DE2723791C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine thermostatisch gesteuerte Sicherheitseinrichtung zum Schutze von mit flüssigen oder gasförmigen Medien arbeitenden Wärmeerzeugungs- bzw. Wärmeverbrauchsanlagen, mit einem Absperrventil, das von einem Stellantrieb betätigbar ist, mit einem Temperaturfühler sowie einem Steuerorgan, wobei der Stell­ antrieb durch das Steuerorgan und dieses durch den Tempe­ raturfühler betätigbar sind.

Gattungsgemäße thermostatisch gesteuerte Sicherheits­ einrichtungen arbeiten mit Federkraftspeichern. Diese sind im normalen Betriebsfalle vorgespannt, beim Erreichen der eingestellten Grenztemperaturen lösen sie aus und betätigen das angeschlossene Absperrventil. Federkraftspeicher der genannten Art werden mittels Rasten, Klinken, Sperren, Kniehebel oder dergleichen oder aber auch mittels hydrau­ lischem Druck der Fühlerflüssigkeit in ihrer vorgespannten Lage gehalten. Das Auslösen der Kraftspeicher kann durch Entkoppeln der Arretierungen erfolgen, was beispielsweise wiederum durch einen Arbeitskörper des Thermostatkühlers ausgelöst wird. Es liegt nahe, daß insbesondere bei großen Nennweiten der Ventile und/oder ebensolchen Ventil­ druckdifferenzen die Federn äußerst kräftiger Auslegung bedürfen, um die Ventile schließen zu können. Wenn die Federspannung im Laufe der Zeit nachläßt oder aber die Feder gar bricht, besteht keine Art Sicherheit mehr für die zu überwachende Anlage, da das Ventil beim Erreichen der eingestellten Temperatur nicht mehr zu schließen vermag.

Auch wegen des Auftretens relativ großer Reibungskräfte an der Arretierung der gewählten Federkraftspeicher steigt häufig die Grenztemperatur weit über das zulässige Maß an, bevor das Ausrasten des Kraftspeichers überhaupt wirksam wird. Naheliegenderweise ist auch in einem solchen Fall der zu diesem Zweck vorgesehene Schutz der Anlage un­ wirksam. Allen diesen Anordnungen ist eine unbefriedigende Auslösegenauigkeit gemeinsam, welche durch mechanische Verriegelung und der damit einhergehenden Reibung, ins­ besondere unter Berücksichtigung der auftretenden hohen Federkräfte zwangsläufig bedingt ist. Darüber hinaus sind die Kräfte der Federspeicher durch die bauliche Ausgestaltungs­ weise begrenzt, so daß die zu sichernden Anlagen, insbesondere bei größeren Ventilnennweiten und hohen Druckdifferenzen nicht mehr ausreichend oder gar nicht mehr absicherbar sind.

Gegenüber den relativ engen Grenzen hinsichtlich des Einsatz­ bereiches, welche den sogenannten Sicherheitseinrichtungen in baulich-konzeptioneller Hinsicht eigen sind, steht der zu ihrer Realisierung erforderliche Bau- und Kostenaufwand in einer deutlichen Disproportion, abgesehen davon, daß das Entriegeln der ausgerasteten Sicherheitseinrichtung mit Rück­ sicht auf die erforderlichen starken Federkräfte der Kraft­ speicher ohnehin überaus problematisch ist.

Nicht gattungsgemäße Einrichtung zur Steuerung von Ventilen unter Einwirkung eines Hilfsfluids sind aus der DE-GM 72 00 465 und in der DE-OS 25 38 930 bekannt. Das Hilfs­ fluid mündet hier in einer Kammer und wirkt auf einen Kolben, der andererseits unter der Wirkung einer Feder steht. Das Schließen des Hauptventils erfolgt dadurch, daß der Hilfs­ fluiddruck reduziert wird, der Kolben damit aus seiner durch hohen Hilfsfluiddruck gegebenen ersten Stellung unter der Wirkung der ihn beaufschlagenden Feder in eine zweite Stellung gebracht wird und derart ein Schließen des Haupt­ ventils an sich verursacht wird. Weiterhin sind aus den US- Patentschriften 25 66 776 und 30 83 726 nicht gattungsgemäße Sicherheitseinrichtungen für Pipelines beschrieben, die bald zu großen Druckschwankungen in der Ölförderleitung ein Sperrorgan schließen sollen. Es ist hierzu ein Steuerventil vorgesehen, das dann öffnet, wenn der Differenzdruck vor bzw. im Bereich des Hauptventils und stromab desselben unter einem vorgegebenen Wert abfällt. Das Öffnen erfolgt unter dem Einfluß einer Feder, während der flußab aufgenommene Druck der Hauptleitung lediglich zur Erzeugung eines normalen Gleichgewichtszustandes mitwirkt, wobei die entsprechende Verbindungsleitung zur Rückführung im Bereich des Hauptventils abgezweigter Flüssigkeit in die Hauptrohrleitung dient. Schließlich zeigt die DE-AS 12 47 790 die Verwendung von Temperatur an sich als kritischer Größe zur Druckerhöhung in einem Steuerfluid zur Regelung des Kühlmittelumlaufs und Kühlsystem von Verbrennungskraftmaschinen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermostatisch gesteuerte Sicherheitseinrichtung einfach, damit mit ge­ ringem Bau- und Kostenaufwand, zugleich aber betriebssicher, insbesondere hinsichtlich guter Auslösegenauigkeit zu schaffen, wobei die Eigensicherheit gegen Federbruch erhöht, eine gleichbleibende Funktionsgüte über lange Zeit erzielt und weitgehend uneingeschränkte Verwendungsmöglichkeiten im Rahmen vorgegebener Betriebsbedingungen hinsichtlich Nennweiten und Drücken eröffnet werden sollen.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit einer thermostatisch gesteuerten Sicherheitseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäß ausgestaltete Sicherheitseinrichtung ist in der Lage, große Ventilschließkräfte, die in jedem Fall für das sichere Schließen des Hauptventils ausreichen, sowie auch ent­ sprechende große Ventilhübe aufzubringen. Hierdurch ist gewähr­ leistet, daß z. B. beim Versagen bzw. beim Bruch einer Sicher­ heitsfeder, einer Steuermembran, von Steuerleitungen oder auch bei Undichtigkeiten, Leckagen im hydraulischen System des Temperaturkühlers oder dergleichen die Sicherheitseinrichtung das Hauptventil schließt und in dieser Stellung auch dauernd hydraulisch geschlossen hält. Die erfindungsgemäße Sicherheits­ einrichtung ist sowohl hinsichtlich ihres Aufbaus als auch ihrer Wirkungsweise einfach und effektvoll. Die Einfachheit ihres Aufbaus ergibt sich aus der relativ geringen Anzahl der zum Betrieb notwendigen, praktisch verschleißfreien Teile. Die erfindungsgemäße thermostatisch gesteuerte Sicherheits­ einrichtung leitet den vor dem Steuerabsperrventil anstehenden Mediumdruck zum Schließen desselben auf seinem Stellantrieb bei zu hohem und zu geringem Druck sowie bei Federbruch, bei dem ein Steuerkolben bei hohem Druck der Ausdehnungsflüssig­ keit und oder Bruch der zugeordneten Feder der andere Steuer­ kolben bei Druckreduzierung unter der Wirkung der ihm zu­ geordneten Feder den vor dem Absperrventil anstehenden Druck des Mediums auf den Stellantrieb des Absperrventils durch­ schaltet.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen. Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur:

das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung in schematischer Darstellung.

Ein als Hauptventil 1 ausgebildetes Stellorgan ist mit einem einen Stellantrieb 2 aufweisenden Membrangehäuse verbunden. Hauptventil 1 und Stellantrieb 2 stehen über Steuerleitungen 3, 3 a, mit einem Steuerorgan 4 in Wirkverbindung. Das Steuerorgan 4 weist ein druckfestes und allseitig geschlossenes Gehäuse 5 auf. Das Innere des Gehäuses ist in mehrere Kammern 5 a, 5 b, 5 c unterteilt. Die mittels der Membranen 6, 6 a, 6 b druck- und flüssigkeitsdicht abgeschottete Kammer 5 a ist mit einer Aus­ dehnungsflüssigkeit gefüllt. Diese Flüssigkeit steht wiederum über eine Steuerleitung in Form einer Kapillare 7 a mit einem Temperaturfühler 7 in Wirkverbindung. Eine Kammer 5 b dient zur Aufnahme eines Sollwert-Einstellers. Ein im dargestellten Ausführungsbei­ spiel topfartig ausgebildeter Kolben 8 ist mit seiner unteren Hälfte 8 a konzentrisch in dem dazu korrespondierend ausge­ bildeten Teil der Membran 6 b angeordnet und geführt. Die koaxial oberhalb des Kolbens 8 angeordnete Schraubenfeder 9 stützt sich einerseits auf dem Kolben 8 selbst und anderer­ seits im dargestellten Ausführungsbeispiel im Inneren des Ge­ häuses 5 ab. Die zentrisch in der Schraubenfeder 9 angeordnete Gewindespindel 10 begrenzt den bei sich ausdehnender Fühler­ flüssigkeit einsetzenden Hub "a" des Kolbens 8 derart, daß die der Einstellhandhabe 10 a abgekehrte Seite der Gewinde­ spindel 10 mit ihrer Stirnfläche 10 b am Bodeninneren 8 b des Kolbens 8 anschlägt.

In der Kammer 5 c sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei federbelastete Steuerventile 11, 14 angeordnet. Die Ventile stehen dabei in direkter Wirkverbindung mit Steuerkolben 12, 13, die an zugehörigen Membranen 6, 6 a anliegen und in hydraulischer Parallelschaltung durch die Ausdehnungsflüssigkeit gesteuert werden.

Im normalen Betriebsfall liegt der Boden 8 b des Kolbens 8 am Ende 10 b der Gewindespindel 10 nicht an. Infolge der vor­ gespannten Feder 9 wird in der Kammer 5 a ein hydraulischer Mindestdruck vorgehalten, der nicht ausreicht, das Öffnungs­ ventil mittels des Kolbens 12 entgegen der Schließfeder 15 zu öffnen, aber das Schließventil 16 über den Kolben 13 geschlossen hält.

Liegt jedoch die Steuerfläche 8 b des Kolbens 8 an der Stirn­ fläche 10 b der Gewindespindel 10 an und erhöht sich die Temperatur am Kühler 7 um einen geringen Betrag, etwa um 1°C, so erfolgt durch die Volumenzunahme der Ausdehnungs­ flüssigkeit ein steiler Druckanstieg innerhalb des Hydraulik­ systems. Hierdurch wird das Ventil 11 über seinen Kolben 12 geöffnet, um in diesem Zustand Steuerdruck vom Hauptventil 1 über die Steuerleitungen 3, 3 a auf den Stellantrieb 2 abzu­ geben. Der Stellantrieb 2 wird also mit der Kraft der Fläche der Membran 17 des Stellantriebs 2 multipliziert mit dem Steuer­ druck, der dem Vordruck in der Hauptleitung entspricht, das Ventil schließen und auch geschlossen halten, weil der Steuer­ druck aus dem Gehäuse des Stellantriebs nicht entweichen kann. Auf diese Weise ist das Hauptventil 1 hydraulisch verriegelt. Eine Entriegelung ist nur dann möglich, wenn der Steuerdruck nach abgefallener Kühlertemperatur manuell mittels eines Ent­ lüftungsventils 18 abgelassen wird, was im übrigen einer Forderung nach DIN 3440 entspricht.

Der Steuerkolben 13 tritt dann in Funktion und öffnet das Ventil 14, wenn durch Leckage bzw. Bruch von Steuerleitung oder Kapillaren der hydraulische Druck in der Kammer 5 a ab­ fällt. Die Feder 16 legt dabei die Druckhöhe zum Öffnen des Ventils 14 fest. Nach Öffnen des Ventils wird in der vorstehend beschriebenen Weise das Hauptventil 1 ebenfalls geschlossen.

Bei etwaigem Bruch der Feder 15 öffnet das zugehörige Ventil 11 sofort, so daß das Hauptventil 1 wiederum, wie beschrieben, sofort schließt. Bricht indessen die Feder 9 im Sollwertein­ steller, fällt der Systemdruck der Ausdehnungsflüssigkeit in der Kammer 5 a zusammen, so daß wiederum der Flüssigkeitsdruck auf den Kolben reduziert wird bzw. entfällt und dieser unter der Wirkung seiner Feder 16 das Ventil öffnet, so daß in diesem Zustand ebenfalls wieder Steuerdruck zum Schließen des Hauptventils auf den Stellantrieb 2 abgegeben wird. Sind in einem anderen etwaigen Störungsfall die Ventile 11, 14 nicht dicht abschließend, erfolgt ebenfalls das Schließen des Haupt­ ventils 1 in der beschriebenen Weise. Die thermostatische Sicherheitseinrichtung ist im Störungsfalle mithin selbstüber­ wachend.

Claims (7)

1. Thermostatisch gesteuerte Sicherheitseinrichtung zum Schutze von mit flüssigen oder gasförmigen Medien arbeitenden Wärme­ erzeugungs- bzw. Wärmeverbrauchsanlagen, mit einem Absperrventil (1), das von einem Stellantrieb (2) betätigbar ist, mit einem Temperaturfühler (7) sowie einem Steuerorgan (4), wobei der Stellantrieb (2) durch das Steuerorgan (4) und dieses durch den Temperaturfühler (7) betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerleitung (3 a, 3) für das Medium von einer Stelle vor dem Absperrventil (1) über Ventileinrichtungen (11, 14) des Steuerorgans (4) zum Stellantrieb geführt ist, daß der Temperaturfühler (7) über eine Leitung (7 a) mit einer Kammer (5 a) des Steuerorgans in Verbindung steht, wobei eine Ausdehnungsflüssigkeit im Temperaturfühler (7), der Leitung (7 a) und der Kammer (5 a) enthalten ist, die die Ventileinrichtungen (11, 14) unter der Wirkung der Ausdehnungsflüssigkeit in Schließ- bzw. Öffnungsrichtung beaufschlagende federbelastende Steuerkolben (12, 13) aufnimmt und wobei einer der Steuerkolben (12) bei hohem Druck der Ausdehnungsflüssigkeit und/oder Bruch der zugeordneten Feder (15), der andere Steuerkolben (13) bei Reduzierung des Drucks der Ausdehnungsflüssigkeit unter der Wirkung seiner Feder (16) jeweils den vor dem Absperrventil (1) anstehenden Druck des Mediums auf den Stellantrieb (2) des Absperrventils (1) durchschaltet.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Sollwerteinsteller (8, 9, 10).

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ kolben (12, 13) über die Ausdehnungs­ flüssigkeit (7 a) des Temperaturfühlers in hydraulischer Parallelschaltung stehen.

4. Sicherheitseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche des weiteren Steuerkolbens (12) wesentlich kleiner als die des ersten Steuerkolbens ist.

5. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ kolben (12, 13) mittels Membranen (6, 6 a, 6 b) gegenüber der die Ausdehnungsflüssigkeit auf­ weisenden Kammer (5 a) abgedichtet sind.

6. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kammer (5 b) den Sollwerteinsteller (8, 9, 10) aufnimmt.

7. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll­ werteinsteller (8, 9, 10) eine Gewindespindel (10), einen zu dieser verschiebbaren Kolben (8) und eine den Kolben (8) beaufschlagende Feder (9) aufweist.