DE2448086A1

DE2448086A1 - Vorrichtung zur verringerung von ueberdruecken bei schnellabschaltungen von stroemenden, komprimierbaren medien

Info

Publication number: DE2448086A1
Application number: DE19742448086
Authority: DE
Inventors: Jean-Philippe Cornil
Original assignee: Gaz de France SA
Current assignee: Engie SA
Priority date: 1973-10-11
Filing date: 1974-10-09
Publication date: 1975-04-17
Also published as: NL7413375A; FR2247670A2; FR2247670B2; US3971399A; NL157091B; GB1467494A; DE2448086B2; DE2448086C3

Description

D - 605 OPH-NBACH (MAIN) KAISERSTRASSE 9 BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

ΤΕΙ.ΕΓΟΝ (OClH 88 27 21

7c Oktober 1974

Akte: 111/7

GAZ DE FRANCE

23, rue Phil-ibert Delornie

75ol7 PARIS/ Frankreich

" Vorrichtung zur Verringerung von Überdrücken bei Schneilabschiiltungen von strömenden, kornpriiflierbaren Medien "

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verringerung von Überdrücken bei Schnellabschalturigen von strömende«, komprimi erbaren Medien durch eine Absperrvorrichtung wie ein Magnetventil, wobei die Vorrichtung in einer Gas-IIaxiptleitung angeordnet ist und aus einem Druckminderer besteht, der vor der Absperrvorrichtung

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in der Hauptleitung liegt und eine größere Ansprechzeit als die Absperrvorrichtung besitzt, ferner aus einem Strahlsauger, der mit dem Teilstück der Hauptleitung zwischen der Absperrvorrichtung und dem Druckminderer kommuniziert, sowie aus einem Speicherbehälter, der dauernd mit dem Teilstück der Hauptleitung über den Strahlsauger in Verbindung steht.

Bei Versorcungssystemen für unter Druck stehende, vorzugsweise gasförmige Medien ist es erforderlich, den Überdruck zu vermeiden, der bei Schnellabschaltungen des strömenden Mediums auftritt. Schnellabschaltungen treten bei allen Regelverfahreu auf, bei denen der Druck des Mediums intermittierend durch ein Absperrventil geregelt wird, welches entweder vollständig geöffnet oder geschlossen ist, wie beispielsweise ein Elektro- oder Magnetventil·»= Ein derartiges Ventil bzw. eine entsprechende Regelung ist häufig bei Gasheizungen anzutreffen.

Die Versorgung herkömmlicher Heizungseinrichtungen durch unter Druck, stehendes Gas erfolgt im allgemeinen über einen Druckminderer. Hierbei handelt es sich um eine Vorrichtung, die selbsttätig durch pneumatische Mittel betätigt wird, und zwar durch unmittelbare Energieaufnahme aus dem Gas in der Versorgungsleitung, die nachstehend kurz als Hauptleitung bezeichnet wird.

Heizungseinrichtungen und ihre Sicherheitsvorrichtungen werden in .der Regel elektrisch betrieben. So ist insbesondere das Gas-Ausströmventil ein Magnetventil, welches sich schnell, vollständig und intermittierend öffnet und schließt. Die Betriebszustande schwanken daher sehr schnell zwischen der Stellung "voll geöffnet" und "voll-

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ständig geschlossen", wobei die Stellung "offen" und "geschlossen" nur einige hundertstel Sekunden dauert, während der Druckminderer für das Gas meistens eine Ansprechzeit in der Größenordnung einer halben Sekunde oder einer Selnr de für die Ausführung derselben Regelhandlung besitzt.

Hieraus folgt, daß das Gas beim Schliessen des Elektrovenfcils weiterhin in denjenigen Teil der Hauptleitung strömt, der zwischen dem Druckminderer und dem Elektroventil liegt, und zwar solange, wie der Druckminderer f-ür den vollständigen Schließvorgang benötigt. Dieses Gas .ruft einen Überdruck hervor, der sehr häufig die Grenze von +15% überschreitet, die gewöhnlich als maKimaler Überdruck für einen befriedigenden Verbrennungsvorgang festgelegt wird, und bewirkt ein Auslösen und danach ein Absperren der Sicherheitsvorrichtung für den Brenner. Diese Absperrung erfolgt nur zeitweise und gestattet die erneute Inbetriebnahme der Vorrichtung, wenn der Überdruck hinter dem Druckminderer nicht wehr besteht. Aber selbst wenn eine solche Einrichtung einwandfrei ausgeführt ist, so stellt sie doch nur eine Ausweichlösung dar. Dabei bleibt der Überdruck bestehen, so daß es folglich erforderlich ist, die Einrichtung durch einen manuellen Eingriff wieder in Betrieb zu setzen. Beim Öffnen des Magnetventils spielen sich andererseits analoge Vorgänge mit umgekehrtem Vorzeichen ab.

Zur Lösung dieses Problems wurde bereits eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, bei der in einer By-pass-Leitung, die beiderseits des Druckminderers in die Hauptleitung mündet, eine Einrichtung

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für die Ausschaltung des durch das Schliessen des Absperrventils und die Trägheit des Druckminderers hervorgerufenen Überdrucks angeordnet ist. Die Einrichtung für die Ausschaltung des Überdrucks enthält einen Strahlsauger und einen Speicherbehälter, welcher üb ex* eine erste Leitung an den Strahlsauger angeschlossen und über eine zweite Leitung im By-pass im Verhältnis zum Druckminderer geschaltet ist, wobei in der zweiten Leitung vor dem Strahlsauger ein Ventil angeordnet ist. Dieser Vorschlag gestattet die Einhaltung einer maximalen Druckabweichung innerhalb des gasförmigen Mediums beim Öffnen oder Schliessen der Absperrvorrichtung, und zwar auf einen Wert, der kleiner ist als derjenige, bei dem das Sicherheitsventil zum Ansprechen gebracht wird. Das Auslösen der Sicherheitseinrichtung zum falschen Zeitpunkt wird auf diese Weise vermieden und die Gesamtfunktion der Einrichtung wesentlich verbessert.

Andererseits macht die vorgeschlagene Ausführung die Verwendung jind das nachfolgende Anschliessen mehrerer Ventile und zusätzlicher Leitungen erforderlich. Dies führt zu einem etwas aufwendigen Regelsystem hinsichtlich seiner Ausführung und seines Ausbaus und bringt dadurch eine Erhöhung der Kosten mit sich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgeschlagene Vorrichtung so zu verbessern, daß deren Konstruktion, Funktion und die Montage vereinfacht werden.

Die Lösung der gestellten Aufgab© erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung bei dem eingangs beschriebenen Gegenstand dadurch, daß ,der Druckminderer als Baueinheit mit dem Strahlsauger ausgeführt ist. Gemäß der weiteren

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Erfindung wird in besonders vorteilhafter Weise der Strahlsauger aus dem Ventilsitz und dem Ventil des Druckminderers gebildet, wobei Ventilsitz und Ventil in der Weise gestaltet sind, daß sie einen zunächst konvergierenden, dann divergierenden Spalt bilden.

Bei Befolgung der erfindungsgemäßen Lehre tritt ein erster Vorteil ein, der in einer Vereinfachung aufgrund des Wegfalls der nachfolgenden Bauteile besteht, und zwar aufgrund des Ersatzes des äußeren Strahlsaugers durch die innerhalb des Druckminderers untergebrachte besondere,Konstruktion von Ventilsitz und Ventil: Strahlsauger, Eingangs- und Ausgangsleitungen des Strahlsaugers, Einlaßventil vor dem Strahlsauger und die elektrische oder hydraulische Steuerung des Einlaßventils durch das Steuergerät der Absperrvorrichtung in der Hauptleitung. Die Funktion dieses Einlaßventils wird durch diejenige des Druckminderers selbst ersetzt, der unmittelbar auf das System Ventilsitz/Ventil einwirkt um dadurch ein Öffnen oder Schliessen zum erforderlichen Zeitpunkt herbeizuführen. Ein solcher Druckminderer, der mit dieser besonderen Konstruktion von Ventilsitz und Ventil ausgestattet ist, wird nachfolgend der Einfachheit halber als Baueinheit von Druckminderer und Strahlsauger bezeichnet.

Der Erfindungsgegenstand sei nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele in den Figuren 1 bis 3 näher erläutert.

Es zeigen:

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Figur 1 ein Schaltschema eines Ausführungsbeispiels, Figur 2 einen Axialschnitt eines ersten Ausführungs-

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beispiels von integriertem Druckminderer/ Strahlsauger und

Figur 3 einen Axialschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels von integriertem Druckminderer/Strahlsauger.

Gemäß Figur 1 dient die Vorrichtung zum Einbau in eine Hauptleitung 1, durch die ein Heisgas einem Brenner 2 zugeführt wird, der zu einer nicht dargestellten Heizanlage gehört. Auf seinem Wege durch die Hauptleitung 1 durchströmt das Gas in der durch den Pfeil 3 angedeuteten Richtung ein Sicherheitsventil 4, einen Druckminderer 5, der mit dem Strahlsauger baulich vereint ist, und ein Magnetventil 6. -.

Ein holier, geschlossener Speicherbehälter 7, der ein gewähltes und vorgegebene Volumen besitzt, ist über eine Leitung 8 an den mit dem Druckminderer 5 vereinten Strahlsauger angeschlossen.

In Figur 2 besteht der dort dargestellte Druckminderer im wesentlichen aus einem Gehäuse 5a von kreisförmigem Querschnitt, das durch eine querliegende Trennwand 5z in je einen Bereich vor und hinter dem Druckminderer unterteilt vird, wobei der Bereich hinter dem Druckminderer derjenige ist, in dem der Druck geregelt wird. Diese Regelung wird mittels einer Öffnung von veränderlichem Querschnitt bewirkt, die aus einem kreisförmigen Ventilsitz 5b und einem kreisförmigen, beweglichen Ventil 5c besteht, dessen Lageveränderung mittels einer Stange 5d herbeigeführt wird, die mit einem Steuergerät des Druckminderers verbunden ist. Der Ventilsitz 5b ist mit dem Gehäuse 5z verschraubt.

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Dor Ventilsitz 5b und das Ventil 5c sind in Form einander gegenüberliegender Konen 5h und 5g in der Weise bearbeitet, daß sie in einer radialen Schnittebene und im Sinne der Pfeile Io der Gasströmung eine ■. zunächst konvergierende, danach divergierende, rirjförmige Venturi-Anordnung bilden, deren Kragen durch die seitliche Oberfläche 5i eines Zylinders gebildet wird, wobei die Basis einerseits der kreisförmige, äußere Anschlag 5f des Ventilsitzes 5b und andererseits der Kreis ist, der vom Umfang 5e der Ventildichtung 5c gebildet wird, an welcher der Anschlag 5f zur Anlage kommt, wenn das Ventil 5c geschlossen ist.

Unmittelbar jenseits des ringförmigen Anschlags 5f, d.h» der Berührungsstelle zwischen dem Ventilsitz 5b und dem Ventil 5c, ist ein ringförmiger Kanal 5j in Form eines Kreisringes angeordnet, in den das Ende 8a der Leitung 8 mündet. Der ringförmige Kanal 5j wird einerseits durch den Ventilsitz 5b und andererseits durch eine kreisförmige Ablenkplatte 5k begrenzt, in welche mehrere radiale Kanäle 51 eingearbeitet sind. Die Form der kreisförmigen Ablenkplatte 5k ist unter anderem in der Weise vorgesehen worden, daß einerseits der divergierende Teil der Venturi-Anordnung entsteht und daß andererseits das Ausströmen der Gase nach ihrem Durchtritt durch die Venturi-Anordnung begünstigt wird, die hierbei gleichzeitig die Rolle des Strahlsaugers und des Druckminderer in der dargestellten Lage des Ventils 5c spielt.

Der Strahlsauger erstreckt sich im vorliegenden Falle radial beiderseits einer Ebene rechtwinklig zur Ventilstange 5d, wobei die Ebene die Symmetrieebene der Durchtrittsöffnung zwischen dem Ventilsitz 5b und dem Ventil 5c

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Das beschriebene Ausführungsbeispiel hat folgende Wirkungsweise: Wenn der Brenner 2 in Betrieb ist, sind der Druckminderer 5 und die Ventile 4 und 6 geöffnet, so daß das Gas in Richtung des Pfeils 3 durch den Strahlsauger strömt, der durch den Ventilsitz 5b, die Ablenkplatte 5k und das Ventil 5c des Druckminderers 5 gebildet wird. Dabei ruft das Gas am Kragen der Venturi-Anordnung 5e bzw. 5i einen Unterdruck hervor, der sich durch den ringförmigen Kanal 5j und die Leitung 8 bis zum Speicherbehälter 7 fortpflanzt. In dessen Inneren bildet sich dadurch ein teilweises Vakuum aus. Beim Schliessen des Ventils 6 wird der Druckanstieg, der in dem Teilstück der Hauptleitung hinter dem Druckminderer 5 aufgrund von dessen verzögerter Schließbewegung entsteht, durch das teilweise Vakuum im Speicherbehälter 7 kompensiert, der in Abhängigkeit von den physikalischen Daten des Systems genau dimensioniert worden ist. Das Volumen des Speichex¹-behälters 7 richtet sich nach den gegebenen physikalischen Verhältnissen, nach den Kenndaten des Druckminderers 5, des Ventils 6, nach dem Volumen der verschiedenen Leitungen bzw. Kanäle und nach dem Druck des ausströmenden Gases sowie nach dem Druck des Gases im Speicherbehälter 7· Das Volumen wird mittels einer bekannten Formel bestimmt, was sich einleuchtend aus der Beschreibung der Wirkungsweise der Vorrichtung ergibt. Wegen der Lage des ringförmigen Kanals 5j im Verhältnis zum Ventil 5c und der Dichtung 5e des Ventilsitzes 5c befindet sich der Speicherbehälter 7 in dauernder Verbindung mit dem Abschnitt der Hauptleitung zwischen dem Druckminderer und dem Ventil 6. Beim Wiaderöffnen des Magnetventils 6, d.h. beim Inbetriebsetzen.des Brenners 2, liegt der Gas-

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druck sehr nahe bei dem normalen Versorgungsdruck des Gases, so daß der Druckminderer 5 sich schneller wieder öffnet und eine zuverlässige Funktion des Brenners 2 gewährleistet.

Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß. Figur 2 das Ausströmen des Gases in der Höhe des Strahlsaugers in radialer Richtung erfolgt, wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 eine Baueinheit aus Druckminderer und integriertem Strahlsauger vorgeschlagen, bei der die Gasströmung im wesentlichen in axialer Richtung verläuft, Das Ausführungsbeispiel besitzt ebenso wie das vorangegangene eine Durchtrittsöffnung für das Gas von änderbarer Größe.

Der Druckminderer 5 ist in der Hauptleitung 1 angeordnet und besitzt eine hohle Steuerstange 5d, die an beiden Enden geschlossen ist und mit einem herkömmlichen Steuerorgan wie einem Membrankolben 5r, einer Rückstellfeder 5s und einem Führungskreuz 5t verbunden ist. Das Steuersystem des Druckminderers ist nicht Gegenstand der Erfindung und wird daher nicht im Detail beschrieben. Die Teile vor und hinter der hohlen Stan&e 5d sind in einer Röhre 5u bzw. 5v axial beweglich gelagert, während der mittlere Teil der Stange in abgedichteter Weise durch den Zylinder 5q hindurchgeführt ist, in dem der Kolben 5r und die Feder 5s angeordnet sind. Das Innere der hohlen Stange 5d steht mit den Röhren 5u und 5v über Bohrungen 5p in Verbindung. Die Stange 5d trägt an ihrem jenseitigen Ende (in Bezug auf die Gasströmung gemäß dem Pfeil 3) das Ventil 5c, das im vorliegenden Falle aus einem Vollkörper mit einem Umriß in Form eines Kegelstumpfes ge-

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bildet wird, der konzentrisch zur Achse der Stange 5d verläuft und dessen kleiner Teil hinter dem Teil mit dem großen Basisdurchmesser angeordnet ist, wobei dieser Durchmesser mit dem der Stange 5d identisch ist. Das Ventil 5c ist von einem Ventilsitz 5b umgeben, der abgedichtet in der Röhre 5v des Druckminderers 5 angeordnet ist und aus einem Hohlkörper besteht, dessen äußerer Umriß zylindrisch und der Form der Röhre 5v angepaßt ist, wobei die Bohrung koaxial zur Stange 5d und zum Ventil 5c angeordnet ist und im wesentlichen die gleiche oder eine schwach größere Konizität als das Ventil 5c aufweist. Der Ventilsitz 5b umgibt vollständig das Ventil 5c. Der axiale Abstand zwischen dem Ventil 5c und dem Ventilsitz 5b bestimmt auf diese Weise den Querschnitt der veränderbaren Öffnung des Druckminderers 5. Auf der kleinen Basisfläche des Körpers des Ventils 5c ist beispielsweise mittels eines Gewindes eine koaxiale, verlängerte Spitze 5w befestigt, deren unterer Teil durch einen Kegelstumpf mit schwacher Konizität gebildet wird und deren Vorderteil aus einer Halbkugel besteht, die sich übergangslos an den Kegelstumpf anschließt. Es ist von Bedeutung, daß die große Basisfläche der Spitze 5w, die an der kleinen Basisfläche des Ventils 5c befestigt ist, kleiner als diese ist. Die Spitze 5w ist von einem rohrförmigen Teil 5x umgeben, welches abgedichtet in der Röhre 5v gelagert ist und eine kegelstumpfförmige, koaxiale Bohrung besitzt, die sich in Strömungsrichtung erweitert. Die freien Enden der. Röhren 5u und 5v sind mit je einem Anschlußflansch 11 zum Zwecke einer Montage des Druckminderers 5 in der Hauptleitung 1 versehen. Die Stirnseite des

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Ventilsitzes 5b besitzt eine Anzahl von Distanznocken 5y an denen die untere Stirnseite des rohrförmigen Teils 5x anliegt. Auf diese Weise wird ein ringiörmiger Kanal 5j erzielt, der unmittelbar hinter der Berührungsstelle zwischen dem Ventil sitz 5b und dem Ventil 5c liegt und der durch die praktisch seitlichen Öffnungen in der hinteren Röhre 5v und die Leitung 8 an den Speicherbehälter 7 angeschlossen ist.

In diesem Fall bietet der koaxial zum Druckminderer 5 verlaufende Strahlsauger dem Gas in der Hauptleitung 1 eine praktisch axiale und außerdem weitgehend geradlinige Strömungsiuöglichkeit und wird durch den Ventilsitz 5b und das Ventil 5c gebildet, die zusammen den konvergierenden Teil des Strahlsaugers bilden. Durch den ringförmigen Spalt zwischen der Spitze 5w und den Anschlägen der großen Basisfläche des Ventilsitzes 5b und des rohrförmigen Teils 5x, der den Kragen des Strahlsaugers bildet sowie durch die Spitze 5w und das rohrförmige Teil 5x, die zusammen den divergierenden Ringspalt darstellen, wird der restliche Teil des Strahlsaugers gebildet. Der Winkel zwischen der Innenfläche des Teils 5x und der Fläche der Spitze 5w liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 7 Grad. Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispieles ist derjenigen des Beispiels gemäß Figur 2 analog.

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Claims

Ansprüche: sszezsz. K;m=tu — ;sz s

1.J Vorrichtung zur Verringerung von Überdrücken bei Schnellabschr.ltungcn von strömenden,- komprimierbaren Medien durch eine Absperrvorrichtung wie ein Magnetventil, wobei die Vorrichtung in einer Gas-Hauptleitung angeordnet ist und aus einem Druckminderer besteht, der vor der Absperrvorrichtung in der Hauptleitung liegt und eine größere Ansprechzeit als die Absperrvorrichtung besitzt, ferner aus einem Strahlsauger, der mit dem Teilstück der Hauptleitung zwischen der Absperrvorrichtung und dem Druckminderer kommuniziert, sowie aus einem Speicherbehälter, der dauernd mit dem Teilstück der Hauptleitung über den Strahlsauger in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckminderer <(5) als Baueinheit mit dem Strahlsauger ausgeführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß der Strahlsauger aus dem Ventilsitz (5b) und dem Ventil (5c) des Druckminderers (5) gebildet, ist, wobei Ventilsitz und Ventil in der Weise gestaltet sind, daß sie einen zunächst konvergierenden, dann divergierenden Spalt bilden.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zunächst konvergierende, dann divergierende Spalt des Strahlsaugers kreisringförmig ausgebildet ist.

4· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlsauger sich radial

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bei ι.-.· r&citß einer Ebene rechtwinklig zur Ventilstange (5c:) erstreckt, wobei die Ebene die Symmetrieebene der r>..;rehtr.v^:-vcöffnung zwischen Ventilsitz (5b) utkI Ventil (5c) ist.

5* Von·.·; catung ru-.ch den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch SSi¹-'' ·'Ü'^j£2:^''^l£i.f daß ^^Gr Strahlsauger koaxial zum DriK. ·. iindoxo"^ (5) ausgerichtet ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge kem.:-'.g:Vchnc~·:, daß de^r Kragen des Strahlsaugers, in den der rii)G.LÖ.V!iiige Kanal (5j) einmündet, der mit deic. Speicherbehälter (7) verbunden ist, unmittelbar hinter tier Berührungsstelle zwischen Ventilsitz. (5b) und Ventil (5c) liegt.

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