DE2306220A1 - Steuerventil und damit ausgestattetes sicherheitsventil - Google Patents

Description

Steuerventil und damit ausgestattetes Sicherheitsventil.

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil zur Betätigung eines in einem Strömungsmittelsystem angeordneten Hauptventils zum Ablassen eines Überdrucks und ein Sicherheitsventil zum Ablassen eines Systemüberdruckes.

Die -Mehrzahl der bei Dampfbetrieb od.dgl. verwendeten Sicherheitsventile sind in sich abgeschlossene Einheiten, die unmittelbar auf Systemdrücke ansprechen, um, wenn erforderlich, einen Überdruck abzulassen. Bei hohen Drücken oder Leistungen ist es üblich, ein relativ kleines Steuerventil einzusetzen, das auf den S^emdruck anspricht, um den Betrieb des Hauptventils, durch das das Ablassen erfolgt, zu steuern. Eine solche Anordnung hat den prinzipiellen Vorteil, daß eine wesentliche Verminderung in der Größe des Hauptventils erreicht wird, wodurch eine wirtschaftliche^uswahl der Arbeitsbauteile ermöglicht wird, während der sonst für den Einbau des Ventils notwendige Raum wesentlich vermindert wird.

309834/0859

-2-

Pur Ventile dieser Art ist der 'betriebliche Leistungsfaktor, der als "Ablassen" oder "Abblasen" bezeichnet wird, was den Unterschied zwischen dem Solldruck und dem Schließdruck - gemessen in Prozenten des Solldrucks - angibt., maßgebend. .Aus im einschlägigen Gebiet bekannten Gründen, wie z.B_o aus der US-PS 3 401 718 hervorgeht, steht die Arbeitsleistung der Ventile im umgekehrten Verhältnis zum Abblasen bzw. Ablaßfaktor. Praktischerweise sind folglich die meisten Ventile so gebaut, daß ein erträglicher Kompromiß zwischen Leistung und Abblasebetrieb erhalten.wird. Gleichzeitig haben aber viele Betreiber solcher Ventile ihre individuellen Bedürfnisse wegen der besonderen Umstände in bezug auf den speziellen Einsatz, für den die Ventile bestimmt sind» Die Betreiber ziehen es vor, das Abblasen - auch an der Einbaustelle — in Abhängigkeit von ihren eigenen Betriebserfordernissen zu regeln oder voreinzustellen, als daß sie sich mit einer vom Hersteller bestimmten Abblasecharakteristik der Ventile zufrie-

dengeben. Obwohl es für Sicherheitsventile, die in sich abgeschlossene Einheiten sind, bekannt ist, eine Einstellmöglichkeit zur Änderung des Abblasevorgangs vorzusehen, wurde bisher nichts über die Voreinstellung eines Steuerventils zur Eegelung des Abblasevorgangs des von diesem gesteuerten Hauptventils bekannt.

Der :Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung für die Einregelung des Abblasens eines von einem Steuerventil gesteuerten Überdruckventils zu schaffen, wobei das Steuerventil mit einer voreinstellbaren Einrichtung zur Regelung der Abblasecharakteristik des von ihm gesteuerten Hauptventils versehen ist, die einfach einzustellen und wirtschaftlich herzustellen ist, so daß die Betreiber in der Lage sind, den Abblasevorgang nach ihrer Wahl zu regeln©

Die Lösmng dieser Aufgabe besteht bei einem Sicherheitsventil bzw. bei einem mit einem Hauptsicherheitsventil verbundenen, dieses zum Abblasen ei$es Systemüberdruckes steuernden Steuerventil

-3- - ■

230622Q

in einer voreinstellbaren Vorrichtung im Steuerventil, mit der es möglich ist, den Abblasevorgang des Hauptventils in einem weiten prozentualen Bereich zu verändern, um verschiedenen Betriebsbedingungen auf der Betreiberseite gerecht zu werden. Erfindungsgemäß wird das durch eine Einstellvorrichtung erreicht, die voreinstellbar das Ausmaß des Abhebeweges, den das Steuerventil in Abhängigkeit vom jeweiligen Systemüberdruck zurücklegt, regelt. Wenn das Ausmaß des zulässigen Abhebeweges vergrößert wird, so wird das Abblasen vermindert und umgekehrt, so daß jeder einzelne Betreiber in der Lage ist, das Yentil mit einem Abblasezustand nach seiner Wahl zu betreiben. Mittels einer relativ einfachen Konstruktion an einem Steuerventil wird folglich ein lange anstehendes Problem', nämlich das der Regelung des Abblasens über ein Steuerventil, in einfacher Weise gelöst, indem ein Steuerventil geschaffen wird, das den Betrieb eines Hauptventils, welches an ein System angeschlossen ist, von welchem Überdruck abgelassen werden muß, regelt. Ein unter dem Druck einer Feder stehender Ventilkörper hält normalerweise das Steuerventil entgegen dem Systemdruck, solange dieser unterhalb dem Solldruck ist, geschlossen· Tritt ein Überdruck auf, so hebt der Ventilkörper von seinem Sitz zur Betätigung des Hauptventils ab. Eineveränderlich einstellbare Vorrichtung im Weg des Ventilkörpers regelt dessen Abhebeweg, um damit den gewünschten Abblasevorgang des Hauptventils herbeizuführen ·

'.Yeitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile werden für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung eines Ausführun^sbeispiels des Srfindungsgegenstandes deutlich·

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Steuer- und Schaltventils zusammen mit dem im Schnitt dargestellten Hauptventil.

Fig. 2 zeigt den Schnitt nach der Linie 2-2 in der Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Teilschnitt und zeigt die Durchflußverbindungen zwischen dem Steuer-, Betätigungs- oder Schaltventil und Hauptventil.

309834/0859

Fig. 4 zeigt einen vergrößerten lotrechten Schnitt durch das Steuerventil gemäß der. Erfindung, in seiner "Geschlossen¹¹-StelluKg. - ' ν■'.-■■;

-Fig. 5 ist ein Teilschnitt durch das Steuerventil gemäß Fig. 4 in seiner "Offen"-Stellung*.

Die in den Zeichnungen dargestellte yentilkonstruktion ist für eine Verwendung.bei Hochleistungsdampfbetrieb od.dgl.■ mit einem Systemdruck von 70 atü und darüber gedacht. Hierbei ist ein Hauptventil 10 über ein Zwischenstück 13 an ein Schaltventil 30 und ein danebenliegendes Steuerventil 50 angeschlossen.

Das in Fig. 1 gezeigte Hauptventil 10, durch das letztlich ein System-Überdruck freigegeben wird, besteht aus¹ einem Ventil— gehäuse 11 mit einer bodenseitigen Flanschverbindung 12, an die ein Rohrsystem, in dem das Ventil zur Anwendung kommt, ange— . schlossen ist. Durch einen Einlaß 14 gelangt ein "Strömungsmittel, als Beispiel dient hierfür im folgenden Dampf, mit · hohem Systemdruck in das- Ventil und verteilt sich auf -eine Strömungseinschnürung 15, die den Hauptventilkegel 16 umgibt. ■ Der Ventilkegel 16 bildet einen ringförmigen Hohlraum 17 an seiner linken Seite (bei Betrachtung der Zeichnung),.in-dem eine Schraubendruckfeder 18 aufgenommen ist, die den Ventilkegel 16 gegen einen ringförmigen, zum Auslaßkanal 21 führenden Ventilsitz 19 drückt. Mehrere Abflußlöcher 22 mit kleinem Durchmesser verbinden den Einlaß 14 mit dem Hohlraum 17, um den Einlaß-Systemdruck der Gegendruckkammer 23 zuzuführen.. Der Druck in dieser Kammer 23 wirkt über die Leitung 29 (Fig.3) auf das Schaltventil 30. Der Systemdruck im Einlaß 14 wird auch über das Fühlrohr 25 und über den Kanal 26 in der Kopfplatte 27 als Einlaßdruck dem'Steuerventil 50 zugeführt. Der Durchlaß 28 bildet eine Ableitung vom Schartventil 3Ö, wie nochbeschrieben werden wird. Wenn das Hauptventil 10 geöffnet werden soll, um Druck abzulassen, so bewegt sich der Ventilkegel 16 nach links in die Gegendruckkammer 23 unter axialer Führung auf einem zylindrischen Führungsbolzen 24, wobei: der Einlaß 14 mit dem Auslaßkanal 21 verbunden wird»

- ■..'■. .■-.■■■'■*■ -■-■ ■■■' .-' ■ : -5- 309834/0859

Das Schaltventil 30 (Fig. 2) hat ein Unterteil 31 mit einem mittigen vertikalen Durchgang 32, in dem die wesentlichen Arbeitsbauteile untergebracht sind, und es ist bodenseitig durch eine Abschlußplatte 33 verschlossen. Eines der Arbeitsbauteile ist ein Kolben 3^, cLer eine Schraubenfeder 35 gegen einen Sitz 36 drückt. Eine Nabe 38 (Pig.3) in der Mitte der Unterseite des Kolbens 34- hält eine vertikal verschiebbare Stange 35» die einen ^üchaltventilkörper 41 trägt. Durch einen Querverbindungskanal 44 wird die Oberseite des Kolbens 34- mit dem Ausgang des Steuerventils 50 verbunden, um eine Abwärtsbewegung der Stange 39 herbeizuführen. Eine solche Bewegung ergibt ein Freiwerden der Öffnungen 42 und 43, die mit dem Durchlaß 28 und der Leitung 29 (Fig.3) des Hauptventils 10 in Verbindung stehen. Eine Luftmembrananordnung 45 bildet ein Hilfsmittel, um das Schaltventil 30, wenn notwendig, zu betätigen.

Das Steuerventil 50 hat (Fig. 2-6) ein hohles Unterteil 51» das bodenseitig durch eine Abschlußplatte 53 verschlossen ist. Der durch den Kanal 26 zugeführte Systemdruck gelangt über eine öffnung 52 in eine untere Kammer 54-, von der aus er sich aufwärts durch eine mittige Bohrung 55 in einer ringförmigen Hülse 56 entfaltet. Die radiale Oberseite der Hülse 56 bestimmt einen ringförmigen Sitz 60, mit dem ein axial beweglicher Steuerventilkörper 61 zusammenarbeitet, um die Bohrung 55 zu öffnen und zu schließen. Eine unter dem Abwärtsdruck einer Schraubendruckfeder 63 stehende Spindel 62 zwingt den Körper entgegen dem Einlaßdruck zur Anlage mit dem Sitz 60. Eine Auslaßkammer 64, die den Körper 61 umgibt, steht über eine Mehrzahl von vertikalen Durchtritten 65 mit dem Querverbindungskanal 44 in Verbindung. Wenn der Körper 61 in die in Fig. 5 gezeigte Lage in Abhängigkeit von einem Systemüberdruck in der Bohrung 55, der auf die Primärsitzfläche des Körpers 61 wirkt, gelarg;, so entweicht dort befindliches Strömungsmittel in den Querverbindungskanal 44, um darauffolgend das Schalt- und Hauptventil 30 bzw.10 in Betrieb zu setzen.

-$- 309834/0859

Der Betrieb der Vorrichtung ist, soweit er bisher zum besseren Verständnis der Erfindung beschrieben wurde^ von der~ Größe des Systemdrucks, der am Einlaß 14- aufgenommen wird, abhängig« Das hier mit Systemdruck aufgenommene Strömungsmittel füllt das Innere des Einlasses 14 bis zum Ventilsitz 19 aus und es füllt die Gegendruckkammer 23 durch die Abflußlöche'r 22 %us. Aus der Kammer 23 gelangt der Druck über die Leitung 29 zur Eintrittsöffnung 4-3 und zur Unterseite des Schaltventilkörpers 4-1. Der Systemdruck in der Kammer 23 hält mit Unterstützung der Feder 18 den Ventilkegel 16 am Sitz 19 in geschlossener-Stellung. Zur gleichen Zeit wird durch das Mihlrohr 25 und den Kanal 26 der Systemdruck durch die mittige Bohrung 55 in der Hülse 5^ auf die Unterseite des Steuerventilkörpers 61 aufgebracht.

Wenn am Steuerventil 50 der Solldruck erreicht ist, der in üblicher Weise durch die voreingestellte Druckkraft der Feder 63 bestimmt ,wird, dann bewirkt der auf die Primärfläche des Steuerventilkörpers 61 einwirkende Systemdruck, daß dieser sich von seinem Sitz abhebt_o Bei Beginn des Abhebens bewirkt das auf den nun um die Sitzfläche des Ventilkörpers 61 vergrößerten Bereich auftreffende Strömungsmittel das vollständige Abheben des Körpers 61 zu der in der Fig_e 5 gezeigten Lage. Bei dieser voll angehobenen Lage gelangt das Strömungsmittel des Systems in die Auslaßkammer 64, die Durchtritte 65 und den Querverbindungskanal 44, so daß es auf die Oberseite des Kolbens 34 des .Schaltventils 30 einen Abwärtsdruck ausübt, wodurch auch die Stange 39 nach abwärts verschoben- wird, und der Schaltventilkörper 41 sich von seinem Sitz abhebt _o Durch das Abheben des * Körpers 41 von seinem Sitz wird die Öffnung 43 freigegeben, wodurch in der ^egendruekkammer 23 der Druck vermindert wird, indem das Stromungsmittel durch die Austrittsöffnung 42 zum Durchgang 28 und damit zum Hauptventilauslaßkanal 21 strömen kann. Ist der Druck in der Kammer 23 ausreichend vermindert, so zwingt der auf den Ventilkegel 16 wirkende Systemdruck diesen nach links (bei Betrachtung der Figo 1) in die gestrichelt gezeichnete Lage. Damit wird der Einlaß 14 unmittelbar mit dem Auslaßkanal 21 verbunden _s so daß der im System vorhandene Überdruck entweichen kann©

■ -7-

_₇_ 230622Q

Ist eine ausreichende Minderung im Systemdruck erreicht worden, so schließt das Steuerventil 50 in üblicher Weise, indem der im Querverbindungskanal 44 vorhandene Druck über eine Haubenöffnung 66 zur Atmosphäre abgelassen wird. Damit kann der Kolben 34- des Schaltventils 30 in seine vorherige Stellung zurückkehren, wobei der Ventilkörper 4-1 in eine die öffnung 34- verschließende Lage gelangt. In der Gegen- · druckkammer 23 baut sich dann sofort der Systemdruck auf, der den Hauptventilkegel 16 auf seinen Sitz 19 drückt und ein Abströmen vom Einlaß 14- her unterbricht.

Die erfindungsgemäße Ausbildung zur Voreinstellung des Hauptventils für den gewünschten Abblasevorgang wird nachstehend anhand der !ig. 4· und 5 erläutert. Hierzu weist die radiale Oberfläche des Steuerventilkörpers 61 eine ringförmige, abgeschrägte Rippe 70 auf, deren ücheitel bei gänzlich angehobenem Körper gegen die radiale Unterseite eines Stopfens 71 anliegt. Beim Abheben aus der geschlossenen Lage nach Fig. 4- zur geöffneten Lage nach Fig. 5 legt der Körper den mit " X " bezeichneten V/eg zurück.

Der Stopfen 71 kat eine Bohrung 72, die die Spindel 62 mit ausreichend freiem Raum umgibt, so daß eine Strömungsmittelverbindung zur Haubenöffnung. 66 geschaffen wird, und er ist in die Abdeckplatte 73 eingeschraubt. Hierdurch kann er durch Drehung im Gewinde gegen die geschlossene Lage des Körpers 61 hin oder von dieser weg bewegt werden, so daß der Abhebeweg " X " voreinstellbar ist, und zwar auf eine gewählte Einstellung innerhalb des verfügbaren Bereichs. Wenn die erwünschte axiale Verschiebung des Stopfens 71 einmal eingestellt ist, so wird er in seiner Lage über einen radial sich erstreckenden Stift festgehalten, der in radiale, gleichmäßig über den Außenumfang des Stopfens 71 verteilte Schlitze oder Kerben 76 eindringt. Der AbstaTjd zwischen den Schlitzen 76 ist zu einer bekannten axialen Stopfenverschiebung derart in Beziehung gesetzt, daß eine Änderung des Abhebeweges " X " bequem dadurch erreicht

-8-309834/0859

werden kann, daß die Drehverschiebung der Schlitze von einer Stift stellung zu einer anderen gezählt wird. Vorzugs- · weise erfolgt die Schlitzzählung, um einen bequemen Bezugspunkt zu haben, von einer IJuIl-St el lung aus, in der eine Anlage an der Rippe 70 bei geschlossenem Ventilkörper gegeben ist. '

Die Tragweite der Änderung des Abhebeweges " X " zur Herbeiführung des Abblaseyorgangs kann wohl am besten durch die folgenden beispielhaften Zahlenvergleiche erläutert werden. Hierzu werden die folgenden Betriebsbedingungen-und Konstruktionsmerkmale für ein Steuerventil gemäß der Erfindung angenommen;

Einstelldruck . 84 atü

Durchmesser Primärsitz 2,1549 cm

Fläche Primärsitz * 3..,6477cm

Durchmesser im rückgesetzten. Zustand 2,54 cm

ρ Fläche im rückgesetzten Zustand 5,0677 cm "

Federkonstante 956,9 kg/cm (5350 lbs/in

Federbelastung im eingestellten Zustand 307,75 kg

Mit den vorgenannten Werten werden durch Änderung des Abhebeweges " X " folgende entsprechende Abblaseänderungen hervorgerufen:

Schlitze von Berührungsanlage

Abhebeweg " X " (cm) Zusätzliche Federbelastung

kg

Gesamte Federbelastung bei Zurücksetzung

Druck bei Beginn des "Ventilschließens (atü)

Abblasen (⁰Zo)

20	'21	23
o,1056	0,1109	0,1215
100,95	106,30	116,09
408,71	413,76	422,85
80,64	81,63	83,82
4,41	3,23	0,867

30 9834/0 85 9

Aus dem obigen Vergleich ist zu entnehmen, daß das Abblasen sich umgekehrt zum Abhebeweg verhält, d.h., je größer der Abhebeweg " X " ist, desto kleiner ist der Abblasewert und umgekehrt. Um das Steuerventil mit irgendeinem Abblasewert zu betreiben, ist es folglich lediglich erforderlich, den Stopfen 71 durch Schrauben einzustellen, um das Maß des gesamten Abhebens der Körper 61 aus seiner geschlossenen Lage (Fig.²!-) in seine offene Lage (Fig. 5) zu regeln·

Vorstehend wurde eine Vorrichtung zur Voreinstellung eines Steuerventils beschrieben, um einen gewünschten Abblasevorgang eines zugeordneten Hauptventils entsprechend den jeweiligen Erfordernissen des, Betreibers zu regeln und zu steuern. Die Einstellvorrichtung gemäß der Erfindung ist einfach und billig in ihrer Herstellung, sie ist jedoch höchst wirksam in der mit ihr erreichbaren Einstellfunktion, um ein lang anstehendes Problem - nämlich das der Abblaseeinstellung des Hauptventils über ein Steuerventil zu lösen»

Patent anspräche

309834/0859

Claims (10)

DIPL. ING. WALTER MEISSNER 10 DIPL. ING. HERBERT TISCHER DIPL. ING. PETER E. MEISSNER München DIPL. ING. H.-JOACHIM PRESTING . -,.-.- u■.■·;. BERLIN ■■■■..■■ - . , , i. FEO. 1973 1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den ' ■wmmm—mmm—mMmm^mmmmmmmmmmm HERBERTSTRASSE 22 Pat e η t a η s ρ rücke

1.) Steuerventil zur Betätigung einesin einem Strömungsmittelsystem angeordneten Hauptventils zum Ablassen eines Überdrucks-, gekennzeichnet durch, ein einen Strö— mungsmitteldurchgang (55»65), der dem Strömungsmitteldruck des Systems, in welchem das Hauptventil (10) liegt, ausgesetzt ist, aufweisendes Bauteil (51)» durch einen in dem Bauteil (51) angeordneten Yentilkörper (61), der im Betrieb zwischen den Strömungsmitteldurchgang (65,55) ■ öffnenden und schließenden Stellungen bei ■ Strömungsmittel>druckwerten unterhalb bzw. oberhalb des Solldrucks zur damit entsprechend zusammenhängenden Betätigung des Haupt— ventils (10) bewegbar ist, und durch eine den Ablaß- , Vorgang des Hauptventils.(10) in Beziehung zu einem vom System abzulassenden Überdruck veränderlich regelnde, voreinstellbare Torrichtung (71 »75»76). ,- ,,

2. Sicherheitsventil zum Ablassen eines Systemüberdrucks, gekennzeichnet durch ein mit einem Strömungsmitrtelsystem,,; von. dem der Überdruck abzulassen^ ist, verbindbares Haupt?— ventil (10) und ein Steuerventil (50), das betrieblieh· mit dem Hauptventil (10) zur Regelung dessen Offnens ■ .. und Schließens in Abhängigkeit von einem oberhalb bzw, unterhalb des Solldrucks liegenden Druckwert Verbunden ist und ein einen Strömungsmitteldurchgang~ (55»65)» der

309834/0853

dem Strömungsmitteldruck des Systems, in welchem das Hauptventil(10) liegt, ausgesetzt ist, enthaltendes Bauteil (51) mit einem in diesem angeordneten Ventilkörper (61), der im Betrieb zwischen den Strömungsmitteldurchgang (55,65) öffnenden und schließenden Stellungen bei Strömungsmitteldruckwerten unterhalb bzw. oberhalb des Solldrucks zur damit entsprechend zusammenhängenden Betätigung des Hauptventils (10) bewegbar ist, und eine den Ablaßvorgang des Hauptventils (10) in Beziehung zu einem vom System abzulassenden Überdruck veränderlich regelnde, voreinstellbare Vorrichtung (71,75,76) aufweist.

3· Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung ein den Weg des Ventilkörpers (61) zwischen seiner den Durchgang (55,65) schließendes und voll öffnenden Lage begrenzendes, voreinstellbares Element (71) enthält.

4-. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellungen des den Weg des Ventilkörpers (61) begrenzenden Elements (71) zu dem daraus erhaltenen Ablaßvorgang des Hauptventils (10) in umgekehrten Verhältnis stehen.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (63) den Ventilkörper (61) entgegen dem auf diesem wirkenden Systemdruck in die Schließstellung drückt und das Einstellelement (71) voreinstellbar den gesamten Abhebeweg (X) des Ventilkörpers (61) bei- seiner Bewegung in die Offenstellung entgegen dem Druck der Feder (6J) verändert«

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellelement (71) ein axial bewegbarer, zu dem Ventilkörper koaxial ausgerichteter Stopfen ist, der in der Bewegungsbahn des Ventilkörpers (61) liegt und dessen Abilebeweg (X) zu seiner völlig offenen Lage

begrenzt. 309834/0859

-3-

^ 230S22Ö

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (71) schraübbargehalten ist und äußere Anzeigemarkeh (76) trägt, die dessen Abhebewegeihstellung (X) angeben. :

8. Ventil nach einem der Ansprüche !.bis 7* dadurch gekennzeicnnet) daß. der Ventilkörper (61).einen axial sien zur angrenzenden Fläche des Stopfens (71) hin erstreckenden Vorsprung (70) hat, der sich in der voll geöffneten Stellung des ^entilkörpers (61) gegen diese Fläche anlegt und dessen Öffnungsweg begrenzt, ■

9· Ventil nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (70) eine ringförmige Abschrägung mit einem gegen die angrenzende Fläche des Stopfens (71) sich' anlegenden Scheitel hat· '

10.Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hauptventil (10) und dem Steuerventil (50) ein mit diesem betrieblich verbundenes üchaltventil angeordnet ist«, ./"".-

ing.FVE. Messner

Patentanwalt'

30983^/085