesamten Umfang des Ventils, so dass keine ü­ bermäßigen lokalen Druckspitzen auftreten können. Die Flammen­ schranke 9 bewirkt dann eine Löschung der Flammen und verhindert aufgrund der Abkühlung der an ihnen - durch die Wirkung der Durchtrittswand 11 relativ langsam - entlangströmenden Gase und des sich erweiternden Strömungsquerschnittes nach außen hin ein Austreten der Flammen durch das Entlastungsventil. Durch den auf den Kurbelkasten hin abgebogenen Rand des Fängers 7 werden die abgekühlten Gase auf den Motor hin abgelenkt, so dass die Gefähr­ dung des Bedienungspersonals minimiert ist.

Die Ausführungsform der Fig. 2 weist neben der unmittelbar vor der Flammenschranke 9 angeordneten Durchtrittswand 11 eine weitere Durchtrittswand 12 auf, die unmittelbar hinter der Flam­ menschranke 9, allenfalls unmittelbar hinter der letzten einer Serie von Flammenschranken, eingesetzt ist. Während die innere Durchtrittswand 11 vorzugsweise wie die Blechstreifen 10 der Flammenschranke 9 zwischen dem Ventilsitz 1 und dem Fänger 7 ein­ gespannt ist, gibt es für die äußere Durchtrittswand 12 mehrere Befestigungsmöglichkeiten.

Wie auf der linken Seite der Fig. 2 dargestellt, kann der Ventilsitz 3 einen radial nach außen auskragenden Abschnitt 3a aufweisen und die Durchtrittswand 12 zwischen diesem Abschnitt 3a und dem Fänger eingespannt sein. Auf der rechten Seite der Fig. 2 ist eine weitere Befestigungsmöglichkeit gezeigt, bei der die Flammenschranke 9 und beide Durchtrittswände 11, 12 mittels am äußeren und inneren Rand abgekanteten Blechringen 13, 13a zu ei­ nem gemeinsam handhabbaren Paket, ähnlich einer Filterpatrone, zusammengefügt werden. Dieses Paket kann als ein Stück ausge­ tauscht werden und das Paket wird in seiner Gesamtheit durch die Einspannung zwischen Ventilsitz 1 und Fänger 7 gehalten.

In Fig. 3 ist - ohne auf die genaue Art und Weise der Befes­ tigung einzugehen - eine einzige Durchtrittswand 12 aus Streckme­ tall hinter der Flammenschranke 9 gezeigt, deren Stege 12a in ei­ ner Weise gegen die Blechstreifen 10 der Flammenschranke 9, und damit auch der austretenden Gasströmung, angestellt sind, dass diese Gase auf die Anlage hin abgelenkt werden. Dadurch kann jeg­ liche andere Ablenkvorrichtung vermieden werden, insbesondere der zum Motor oder der Anlage hin gebogene Rand des Fängers 7, der in diesem Fall am äußeren Rand eben und vom Durchmesser her maximal so groß wie die Flammenschranke 9 samt Durchtrittswand 12 ausge­ bildet sein muss. Damit braucht dieses Ventil bei gleichen Abmes­ sungen des Ventilsitzes 1, und damit der Flammenschranke 9, weni­ ger Platz bzw. kann bei gegebenem Platzangebot der Ventilsitz 1 größeren Durchmesser aufweisen.

Die Durchtrittswände 11, 12 wie auch die Flammenschranke 9 sind vorzugsweise aus gut wärmeleitendem und vorteilhafterweise relativ leichten Material angefertigt, beispielsweise aus Alumi­ nium oder nichtrostendem Bandstahl. Aufgrund der Verstärkung der Ventilkonstruktion durch die zumindest eine Durchtrittswand 11, 12 ist trotz der leichten Materialien keine Einbuße bei der me­ chanischen Festigkeit zu befürchten.

Claims (8)

1. Explosions-Entlastungsventil für geschlossene Räume, insbesonders für den Kurbelka­ sten von Verbrennungsmotoren, mit einem in eine Begrenzungswand (3) des zu schüt­ zenden Raumes einsetzbaren Ventilsitz (1), einer mit dem Ventilsitz zusammenarbeiten­ den, federbelasteten Verschlußplatte (4), zumindest einer in den durch das Ventil hin­ durchführenden Gasweg eingebauten Flammenschranke (9) mit geringem Druckwider­ stand, vorzugsweise aus quer zur Durchströmungsrichtung des Gases übereinanderge­ schichteten Blechstreifen bestehend, welche Blechstreifen vorzugsweise mindestens über einen Teil ihrer Breite mit unregelmäßigen Wellen versehen sind, und zumindest einer weiteren Durchtrittswand (11, 12) im Gasweg, dadurch gekennzeichnet, daß diese weitere Durchtrittswand (11, 12) aus Streckmetall mit veränderbaren Abmessungen der Öffnungen hergestellt ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Durchtrittswand (11) unmittelbar vor der ersten Flammenschranke (9) angeordnet ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Durchtritts­ wand (12) unmittelbar nach der letzten Flammenschranke (9) angeordnet ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Flammenschranke (9) und eine Durchtrittswand (11, 12) hinter dem Ventilsitz (1) ange­ ordnet sind.

5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (12a) der äußersten Durchtrittswand (12) derart angestellt sind, dass die aus dem Ventil austretende Gas­ strömung auf die Wand (3) des zu schützenden Raumes hin ge­ richtet ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil hinter der letzten Flammenschranke (9) und Durchtrittswand (12) frei von jeglichen Ablenkeinrichtungen für die austretende Gasströmung ist.

7. Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Flammenschranke (9) ringförmig ausgebildet ist und die Durchströmung über im wesentlichen 360° zulässt und zumindest eine zusätzliche Durchtrittswand (11, 12) ringförmig am äußeren oder inneren Umfang dieser ringförmigen Flammenschranke (9) vorgesehen ist.

8. Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Flammenschranke (9) aus Aluminium oder nichtrostendem Bandstahl hergestellt ist.