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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen und Zuhalten einer Rückschlagklappe in gasdurchströmten Rohrleitungen und eine Rohrleitung mit einer Rückschlagklappe, insbesondere als Bestandteil einer Entstaubungsanlage.
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Rückschlagklappen der in Rede stehenden Art dienen u. a. dazu, durch Rohrleitungen verbundene Bereiche technischer Anlagen explosionstechnisch voneinander zu entkoppeln. Hierfür sind sie in der Lage, eine einen Gastrom leitende Rohrleitung zu verschließen, wenn es zu einer Umkehr der Strömungsrichtung kommt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn es zu Explosionen, Verpuffungen oder ähnlichem in dem Rohrleitungssystem kommt. Der so verursachte schlagartige Druckanstieg sorgt dafür, dass das Gas in den Rohrleitungen schlagartig in einer vom Ort des Ereignisses wegführenden Richtung verdrängt wird. Diese Strömung kann genutzt werden, um eine Rückschlagklappe zu verschließen. Hierdurch wird es beispielsweise möglich, explosionsartige Kettenreaktionen und darauf nachfolgende Brände durch diese Rückschlagklappe zu verhindern.
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Damit derartige Ereignisse in einem Rohrleitungssystem und damit verbundenen Anlagenkomponenten auch nachhaltig verhindert werden können, muss insbesondere sichergestellt werden, dass sich die Rückschlagklappen nicht unmittelbar nach dem Verschließen wieder öffnen. Es sind hierzu aus dem Stand der Technik Zuhaltevorrichtungen bekannt, die abhängig davon, ob eine Rückschlagklappe im Rahmen des regulären Betriebs oder auf-grund eines störenden Ereignisses wie einer Explosion oder einer Verpuffung verschlossen wird, ein Zuhalten der Rückschlagklappe nach dem Schließen der Rückschlagklappe bewirken.
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Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
EP 2 369 209 bekannt. Die dortige Zuhaltevorrichtung verfügt über ein drehbar auf einer Welle gelagertes Sicherungselement. Die Rückschlagklappe trifft auf dieses Sicherungselement und überträgt dabei einen Teil ihrer Bewegungsenergie auf dieses Sicherungselement, wobei die Energie in Bewegungsenergie des Sicherungselements, d. h. kinetische Energie umgewandelt wird. Ist die kinetische Energie des Sicherungselements groß genug, so vollführt dies eine Drehung um seine Achse, an der es drehbar aufgenommen ist und sichert die Rückschlagklappe im geschlossenen Zustand.
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Nachteilig an der bekannten Zuhaltevorrichtung ist jedoch, dass eine Aktivierung der Zuhaltevorrichtung nur dann möglich ist, wenn sich die Rückschlagklappe im Fall der Explosion in einem hinreichend weit geöffneten Zustand befindet. Dies ist in der Regel der Fall, wenn die Rohrleitung zu diesem Zeitpunkt im Bereich der Rückschlagklappe in deren Durchlassrichtung durchströmt wird. Wird die Rückschlagklappe nicht durchströmt, so wird sie sich regelmäßig aufgrund ihres Eigengewichts weitgehend verschließen. Bei einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik würde dann eine Explosion nicht zum Zuhalten der Rückschlagklappe führen. Die Rückschlagklappe bliebe in dem Fall zwar verschlossen, würde jedoch nicht durch das Sicherungselement in einen gesicherten Zuschlag überführt, d. h. die Rückschlagklappe kann sich jederzeit wieder öffnen.
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Dies liegt daran, dass die Rückschlagklappe aufgrund der Explosion nicht mehr genug Weg zurücklegen und damit keine ausreichende Geschwindigkeit erreichen kann, die ausreicht, um die Zuhaltevorrichtung zu aktivieren. Eine ordnungsgemäße explosionstechnische Entkopplung ist in diesem Fall nicht gewährleistet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verschließen einer Rückschlagklappe und eine Rohrleitung mit einer Rückschlagklappe zur Verfügung zu stellen, welche eine zuverlässige explosionstechnische Entkopplung zu einem Zeitpunkt ermöglichen, bei dem der Rohrleitungsabschnitt im Bereich der Rückschlagklappe nicht durchströmt wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Verschließen einer Rückschlagklappe. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere ein Bestandteil eines Entstaubungssystems sein, es kommen jedoch grundsätzlich alle gasdurchströmten Rohrleitungen, insbesondere mit Staubbeladung, in Frage. Als wesentliche Elemente weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Energieaufnahmeelement und ein Sicherungselement zur Sicherung der Rückschlagklappe im geschlossenen Zustand auf.
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Das Energieaufnahmeelement hat die Aufgabe, wenigstens einen Teil der Bewegungsenergie der Rückschlagklappe aufzunehmen und in potentielle Energie umzuwandeln. Die Bewegungsenergie der Rückschlagklappe setzt sich dabei zusammen aus der reinen kinetischen Energie, der Rückschlagklappe selbst und einem Bewegungsenergieanteil, der sich aus dem Explosionsdruck, der weiter auf die sich bewegende Rückschlagklappe wirkt und diese vorantreibt, ergibt. Durch den auf dem Explosionsdruck beruhenden Bewegungsenergieanteil kann die Rückschlagklappe auch dann genug Energie an die erfindungsgemäße Vorrichtung abgeben, um diese zu aktivieren, wenn der Rückschlagklappe nur noch ein minimaler Weg zur Beschleunigung zur Verfügung steht, d. h. im Unterschied zum Stand der Technik kommt es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht auf die reine Auftreffgeschwindigkeit der Rückschlagklappe auf das Energieaufnahmeelement an, sondern vielmehr auf die Gesamtenergie, die die vom Explosionsdruck vorangetriebene Rückschlagklappe auf ein ruhendes Hindernis, auf das sie auftrifft, übertragen kann.
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Ein nicht vom Energieaufnahmeelement aufgenommener und nicht in potentielle Energie umgewandelter Teil der Bewegungsenergie der Rückschlagklappe kann entweder als Bewegungsenergie der Rückschlagklappe weiter existieren oder in eine andere Energieform, beispielsweise in Wärmeenergie, umgewandelt werden.
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Im ersten Fall wird die Restbewegungsenergie der Rückschlagklappe beim Zuschlagen der Rückschlagklappe anderweitig abgebaut, beispielsweise indem die Rückschlagklappe mit ihrer Restbewegungsenergie auf entsprechend geeignete Prallelemente aufschlägt. Eine Umwandlung in eine andere Energieform ist beispielsweise denkbar, wenn das Energieaufnahmeelement über ein mechanisches Dämpfungselement verfügt, wie beispielsweise einen Öl- oder Luftdämpfer. Wesentlich für die Erfindung ist jedoch, dass zumindest ein Teil der Bewegungsenergie der Rückschlagklappe vom Energieaufnahmeelement in potentielle Energie umgewandelt wird.
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Vorzugsweise weist das Energieaufnahmeelement zur Speicherung der potentiellen Energie ein Energiespeicherelement auf. Das Energiespeicherelement speichert die potentielle Energie vorzugsweise durch eine elastische Verformung des Energiespeicherelements. Weiter vorzugsweise handelt es sich bei dem Energiespeicherelement um eine Feder, insbesondere um eine Schraubenfeder.
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Es ist vorteilhaft, wenn durch das Energieaufnahmeelement, insbesondere durch das Energiespeicherelement, eine der Schließbewegung der Rückschlagklappe entgegenwirkende bzw. entgegengerichtete Kraft auf die Rückschlagklappe ausgeübt wird. Dies kann insbesondere genutzt werden, um die Rückschlagklappe in einer nicht vollständig geschlossenen Ruhelage zu halten. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Rückschlagklappe bei fehlender Luft- bzw. Gasströmung in einer Position gehalten wird, aus der sich die Rückschlagklappe bis zu ihrem vollständigen Verschließen noch bewegen muss. Im Falle einer Explosion wird die Rückschlagklappe durch deren Druckwelle erst in die vollständig geschlossene Stellung bewegt und durch diese Bewegung die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht.
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Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung derart gestaltet, dass sie lediglich auf einem Teilabschnitt der Schließbewegung der Rückschlagklappe mit der Rückschlagklappe zusammenwirkt. Dies betrifft insbesondere die Aufnahme von Bewegungsenergie. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Rückschlagklappe in ihrer Funktion durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglichst wenig beeinträchtigt wird. Das Zusammenwirken zwischen der Rückschlagklappe und der erfindungsgemäßen Vorrichtung findet vorzugsweise erst auf dem letzten Bewegungsabschnitt unmittelbar vor dem Schließen der Rückschlagklappe statt. Dies bringt zudem den Vorteil mit sich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere das Energiespeicherelement verhältnismäßig klein gestaltet werden kann, da nur auf einem vergleichsweise kleinen Teilabschnitt der Rückschlagklappe Energie aufgenommen bzw. gespeichert werden muss.
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Die erfindungsgemäße Funktion der Vorrichtung, wonach beim Überschreiten einer bestimmten, vom Energieaufnahmeelement aufgenommenen und in potentielle Energie umgewandelten Bewegungsenergiemenge eine Sicherung der Rückschlagklappe durch das Sicherungselement im geschlossenen Zustand erfolgt, lässt sich in vorteilhafter Weise durch ein mit dem Sicherungselement zusammenwirkendes Sicherungsgegenelement realisieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise so gestaltet, dass das Sicherungsgegenelement relativ zum Sicherungselement eine bestimmte Wegstrecke zurücklegt, die von der Geschwindigkeit der Schließbewegung der Rückschlagklappe abhängt. In vorteilhafter Weise wird durch das Überschreiten einer gewissen Mindestwegstrecke das Sichern der Rückschlagklappe bewirkt. Dies bedeutet insbesondere, dass beim Passieren einer bestimmten Position durch das Sicherungselement und/oder das Sicherungsgegenelement die Aktivierung der Sicherung erfolgt.
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In vorteilhafter Weise kann das Sicherungselement beim Schließen der Rückschlaglappe zunächst aus seiner Ruhelage verdrängt und zum Sichern der Rückschlagklappe wieder in Richtung seiner Ruhelage zurückbewegt werden. Eine Verdrängung des Sicherungselements aus der Rückschlagklappe beim Schließen kann dabei sowohl bei einem regulären Schließen der Rückschlagklappe als auch beim Schließen der Rückschlagklappe aufgrund einer Explosionsdruckwelle erfolgen. Bevorzugt ist der Unterschied zwischen beiden Szenarien, dass lediglich bei einem Verschließvorgang, bei dem die Bewegungsenergie der Rückschlagklappe eine gewisse Menge überschreitet, also insbesondere dann, wenn es zu einer Explosion kommt, das Sicherungselement in Richtung seiner Ruhelage zurückbewegt wird. Auf diese Weise vollführt das Sicherungselement quasi eine Art Ausweichbewegung, die es dem Sicherungsgegenelement erlaubt, das Sicherungselement zu passieren. Bevorzugt ist das Sicherungselement dabei so ausgebildet, dass es ohne eine gezielte Fremdeinwirkung eine entgegengerichtete Relativbewegung zwischen Sicherungselement und Sicherungsgegenelement verhindert, sobald das Sicherungselement zum Sichern der Rückschlagklappe in Richtung seiner Ruhelage zurückbewegt worden ist. Bevorzugt liegt das Sicherungsgegenelement dann unter einer Vorspannung am Sicherungselement an, die aufgrund einer elastischen Gegenkraft der Vorrichtung, insbesondere des Energiespeicherelements, aufgebaut wird.
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Das Sicherungselement weist bevorzugt eine Abgleitfläche für das Sicherungsgegenelement auf. Eine derartige Abgleitfläche ermöglicht es dem Sicherungsgegenelement, das Sicherungselement beim Schließen der Rückschlagklappe aus seiner Ruhelage zu verdrängen. Während das Sicherungselement aus seiner Ruhelage verdrängt wird, kann das Sicherungsgegenelement an der Abgleitfläche abgleiten. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Sicherungselements in diesem Zusammenhang ist dessen Ausbildung nach Art einer Schlossfalle, d. h. insbesondere, dass das Sicherungselement ein keilförmiges Element ist mit einer Abgleitfläche, die schräg zur Bewegungsrichtung des Sicherungsgegenelements relativ zum Sicherungselement und zur Bewegungsrichtung des Sicherungselement, in der es aus seiner Ruhelage verdrängt wird, orientiert ist.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung ein Betätigungselement zur Entsicherung der Rückschlagklappe auf. Ein solches Betätigungselement hat den Vorteil, eine Endsicherung der Rückschlagklappe, beispielsweise nach Beseitigung der Explosions- oder Brandgefahr, zu ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist, wenn das Betätigungselement zur manuellen Entriegelung geeignet ist. Es kann sich dabei um eine Mechanik ähnlich der eines Türdrückers handeln, welche auf das Sicherungselement wirkt. Dies hat den Vorteil, dass keine Hilfsenergie erforderlich ist, um nach der Beseitigung eines Störfalls die gesicherte, also zugehaltene Rückschlagklappe wieder zu öffnen.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn die erfindungsgemäße Rohrleitung eine in der Rohrleitung angeordnete Rückschlagklappe und eine außerhalb der Rohrleitung angeordnete Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche aufweist, die mit der Rückschlagklappe zusammenwirkt. Die Anordnung der Rückschlagklappe in der Rohrleitung ist insoweit nahezu selbstverständlich, als die Rückschlagklappe innerhalb der Rohrleitung angeordnet sein muss, um ihre Funktion auszuführen. Die Vorrichtung dagegen außerhalb der Rückschlagklappe anzuordnen, bringt dabei den Vorteil mit sich, dass die Vorrichtung zu Wartungs- und/oder Betätigungszwecken außerhalb der Rohrleitung einfach zugänglich ist.
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In vorteilhafter Weise kann das Zusammenwirken dadurch realisiert werden, dass die Rohrleitung ein kinematisch mit der Rückschlagklappe gekoppeltes Bewegungselement aufweist. Die Vorrichtung kann dann über dieses Bewegungselement auf die Rückschlagklappe wirken. Die kinematische Kopplung des Bewegungselements mit der Rückschlagklappe kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass das Bewegungselement drehfest, insbesondere über eine gemeinsame Schwenkachse, mit der Rückschlagklappe verbunden ist. Das Bewegungselement beschreibt dann beim Schließen der Rückschlagklappe eine der Bewegung der Rückschlagklappe entsprechende Schwenkbewegung.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. einer erfindungsgemäßen Rohrleitung als Bestandteil einer Entstaubungsanlage. Gerade in Entstaubungsanlagen kommen häufig staubbeladene Gasströme, insbesondere Luftströme, zustande, die explosionsgefährdet sind. Bei derartigen Anlagen ist die Gefahr hoch, dass sich Explosionen durch die Rohrleitungssystem kettenreaktionartig ausbreiten und weitere Anlagenkomponenten in Brand setzen. Dies betrifft insbesondere Filtervorrichtungen, die zum Abscheiden von Staub aus einem Luftstrom in entsprechenden Anlagen vorgesehen sind. Durch die kettenreaktionsartige Ausbreitung einer Reaktion können derartige Filtervorrichtungen in Brand geraten. Es ist von daher besonders vorteilhaft, gerade diese Filtervorrichtungen durch Rückschlagklappen mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen zu schützen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 4 schematisch näher erläutert.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Rohrleitung mit einer beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2 zeigt einen Querschnitt der in 1 dargestellten Rohrleitung.
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3 zeigt eine freigestellte Darstellung der Rückschlagklappe und der Vorrichtung zum Verschließen der Rückschlagklappe aus den vorigen Figuren.
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4 zeigt eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus den vorigen Figuren.
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Die abgebildete erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Verschließen der Rückschlagklappe 2 ist im gezeigten Beispiel außen an einer Rohrleitung 3 angeordnet. Das beispielhafte Energieaufnahmeelement 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist als federnd gelagerter Bolzen ausgeführt. Als Energiespeicherelement 5 dient im gezeigten Beispiel eine Schraubenfeder.
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Diese kann beim Schließen der Rückschlagklappe 2 eine der Schließbewegung entgegenrichtete Kraft auf die Rückschlagklappe 2 ausüben. Durch diese Kraft kann die Rückschlagklappe 2 in einer Ruhelage gehalten werden, in der sie nicht vollständig geschlossen ist, d. h. in der insbesondere das Sicherungselement 6, welches im gezeigten Beispiel nach Art einer Schlossfalle gestaltet ist, ein Öffnen der Rückschlagklappe nicht verhindert.
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Das Sicherungselement 6 weist im gezeigten Beispiel eine Abgleitfläche 7 auf. An der Abgleitfläche 7 kann das Sicherungsgegenelement 8 abgleiten und das Sicherungselement 6 aus seiner Ruhelage verdrängen. Wenn das Sicherungsgegenelement 8 beim Schließen der Rückschlagklappe 2 das Sicherungselement 6 passiert hat, so wird das Sicherungselement 6 durch ein im gezeigten Beispiel als Feder ausgebildetes Rückstellelement 9 wieder in seine Ruhelage bewegt. Ein Zurückbewegen des Sicherungsgegenelements 8 entgegen seiner Bewegungsrichtung 10 beim Schließen der Klappe wird so verhindert. Auf diese Weise wird die Rückschlagklappe 2 durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zugehalten. Zum Entsichern kann die beispielhaft gezeigte Rückschlagklappe dank des Betätigungselements 13 manuell entsichert werden. Hierfür wird mit dem Betätigungselement 13 das Sicherungselement 6 entgegen der Federkraft des Rückstellelements 9 aus seiner Ruhelage bewegt bis das Sicherungsgegenelement 8 sich entgegen seiner Bewegungsrichtung 10 am Sicherungselement 6 vorbeibewegen kann.
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Im gezeigten Beispiel ist das Energieaufnahmeelement 4 in vorteilhafter Weise derart gestaltet, dass die der Schließbewegung entgegengerichtete Kraft auf die Rückschlagklappe 2 bzw. im gezeigten Beispiel insbesondere das Sicherungsgegenelement 8 einstellbar ist. Im gezeigten Beispiel kann dies in vorteilhafter Weise durch die Veränderung der Vorspannung der als Energiespeicherelement 5 dienenden Feder geschehen.
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Das Sicherungsgegenelement 8 ist im gezeigten Beispiel an ein Bewegungselement 11 angeformt, welches über eine gemeinsame Schwenkachse 12 verdrehsteif mit der Rückschlagklappe 2 verbunden ist. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 über das Bewegungselement, insbesondere über das Sicherungsgegenelement 8 am Bewegungselement mit der Rückschlagklappe 2 zusammenwirken.
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Im gezeigten Beispiel ist die Vorrichtung 1, also insbesondere das Energieaufnahmeelement 4 und das Sicherungselement 6, ortsfest an der Rohrleitung angebracht, während sich das Sicherungsgegenelement 8 mit der Rückschlagklappe 2 bewegt. Diese Konfiguration hat den Vorteil, dass der größte Teil der Vorrichtung 1 ruht, während lediglich das massenarme Sicherungsgegenelement 8 bewegt wird. Auch ist es im Hinblick auf die Arbeitssicherheit bei Manipulationen an den mechanischen Teilen der Vorrichtung 1 sinnvoll, wenn diese ortsfest an der Rohrleitung angebracht sind. Grundsätzlich sind jedoch auch Konfigurationen denkbar, bei denen das Sicherungselement 6 und/oder das Energieaufnahmeelement 4 sich mit der Rückschlagklappe 2 bewegen und/oder das Sicherungsgegenelement 8 ortsfest an der Rohrleitung angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Rückschlagklappe
- 3
- Rohrleitung
- 4
- Energieaufnahmeelement
- 5
- Energiespeicherelement
- 6
- Sicherungselement
- 7
- Abgleitfläche
- 8
- Sicherungsgegenelement
- 9
- Rückstellelement
- 10
- Bewegungsrichtung
- 11
- Bewegungselement
- 12
- Schwenkachse
- 13
- Betätigungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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