DE2156068B2

DE2156068B2 - Sicherheits-absperrelement

Info

Publication number: DE2156068B2
Application number: DE19712156068
Authority: DE
Inventors: Carolus Pierre Cathanna Jozephus Born Siegers Hendncus Johannes Cornells Geleen Siegers, (Niederlande)
Original assignee: Baay Aardgas Adviesbureau En Apparatenfabnek Voor De Industrie N V, Alphen A D Rijen (Niederlande)
Priority date: 1971-11-11
Filing date: 1971-11-11
Publication date: 1977-09-01
Also published as: DE2156068A1; DE2156068C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheits-Absperrdemeni: zum Schließen einer Gas- oder Flüssigkeitsleitung, wenn der Druck und/oder die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten und/oder die Temperatur in dieser Leitung über einen vorher festgelegten Maximalwert oder unter einen vorher festgelegten Minimalwert zu liegen kommt, wobei das Absperrelement mit einem f>o Ventil mit einem federbelasteten Ventilkörper, einem Arretiermechanismus zum Arretieren des Ventilkörpers in der öffnungslage, wenigstens einem mit der zu schützenden Leitung verbundenen Servo-Motor und mit einem Übertragungsmechanismus zwischen dem Servo-Motor und dem Arretiermechanismus zur Aufhebung der Arretierung des Arretiermechanismus und demzufolge zum Schließen des Ventils versehen ist.

wenn der Servo-Motor als Folge des Erreichens des Minimal- oder Maximalwertes eine ausreichend große Verschiebung hervorruft.

Die US-PS 27 33 729 zeigt ein Sicherheits-Absperrventil, dessen Servo-iviotor teleskopisch im Ventiikörper aufgenommen ist. Das Ventilgehäuse weist eine Querbohrung auf, die in der geöffneten Lage des Ventilkörpers in Übereinstimmung mit einer Öffnung im Ventilkörper ist. Zur Arretierung werden zwei Kugeln verwendet, die bei einer ausreichend großen Verschiebung des Servo-Motors gegen die Wirkung einer Feder zurückgeschoben werden. Diese bekannte Ausführung hat den Nachteil, daß durch den Änderungswert eine Anzahl von Reibungskräften die Reproduzierbarkeit vergleichsweise schlecht ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Minimal- und Maximalwert, bei denen das Ventil sich schließt, nicht einstellbar sind.

Durch die US-PS 31 66 084 ist ein Sicherheits-Absperrventil bekannt, bei welchem der Ventilkörper mittels einer auf- und niederbewegbaren Magneteinheit in der geöffneten Stellung gehalten wird. Diese Magneteinheit steht in Verbindung mit der Membran einer Druckkammer. Wenn der maximale oder minimale Druck überschritten ist, wird der magnetische Fluß so schwach, daß der Ventilkörper durch eine Feder auf den Sitz gedrückt werden kann. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung ist die Reproduzierbarkeit vergleichsweise schlecht. Außerdem ist der magnetische Fluß des Dauermagneten nicht konstant. Weiter fehlt es an der Möglichkeit die Druckwerte, bei denen das Ventil sich schließt, einzustellen.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung vorerwähnter Nachteile, ein Sicherheits-Absperrelement zu schaffen, dessen Ventil in die Schließlage durch Überwinden einer sehr kleinen und konstanten Reibungskraft gebracht werden kann, welches außerdem in die Ausgangslage zurückkehren kann, wenn der kritische Schaltwert, bei welchem das Ventil geschlossen wird, nahezu, jedoch nicht vollständig, erreicht ist.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Arretierungsmechanismus einen feder- oder gewichtsbelasteten Arretierhebel aufweist, der angrenzend an seine Drehachse mit einer im wesentlichen flachen Oberseite versehen ist, an der in der Arretierlage ein Vorsprung eines Stabes angreift, der mit dem Ventilkörper verbunden ist und in einem relativ großen Abstand von seiner Drehachse mit einer Auslöseeinrichtung in Reibungsangriff steht, die von dem Übertragungsmechanismus betätigbar ist. Dadurch, daß die flache Oberseite, an der ein Vorsprung des mit dem Ventilkörper verbundenen Stabes angreift, sich in der Nähe der Drehachse befindet, wird erreicht, daß das durch die Ventilfeder ausgeübte Moment im Hinblick auf den Drehpunkt des Arretierhebels außer Betracht gelassen werden kann, was zur Folge hat, daß die Reibungskraft an der Berührungsstelle zwischen Hebel und Auslösehebel klein und konstant ist. Die Reproduzierbarkeit ist sehr gut; auch ist das Absperrelement sehr leicht einstellbar bezüglich des maximalen und minimalen Wertes, bei denen sich das Ventil schließt.

Wenn der Druck und/oder der Druckunterschied und/oder die Temperatur in der zu schützenden Leitung sich einem Maximal- oder Minimalwert nähern, darf die kritische Schaltlage, bei welcher das Ventil schließt, erst im letzten Augenblick erreicht werden. Eine bevorzugte

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheits-Absperrelementes zeichnet sich deshalb dadurch aus, daß die Auslöseeinrichtung mit zwei Zapfen versehen ist, die an beiden Seiten des Drehpunktes angeordnet sind, und daß zwischen den Zapfen sich ein Ende eines Schwenkhebels erstreckt, der von dem Servo-Motor betätigt wird.

Dieser Aufbau hat den großen Vorteil, daß zwischen den beiden Zapfen sich mehr als ein Schwenkhebel mit dem Ende erstrecken kann, wobei die Hebel jeweils von einem getrennten Übertragungsmechanismus und einem gesonderten Servo-Motor betätigt werden.

In der normalen Öffnungslage besteht ein bestimmtes Spiel zwischen dem Ende der Schwenkhebel und der Zapfen. Eine sicher arbeitende und einfache Bauweise des Übertragungsmechanismus ist vorzugsweise mit zwei Stäben versehen, die mit dem Schwenkhebel an beiden Seiten seines Drehpunktes in Eingriff stehen. Einer dieser Stäbe ist direkt mit dem Servo-Motor verbunden und kann sich frei parallel zu einer von dem Servo-Motor belasteten Feder für den Maximalwert bewegen, während der anders Stab mit einer Feder für den Minimalwert verbunden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht,

F i g. 2 in vergrößerter Darstellung den Arretierhebel mit dem an diesen angreifenden Stab sowie die Auslöseeinrichtung in Rückstellage und

F i g. 3 die gleiche Darstellung wie F i g. 2, jedoch mit verschwenkter Auslöseeinrichtung.

Das in der Zeichnung gezeigte Sicherheitsabsperrelement hat einen Servo-Motor 1, der eine Membran 2 und eine Membranplatte 3 aufweist. Ein Stab 4 steht mit der Membranplatte 3 in Eingriff. Mit der Membranplatte 3 steht weiterhin eine Federauflage 5 in Eingriff, die eine Bohrung 6 hat, durch welche sich der Stab 4 erstrecken kann. Eine Federauflage 7 ist einstellbar mit einem Rahmen 8 verbunden. Eine Feder 10 für den Maximalwert, im folgenden »Maximalfeder« bezeichnet, erstreckt sich zwischen den beiden Federauflagen 5 und 7.

Parallel zu dem Stab 4 ist ein zweiter Stab 11 angeordnet, mit dem eine Federauflage t2 einstellbar verbunden ist. Eine Federauflage 13 ist mit dem Rahmen 8 einstellbar verbunden und hat eine Bohrung 14, durch die sich der Stab 11 erstrecken kann. Eine Feder 15 für den Minimalwert, im folgenden »Minimalfeder« bezeichnet, erstreckt sich zwischen den beiden Federauflagen 12 und 13. Zwischen Zapfen 18 und 19, die an einer Auslöseeinrichtung 20 befestigt sind, erstreckt sich mit seinem Ende ein um einen Schwenkpunkt 17 schwenkbarer Hebel 16. Die Auslöseeinrichtung 20, die sich um den Punkt 21 drehen kann, hat ein hakenförmiges Teil 2Z Der Schwenkhebel 16 hat zwei Ankörnungsstellen 23 und 24, welche den Stab 4 bzw. 11 tragen. Demzufolge ist der Schwenkhebel 16 ein Kupplungsteil zwischen der Maximalfeder 10 und der Minimalfeder 15. Ein Arretierhebel 25, dessen eines Ende an dem hakenförmigen Teil 22 der Auslöseeinrichtung 20 eingreift, ist mit einer im wesentlichen flachen Oberseite 26 angrenzend an den Drehpunkt 27 des Arretierhebels versehen. Der Arretierhebel hat weiterhin ein Gewichi

28. Die flache Seite 26 trägt einen vorstehenden Nocken

29, der an einer Ventilspindel 30 sitzt. 6j Die gegenüber einem zu hohen und zu niedrigen

Druck und/oder einer Druckdifferenz zwischen zwei Punkten und/oder Temperatur zu schützende Leitung umfaßt ein Ventil 31, das aus einem Ventilkörper 32, an welchem die Ventilspindel 30 sitzt, und aus einem Ventilsitz 33 besteht. Der Ventilkörper 32 ist in Richtung des Sitzes 33 durch eine Schließfeder 34 gedrückt.

Der zulässige Minimalwert des Druckes, der Druckdifferenz oder der Temperatur, für den ein Schutz vorgesehen werden soll, wird dadurch eingestellt, daß die Minimalfeder 15 die richtige Federspannung mit Hilfe der einstellbaren Federauflage 13 erteilt erhält. Der zulässige Maximalwert des Druckes, der Druckdifferenz oder der Temperatur, der zu schützen ist, wird folglich dadurch eingestellt, daß der Maximalfeder 10 die richtige Federspannung mit Hilfe des Federaufsatzes 7 derart erteilt wird, daß diese Federspannung zusammen mit der Federspannung der Minimalfeder 15 den zulässigen Maximalwert festlegt.

Bei der gezeigten Ausführungsform befindet sich das Ventil in der Öffnungslage. Der Schwenkhebel 16 ist in der Horizontallage durch den Stab 4 und den Stab 11 gehalten. Die Auslöseeinrichtung 20 ist ebenfalls in der horizontalen Lage gehalten. Der Arretierhebel 25 ist von dem hakenförmigen Teil 22 in einer Lage arretiert, in welcher die flache Seite 26 in einer Horizontalebene liegt, so daß der vorstehende Nocken 29 der Ventilspindel 30 an dieser Fläche 26 ruhen kann.

Das vorstehend beschriebene Sicherheits-Absperrelement arbeitet folgendermaßen:

Der Druck, die Druckdifferenz oder die Temperatur, für die ein Schutz geschaffen werden soll, werden mittels der Membran 2 des Servo-Motors 1 in eine Kraft umgesetzt. Bei Überschreitung des maximal zulässigen Druckes werden die Membranplatte 3, der Stab 4 und die Federauflage 5 nach unten entgegen der Spannung der Maximalfeder 10 und der der Minimalfeder 15 gedrückt. Der Stab 4 übt gegen den Schwenkhebel 16 eine nach unten gerichtete Kraft aus und bewegt den Hebelarm links von dem Drehpunkt 17 nach unten. Das lange Ende des Hebels 16 wird nach oben bewegt und drückt den Zapfen 18 ebenfalls nach oben. Als Folge davon dreht sich die Auslöseeinrichtung 20 nach links. Der Arretierhebel 25 kommt von dem hakenförmigen Teil 22 der Auslöseeinrichtung frei und dreht sich unter dem Einfluß seines Gewichts 28 nach rechts um einen Winkel von 90° so, daß die im wesentlichen ebene Fläche 26 in eine Vertikallage gelangt und der vorstehende Nocken 29 seine Halterung verliert (F i g. 3), so daß die Ventilspindel 30 zusammen mit dem Ventilkörper 32 auf den Ventilsi'z 33 durch die Schließfeder 34 gepreßt wird. Das Ventil 31 ist somit geschlossen.

Wenn der Druck, die Druckdifferenz oder die Temperatur, für die ein Schutz geschaffen werden soll, unter den eingestellten Minimalwert sinkt, drückt der Stab 11 den Schwenkhebel 16 an der Körnungsstelle 24 unter dem Einfluß der Spannung der Minimalfeder 15 nach unten. Das lange Ende des Schwenkhebels 16 bewegt sich so nach unten, daß der Zapfen 19 nach unten gedruckt wird und sich die Auslöseeinrichtung 20 wieder nach links mit dem gleichen Ergebnis wie oben beschrieben dreht (Fig. 2). Die Minimalfeder 15 bestimmt nur den Mimmalwert des Druckes, der Druckdifferenz oder der Temperatur, für die ein Schutz geschaffen werden soll, wenn die Maximalfedcr 10 an der Oberseite gegen den Rahmen 8 blockiert ist und sich der Stab 4 frei bezüglich der beiden Federauflagen 5 und 7 drehen kann.

Das Ventil kann dadurch geöffnet werden, daß die

Ventilspindel 30 nach oben gezogen und dadurch ein Ende des Arretierhebels 25 zurück in Eingriff mit dem hakenförmigen Teil 22 gebracht wird. Dies ist nur wobei möglich, wenn der zulässige Wert des Druckes, der Druckdifferenz oder der Temperatur innerhalb der s F

zulässigen Werte liegt, da sonst die Rückstellung der G

Auslöseeinrichtung 20 durch die Lage des Schwenkhe- N

bels 16 verhindert wird.

Der Servo-Motor 1 ist mit der Hauptleitung z, 6 und a verbunden, wenn ein Schutz bezüglich des Absolutwertes des Druckes in dieser Leitung geschaffen werden soll. Wenn jedoch eine Druckdifferenz zwischen zwei Punkten an beiden Seiten einer Verengung und demzufolge der Mengenstrom des Gases oder der Flüssigkeit geschützt werden soll, muß diese Druckdifferenz in an sich bekannter Weise in eine Kraft umgewandelt werden, die den Servo-Motor 1 betätigt. Schließlich kann der Servo-Motor mit einem Temperaturfühler in der Hauptleitung verbunden werden.

Ein großer Vorteil des beschriebenen Aufbaus ^₀ besteht darin, daß die Auslöseeinrichtung 20 mit mehr als einem Schwenkhebel 16 zusammenwirken kann. Jeder der Schwenkhebel wird in diesem Fall von seinem eigenen Servo-Motor betätigt. Dadurch wird die Möglichkeit für einen gleichzeitigen Schutz der Hauptleitung gegenüber einem zu hohen und zu niedrigen Druck, einer zu hohen und zu niedrigen Temperatur und einer zu hohen und zu niedrigen Druckdifferenz (Mengenstrom) geschaffen.

Ein bedeutender Vorteil des Aufbaus besieht auch darin, daß die Reibungskraft an der Berührungsstelle zwischen dem unteren Ende des Arretierhebels 25 und dem hakenförmigen Teil 22 der Auslöseeinrichtung klein und konstant ist, was aus den folgenden Ausführungen ersehen werden kann:

Die Summe der Momente, bezogen auf den Drehpunkt 27 des Arretierhebels, ist Null. Deshalb gilt:

F- ζ + G ■ 6 - N ■ a

Schließdruck der Ventilfeder

Gewicht des Teils 28

die Reaktionskraft an der

Berührungsstelle

die Entfernung zwischen den

Angriffspunkten dieser Kräfte

und dem Drehpunkt 27

ist.

Da ζ sehr klein ist, kann das Produkt F ■ ζ vernachlässigt werden. Dies bedeutet, daß

N = (G- b)/a.

Dies ist ein sehr konstanter Wert. Die Reibungskraft an der Berührungsstelle entspricht dem Produkt aus dem Reibungskoeffizienten und N.

Wenn der Reibungskoeffizient sehr klein und konstant ist, ist auch die Reibungskraft selbst sehr klein und konstant.

Das bedeutet, daß, wenn das untere Ende des Arretierhebels 25 und das hakenförmige Teil 22 aneinander gleiten, die Reibungskraft nur eine sehr kleine Rolle spielt. Demzufolge sind die Maximal- oder Minimalwerte des Druckes, der Druckdifferenz oder der Temperatur, bei welchen das Ventil 31 schließt, äußersl konstant.

In der normalen Öffnungslage des Ventils hat da: Ende des Schwenkhebels 16 etwas Spiel mit den Zapfen 18 und 19, was bedeutet, daß, wenn ein kritischer Wen des Druckes, der Druckdifferenz oder der Temperatui nahezu, jedoch nicht völlig erreicht ist, die Anordnung ir ihre Ausgangslage zurückkehren kann, ohne dal irgendeines der Bauteile klemmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sicherheits-Absperrelement zum Schließen einer Gas- oder Flüssigkeitsleitung, wenn der Druck und/oder die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten und/oder die Temperatur in dieser Leitung über einen vorher festgelegten Maximalwert oder unter einen vorher festgelegten Minimalwert zu liegen kommt, wobei das Absperrelement mit einem Ventil mit einem federbelasteten Ventilkörper, einem Arretiermechanismus zum Arretieren des Ventillcörpers in der Öffnungslage, wenigstens einem mit der zu schützenden Leitung verbundenen Servo-Motor und mit einem Übertragungsmechanismus zwischen '5 dem Servo-Motor und dem Arretiermechanismus zur Aufhebung der Arretierung des Arretiermechanismus und demzufolge zum Schließen des Ventils versehen ist, wenn der Servo-Motor Folge des Erreichens des Minimal- oder Maximalwertes eine κ> ausreichend große Verschiebung hervorruft, d a durch gekennzeichnet, daß der Arretiermeclhanismus einen feder- oder gewichtsbelasteten (28) Arretierhebel (25)aufweist,der angrenzend an seine Drehachse (27) mit einer im wesentlichen flachen Oberseite (26) versehen ist, an der in der Arretierlage ein Vorsprung (29) eines Stabes (30) angreift, der mit dem Ventilkörper (32) verbunden ist, und der in einem relativ großen Abstand von seiner Drehachse (27) mit einer Auslöseeinrichtung (i!0) in Reibungseingriff steht, die von dem Übertragungsmechanismus betätigbar ist.

2. Sicherheitsabsperrelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Afslöseeinrichiiiing (20) mit zwei Zapfen (19, 19) versehen ist, die zu beiden Seiten des Drehpunktes (21) vorgesehen sind, und daß zwischen den Zapfen (18,19) sich ein Ende eines Schwenkhebels (16) erstreckt, der von dem Servo-Motor (1,2) betätigbar ist.

3. Sicherheits-Absperrelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsmechanismus mit zwei Stäben (4,11) versehen ist, die in Eingriff min dem Schwenkhebel (16) zu beiden Seiten eines Drehpunktes (17) stehen, und daß einer (4) dieser Stäbe direkt mit dem Servo-Motor (1, 2) verbunden ist und sich frei parallel zu einer Maximalfeder (10), die von dem Servo-Motor (1, 2) belastet wird, bewegen kann, während der andere Stab (11) mit einer Minimalfeder (15) verbunden ist.

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