DE2518251A1 - Ueberdruck-abbauvorrichtung - Google Patents

Description

SV

F 9360 2 4, April 1975

OipL-Ing. Jürgen WEINMILLER PATENTASSESSOR

SOSPJ GmbH 2518251

8OOO München 8O

Zeppelinstr. 63

DELLE-ALSTHOM
130, rue Leon Blum
69611 VILLEURBANNE

Frankreich

UBERDRUCK-ABBAUVORRICHTUNG

Die Erfindung betrifft Überdruck-Abbauvorrichtungen für in einem Druckbehälter enthaltene Medien.

Die meisten derartigen Vorrichtungen bestehen entweder aus zerreißbaren Membranen oder Kapseln oder aus Überdruckventilen, deren Ventilklappe mit Hilfe einer Tarierfeder auf einen Ventilsitz gedrückt wird. Mit Hilfe solcher Vorrichtungen kann jedoch nicht eine genaue Einstellung der Schwelle erzielt werden, von der ab die Vorrichtung wirksam wird, was insbesondere stört, wenn diese Schwelle den normalen Betriebs-

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druck nur wenig übersteigt.

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung, mit der eine nur geringe Abweichung zwischen dem Druck, bei dem die Dichtheit des Behälters noch gewährleistet sein soll und einem Überdruck möglich wird, wobei dieser Überdruck zudem noch eingestellt werden kann.

Dieses Ziel wird bei einer Überdruck-Abbauvorfichtung für ein in einem Behälter enthaltenes Medium, wobei der Behälter eine Dichtungsmembran aufweist, die aufgrund des Überdrucks zwischen ihren Befestigungen ausgebaucht wird oder gar reißt, dadurch erreicht, daß die Vorrichtung einen beweglichen Kolben umfaßt, der gegen die Membran gedrückt wird und der Wirkung einer Feder über einen Mechanismus untersteht, der eine Gleichgewichtsschwelle besitzt, deren Überschreiten die plötzliche Freisetzung des Kolbens und das Ausbauchen der Membran zwischen ihren Befestigungen oder ihr Reißen zur Folge hat, wobei diese Schwelle durch Verschieben des Kolbens unter der Druckwirkung erreicht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gehören zu dem Mechanismus Kurbeln und Stangen, die zwischen der Feder und dem Kolben angeordnet sind.

Vorzugsweise enthält der Mechanismus ein Kniegelenk und die Gleichgewichtsschwelle entspricht dem Totpunkt des Kniegelenks.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist der Mechanismus ein Soll-Bruchteil auf, und die Gleichgewichtsschwelle entspricht der Stellung des Kolbens, die zum Bruch dieses Teils führt.

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Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele mit Hilfe von drei Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Teilschnitts durch eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Teilschnitts durch eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Erklärung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 2.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt einen Kolben 1, auf den der Druck eines in einem Behälter 2 enthaltenen Mediums wirkt; der Kolben kann geringfügig in einen mit dem Behälter fest verbundenen Zylinder 3 verschoben werden. Die Dichtheit wird mit Hilfe einer Membran 4 hergestellt, die sowohl am Kolben 1 als auch am Zylinder 3 befestigt ist. Der Kolben 1 ist mit einer senkrechten Stange 5 verbunden, die über eine Rolle 6 auf einen Mechanismus 60 einwirkt, der der Wirkung einer Kompressionsfeder 22 unterliegt. Die Rolle 6 steht mit einem um eine Achse 8 beweglichen Hebel 7 in Berührung.

Weiterhin steht der Hebel 7 über eine Rolle IO mit einem Hebel 9 in Verbindung. Der Hebel 9 kann um eine Achse 11 gedreht werden und ist über ein Gelenk 12 mit einer Schubstange 13 verbunden, die ihrerseits über ein Gelenk 14 mit einem um eine Achse 16 beweglichen Hebel 15 verbunden ist. Der untere Arm des Hebels 15 weist eine Entriegelungswelle 17 auf, auf die sich ein Teil 18 abstützt. Dieses Teil 18 kann um eine feste Achse 19 gedreht werden und ist über ein Gelenk 20 mit einem Halter 21 der Kompressionsfeder 22 verbunden.

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Das zweite Ende der Feder 22 ist über das Gelenk 12 mit dem Hebel 9 verbunden. In Ruhestellung ergibt sich die das Teil 18 auf die Welle 17 drückende Kraft aus der Wirkung der Feder 22, die das Gelenk 20 des aus dem Teil 18, der Feder 22 und ihrem Halter 21 gebildeten Kniegelenks unterhalb der die Achsen 12 und 19 verbindenden Geraden hält. Durch Verschiebung einer Schraube 23 in einem festen Halter 24 kann die Vorrichtung in Ruhestellung eingeregelt werden. Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen : Wenn der Druck im Behälter 2 gleich dem normalen Betriebsdruck ist, gilt ein Gleichgewicht zwischen einerseits der durch die Druckwirkung auf die Innenseite des Kolbens 1 ausgeübten Kraft und andererseits der auf seine Oberseite durch die Feder 22 auf der Stange 5 über den Mechanismus 60 ausgeübten Kraft. Diese Ruhestellung zeigt Fig. 1. Die Dichtheit wird durch die Membran 4 gewährleistet.

Wenn der Druck im Behältnis ansteigt und sich dem für den Abbau des Überdrucks vorgesehenen Wert nähert, verschiebt sich der Kolben 1 nach oben. Diese Bewegung ruft gleichzeitig eine Drehung des Hebels 7 um die Achse 8 entgegen dem Uhrzeigersinn und eine hierzu entgegengesetzte Drehung des Hebels 9 um die Achse 11 hervor. Die Verschiebung des Gelenks 12 des Hebels 9 ist aufgrund der Hebelverhältnisse wesentlich größer als die Verschiebung der mit dem Kolben 1 fest verbundenen Stange 5. Die Verschiebung des Gelenks 12 und der Schubstange 13 nach links führt zur Rotation des Hebels 15 um die Achse 16, zu einer Bewegung der EntriegelungsweHe 17 nach

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oben und zu einer Drehung des Teils 18 um die Achse 19. Wenn das Gelenk 20 des Kniegelenks die Schwelle überschritten hat, bei der die Achsen 12 und 19 auf einer Geraden liegen und die Totpunktstellung des Kniegelenks bilden, wird die Feder 22 schlagartig freigesetzt und das Gelenk 12 nach links verschoben. Die Drehung des Hebels 9 im Uhrzeigersinn und des Hebels 7 im entgegengesetzten Uhrzeigersinn neutralisiert die nach unten gerichtete Kraft, die auf die Stange 5 und den Kolben 1 einwirkt. Unter der Wirkung des Behälterdrucks verschiebt sich der Kolben 1 nach oben und die Membran wölbt sich zwischen ihren Befestigungen durch oder wird sogar zerrissen, was es dem im Behälter 2 enthaltenen Medium erlaubt, sich zu entlasten.

Mit der Schraube 23 ist in Ruhestellung eine sehr genaue Einregelung des Ablassdrucks möglich.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung ist auf einem Halter 25 befestigt, der mit Hilfe einer Dichtung 26 auf einem Behälter 27 mit einem unter Druck stehenden Medium 28 angebracht ist. Die Dichtheit zwischen dem unter Druck stehenden Medium und der Außenatmosphäre wird durch eine Membran 29 erreicht, die sehr leicht verformbar ist und mit Hilfe einer Dichtung hermetisch schließend eingebaut ist. Der Behälterdruck, den die Membran 29 allein nicht aushalten könnte, drückt diese Membran gegen einen Kolben 31.

Soll der Behälter 27 evtl. geleert werden (um beispielsweise ein Gas wie Schwefelhexafluorid abzupumpen), so wird

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die Membran durch ein Gitter 32 gehalten. Der durch den Druck auf den Kolben 31 ausgeübte Schub wird von einem Mechanismus 61 aufgenommen, dereine oder mehrere Federn enthält, die den auf einen Ring 34, der die Membran auf dem Halter 25 befestigt, gedrückten Kolbenrand 33 halten.

Der Mechanismus ist symmetrisch aufgebaut. Er umfaßt zwei Arme 35, die sich einerseits auf einem mit dem Kolben 31 festverbundenen Ring 36 und andererseits auf zwei Hebel 37 abstützen. Ein Ende der Hebel 37 stützt sich über ein Gelenk 39 auf dem festen Teil ab, und auf ein Gelenk 40 am anderen Ende wirken Federn 41 ein. Sämtliche Gelenke 39, 40 werden zur Verringerung der Reibung mit Hilfe von Stahlrollen 38 hergestellt.

Die Kraft der Federn 41 wird gleichzeitig auf beide Hebel 37 ausgeübt und über diese Hebel auf die Arme 35 übertragen. Die Resultante R der Kräfte, deren Richtung entlang der Achse jedes Arms verläuft, kann in zwei Komponenten zerlegt werden, in eine horizontale F2 und eine vertikale Fl, die nach unten gerichtet ist. Die beiden gleich großen und entgegengesetzt laufenden Komponenten F2 neutralisieren sich. Die beiden senkrechten Komponenten Fl addieren sich, und die sich daraus ergebende Kraft wirkt dem auf den Kolben 31 durch das Medium 28 ausgeübten Druck entgegen. Wenn die sich aus dem Druck ergebende Kraft über 2.Fl hinausgeht, wird der Kolben 31 nach oben verschoben, die Schräglage der Arme 35 nimmt ab, und die senkrechten Komponenten Fl verringern sich entsprechend. Wenn die Arme 35 senkrecht zur Achse verlaufen, annulieren sich diese Komponenten. Bei einer Verschiebung nach oben nimmt die

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durch den Mechanismus übertragene Widerstandskraft 2.Fl in Abhängigkeit von Hub C ab, wie es die Kruve 42 in Fig. 3 darstellt, in der als Abszisse der Hub C des Kolbens 31 und als Ordinate der durch die Membran auf den Mechanismus ausgeübte Druck P eingetragen sind. Unter diesen Bedingungen nimmt, wenn der Druck P den dem Hubbeginn des Kolbens entsprechende Wert erreicht, die Geschwindigkeit des Kolbens tendienziell zu, da die auf den Druck zurückzuführende Antriebskraft konstant bleibt und die auf die Feder zurückzuführende Widerstandskraft beim Anlaufen des Kolbens abnimmt. Der Anlaufdruck Pl der Vorrichtung wird durch Drehen einer die Spannung der Feder 41 bestimmenden Schraube 43 mit großer Genauigkeit eingestellt.

Die Widerstandskraft, die notwendig ist, um die Membran 29 zwischen ihren Befestigungen ausbauchen zu lassen oder sie zu zerreißen, nimmt mit dem Hub des Kolbens gemäß der Kurve 47 in Fig. 3 zu. Das Ausbauchen oder Zerreißen der Membran allein entspricht dem Punkt 48 der Kurve 47 und einem Druck P4. Die Summe der Ordinaten der Kennlinie 42 der Feder und der Kennlinie 47 der Membran entspricht der Kurve 49, auf der das Ausbauchen und das Reißen der Membran dem Punkt 50 mit der Ordinate P4 + P5 entspricht.

Nach einem Hub 44 von beispielsweise etwa 0,5 mm stößt ein mit dem Kolben 31 fest verbundenes Bruchteil 45 auf eine mit dem Halter 25 fest verbundene Führung 46. Das Abscheren des Bruchteils geschieht bei einer Kraft, die einem Druck P2 entspricht, der auf den Querschnitt des Kolbens 31 einwirkt; P2 beträgt beispielsweise etwa 200 + 50 Millibar.

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Bei der im Betrieb befindlichen Vorrichtung geschieht, wenn der Kolben den Hub 44 zurückgelegt hat und unter Berücksichtigung der Kraft 2.Fl, das Abscheren des Bruchteils 45 bei einem Druck von P3 gleich Pl + P2.

Wenn der Druck P4 + P5 kleiner als P3 ist, baucht sich die Membran 29 in ihren Befestigungen durch oder zerreißt unabhängig von ihrer eigenen Kennlinie, sobald der Kolben die dem Hub 44 entsprechende Verschxebungsschwelle überschreitet.

Für jede Vorrichtung wird der Druck Pl beispielsweise mit einem Druckmesser sehr genau eingestellt, wenn mit Hilfe eines auf dem beweglichen Teil montierten Vergleichers der Punkt festgestellt wird, bei dem sich der Kolben vom festen Teil trennt.

Da P2 gegenüber Pl gering ist, läßt die Toleranz bei dem Betriebsdruck P3 eine große Toleranz bei der der Abscherung des Bruchteils 45 entsprechenden Last zu, wobei sich einerseits eine Herstellungserleichterung ergibt und andererseits die Toleranz des Regeldrucks der Vorrichtung sehr gering bleibt. So erhält man beispielsweise für einen Behälterbetriebsdruck von 4 Bar und einem dem Abscheren des Bruchteils entsprechenden Druck P2 von 200 Millibar mit einer Toleranz von + 50 Millibar eine relative Toleranz von + 25% für das Abscheren des Bruchteils und eine relative Toleranz von + 1,25% für den Betriebsdruck der Vorrichtung.

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Claims (1)

1. - 9 PATENTANS PRÜCHE

   IJ- Überdruck-Abbauvorrichtung für ein in einem Behälter enthaltenes Medium, wobei der Behälter eine Dichtungsmembran aufweist, die aufgrund des Überdrucks zwischen ihren Befestigungen ausgebaucht wird oder gar reißt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen beweglichen Kolben (1, 31) umfaßt, der gegen die Membran (4, 29) gedrückt wird und der Wirkung einer Feder (22, 41) über einen Mechanismus (60, 61) untersteht, der eine Gleichgewichtsschwelle besitzt, deren tiberschreiten die plötzliche Freisetzung des Kolbens und das Ausbauchen der Membran zwischen ihren Befestigungen oder ihr Reißen zur Folge hat, wobei diese Schwelle durch Verschieben des Kolbens unter der Druckwirkung erreicht wird.

   2 - Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus zwischen der Feder (22, 41) und dem Kolben (1, 31) angeordnete Arme und Hebel aufweist.

   3 - Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennze ichnet, daß der Mechanismus ein Kniegelenk (15) enthält.

   4 - Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichgewichtsschwelle dem Totpunkt des Kniegelenks (15) entspricht;.

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   5 - Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus (61) ein Soll-Bruchteil (45) aufweist und daß der Gleichgewichtsschwelle die Stellung des Kolbens entspricht, die zum Brechen des Teils (45) führt.

   6 - Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgrund der Wirkung der Feder (22, 41) auf den Kolben (1, 31) ausgeübte und durch den Mechanismus (60, 61) übertragene Kraft abnimmt, wenn ein wachsender Druck den Kolben verschiebt.

   7 - Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich beim plötzlichen Undichtwerden der Membran (4, 29) ergebende, auf den Kolben (1, 24) einwirkende Kraft kleiner ist als die beim Abscheren des Soll-Bruchteils auf den Kolben einwirkende Kraft.

   8 - Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscherung des Soll-Bruchteils (45) nach einem geringen Hub des Kolbens erfolgt.

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