DE2806738C2 - Entlastungsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Entlastungsventil mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmalen, wie es aus der DE-AS 20 41 722 bekanntgeworden ist

Zum Beispiel im Gehäuse eines in ein Leitungssystem eingeschalteten Absperrorgans kann ein Druck entstehen, der höher ist als der Betriebsdruck. So ist es denkbar, daß das Gehäuse nach längerer Abschaltzeit Kondenswasser enthält, das bei erneutem Anstehen des Betriebsmediums durch die von diesem ausgehende Wärme schlagartig verdampft. Der hierbei entstehende Druck kann so große Werte erreichen, daß sich das Gehäuse verformt oder sogar undicht wird oder platzt Das Betriebsmedium hat dann nicht die Möglichkeit, in die freie Umgebung auszutreten, was nicht nur nachteilig ist, sondern eine beachtliche Gefährdung darstellt, die zu Personen- und Sachschaden führen kann.

Es kann vielfach auch erforderlich sein, innerhalb eines solchen Leitungssystems die Strömungsrichtung zu wechseln, so daß der Betriebsdruck an derjenigen Seite des Absperrorgans anstehen soll, die zunächst drucklos war. Ein Entlastungsventil der eingangs genannten Art hat deshalb außer einem ersten Anschlußstutzen, der mit dem zu sichernden Druckraum verbindbar ist, zwei weitere Anschlußstutzen zur Verbindung mit dem Rohrleitungssystem an jeweils einer Seite des Absperrorgans. Ferner hat das bekannte Sicherheitsventil zwei kolbenähnliche Schließteile, die miteinander durch einen federnden Konpensator verbunden sind. Dieser drückt die beiden Schließteile in entgegengesetzten Richtungen auf die jeweils zugeordneten Dichtflächen.

Diese Ausführungsform hat den Nachteil, daß die Ansprecngenauigkeit von der Genauigkeit der Federkraft eines derartigen Kompensator abhängig ist, denn der sich aus dem Betriebsdruck und dem Überdruck jeweils ergebende Differenzdruck muß diese Federkraft überwinden. Auch ist die Verwendung eines solchen Kompensators verhältnismäßig aufwendig, zumal er den jeweils in Betracht kommenden Druckbereichen sowohl in bezug auf die Federkraft als auch in bezug auf die Abmessungen angepaßt werden und gegebenenfalls in Einzelanfertigung hergestellt werden muß.

Aus der DE-OS 16 75 547 ist ferner ein Entlastungsventil bekannt das zum schnellen Abbau eines Überdruckes dient. Bei diesem Ventil erfolgt jedoch die Betätigung des Schließteils nicht in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Betriebsdruck und dem Überdruck. Das Ventil wird zwar mit einem bestimmten Druck beaufschlagt, der dem Betriebsdruck entspricht. Die der druckbeaufschlagten Seite des scheibenförmigen Schließteils gegenüberliegende Ventilseite ist jedoch mit einer ins Freie führenden Auslaßöffnung verbunden, was aus den eingangs genannten Gründen nicht wünschenswert ist.

Letzteres gilt gleichermaßen für ein in der CH-PS 4 08 575 beschriebenes Ventil. Dieses hat zusätzlich den Nachteil, daß der Ansprech-Druckwert mittels einer Feder fest vorgegeben ist. Es läßt sich somit keine Abhängigkeit zwischen dem jeweiligen Überdruckwert und einem jeweils anstehenden Betriebsdruck herbei-

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führen.

Hiervon ausgehend lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wahlweise von unterschiedlichen Seiten beaufschlagbares Entlastungsventil zu schaffen, dessen Ansprechgenauigkeit nicht von der Größe einer Federkraft abhängt und das im übrigen einen geringeren technischen Aufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 genannten Merkmale im vollen Umfang gelöst Durch entsprechende Bemessung der jeweils vom Betriebsdruck und dem Oberdruck beaufschlagten Flächen kann jeweils derjenige Druck festgelegt werden, bei dem die Entlastung erfolgt Das Ansprechen des Entlastungsventils ist nicht mehr von der Größe einer Federkraft abhängig. Somit hat das Entlastungsventil eine hohe Ansprechgenauigkeit. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, daß die Herstellung des nach der Erfindung ausgebildeten Entlastungsventils mit geringem Aufwand möglich ist, zumal zu beiden Seiten der Sitzscheibe jeweils gleich ausgebildete Konstruktionsteile verwendet werden können.

Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten Entlastungsventil bilden die beiden Kolben und die zwischen ihnen befindliche Sitzscheibe ein wahlweise von der einen oder der anderen Seite mit Betriebsdruck beaufschlagbares und durch diesen in axialer Richtung verschiebbares System, wobei durch diese Verschiebung die Sitzscheibe ein Abdichten gegenüber der drucklosen Seite bewirkt, während der der druckbeaufschlagten Seite zugewandte Kolben der Sitzscheibe nachgeführt wird, so daß auch die Verbindung zum Druckraum noch abgedichtet ist Erst ein Überdruck von bestimmter Größe innerhalb des zu sichernden Druckraumes ist in der Lage, entgegen der dichtenden Wirkung des Betriebsdruckes den der Betriebsdruckseite zugewandten Kolben von der Sitzscheibe abzuheben, so daß durch den im Kolben befindlichen Entlastungskanal ein Abbau des Überdrucks in den mit Betriebsdruck beaufschlagten Teil des Rohrleitungssystems erfolgen kann. Sobald der Abbau erfolgt ist, wird der betreffende Kolben durch den Betriebsdruck wieder gegen die Sitzscheibe gedrückt

Nachfolgend werden einige vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben, von denen eine darin besteht, daß die beiden Kolben und die zwischen diese angeordnete Sitzscheibe beidseitig durch Federdruck etwa gleicher Größe zusammengepreßt sind.

Die derart angeordneten Federn bewirken, daß auch zum Beispiel bei vorangegangener Abschaltung des Betriebsdrucks die beiden Kolben und die Sitzscheibe immer eine definierte Lage einnehmen. Da die Kräfte der beiden Federn gegeneinander gerichtet sind, kompensieren sie sich im Rahmen der zuvor beschriebenen Funktion. Die Federn haben somit mit der Vorgabe eines Ansprechwertes für das Entlastungsventil nichts zu tun. Im allgemeinen kann die Federkraft so niedrig bemessen werden, wie es zur Überwindung der Reibung erforderlich ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kolben jeweils mittels einer flexiblen Membran in den umgebenden Bereich des Ventilkörpers eingespannt sind. Hierdurch läßt sich eine zuverlässige Abdichtung der beweglich anzuordnenden Kolben gegenüber dem umgebenden Bereich des Schließteils erzielen.

Vorteilhaft ist es erfindungsgemäß ferner, wenn die Membran am Kolben zwischen einem Ringansatz desselben und einem gegengesetzten inneren Einspann-

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65 ring und am Ventilkorper zwischen einer radialen Schulterfläche und einem äußeren Einspannring gehalten ist der den inneren Einspannring umgibt Der äußere Einspannring dient hierbei gleichzeitig ais Führung für den noch zum Kolben gehörenden inneren Einspannring.

Erfindungsgemäß kann die Sitzscheibe in einem mittleren Teil des Ventilkörpers gehalten und geführt sein, der gleichzeitig den ersten Anschlußstutzen und einen zu beiden Seiten hin mündenden Kanal aufweist. Hierbei wird sich der Kanal und vorzugsweise auch der mit dem zu sichernden Druckraum zu verbindende Anschlußstutzen in einer zur Bewegungsrichtung der Kolben radialen Richtung erstrecken, während die beiden zu den Ringflächen führenden Mündungen des Kanals sich in axialer Richtung erstrecken werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann zu beiden Seiten einer als Anschlußplatte ausgebildeten mittleren Platte jeweils eine weitere Platte anschließen, die mit entsprechend bemessenen Bohrungen für den jeweiligen Kolben und der zum Gegensetzen eines äußeren Einspannringes dienenden Ringschulter versehen ist. Der Aufbau aus einzelnen plattenförmigen Teilen führt zu einer verhältnismäßig einfachen Konstruktion. Auch die Montage ist entsprechend einfach, wobei die einzelnen Platten in der erforderlichen Weise gegeneinander abgedichtet und im übrigen durch Schraubverbindungen zusammengehalten sein können.

Nachfolgend wird eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben, die einen Längsschnitt durch ein derartiges Entlastungsventil darstellt

Das Entlastungsventil soll zum Sichern eines Druckraums bzw. Gehäuses 10 dienen, welches nur das schematisch dargestellte Gehäuse eines Absperrschiebers ist. In letzteres münden zwei Rohrleitungsenden 11 und 12. Der Schließteil des Absperrschiebers ist nicht dargestellt. Der Innenraum des Gehäuses 10 hat einen Ausgangsstutzen 13, an welchem der jeweils herrschende Druck abgenommen werden kann. Der Abbau des Überdrucks soll alternativ in das Rohrleitungsende 11 oder das Rohrleitungsende 12 erfolgen in Abhängigkeit davon, welches dieser beiden Rohrleitungsenden jeweils mit Betriebsdruck beaufschlagt ist. Im einzelnen hat das Entlastungsventil folgenden Aufbau:

Die beiden Seiten des Ventilkörpers werden durch jeweils eine Anschlußplatte 14 gebildet, von denen jede mit einem Anschlußstutzen 15 versehen ist. Der Anschlußstutzen 15 der in der Zeichnung linken Anschlußplatte 14 ist über eine Leitung mit einem Ausgangsstutzen 16 am Rohrleitungsende 11 verbunden. Der Anschlußstutzen 15 der in der Zeichnung rechten Anschlußplatte 14 steht über eine Leitung mit einem Ausgangsstutzen 32 am Rohrleitungsende 12 in Verbindung.

Zur Mitte des Ventilkörpers hin schließt jeweils eine Platte 33 bzw. 34 an, in der jeweils ein Kolben 35 bzw. 36 angeordnet ist. Eine mittlere AnschlußplaUe 37 hat einen mit dem Ausgangsstutzen 13 am Gehäuse 10 zu verbindenden Anschlußstutzen 38 und einen Kanal 39, der an seinem der Mitte des Ventilkörpers zugewandten Ende zu beiden Seiten hin in Richtung auf die benachbarten Platten 33 bzw. 34 mündet. Die Anschlußplatte 37 dient ferner als Führung und Lagerung für eine Sitzscheibe 40, an deren beiden Seiten jeweils einer der Kolben 35 bzw. 36 mit einer Ringfläche 41 anliegt Die Kolben 35 und 36 haben jeweils einen Ringansatz

42, der sich über einen Teil ihrer axialen Länge erstreckt, während auf den anderen Teil ein Einspannring 43 aufgesetzt ist. Zwischen dem Ringansatz 42 und dem Einspunnring 43 ist jeweils eine flexible Membran 44 am jeweiligen Kolben 35 bzw,36 eingespannt.

Durch eine entsprechende Bohrung ist in den beiden Platten 33 und 34 jeweils eine Ringschulter 45 gebildet, gegen die ein äußerer Einspannring 46 gesetzt ist. Dieser dient zum Einspannen des äußeren Bereiches der Membran 44 gegenüber der jeweiligen Platte 3cl bzw. 34 und gleichzeitig als Führung für den mit den Kolben 35 bzw. :I6 beweglichen inneren Einspannring 4,'J. Durch jeden der Kolben 35 und 36 verläuft ein zentraler Entlaytungskanal 47.

Die Kolben 35 und 36 bilden zusammen mit der Sitzscheibe 40 ein in axialer Richtung verschiebbares System, an dem von beiden Seiten jeweils eine als Tellerfeder ausgeführte Feder 48 angreift. Diese stützt sich jeweils auf der benachbarten Anschlußplatte 14 ab.

Der die als Ventilsitz dienende Ringfläche 41 umgebende Teil der Kolbenfläche und die nach außen jeweils anschließende Stirnfläche des inneren Einspannringe!; 43 ergeben jeweils eine Ringfläche, die mit dem im Gehäuse 10 anstehenden Druck beaufschlagt ist, der vom Kanal 39 aus bis an diese Ringfläche vordringen kann, da ein entsprechendes Spiel zwischen der mittleren Anschlußplatte 37 und den beiden angrenzenden Platten 33 bzw. 34 vorhanden ist. Zur Abdichtung nach außen hin dienen jeweils Dichtungen 49, die sich im übrigen auch zwischen den Platten 33 und 34 und den äußerem Anschlußplatten 14 befinden. Im einzelnen ergibt sich jetzt folgende Arbeitsweise:

Die Federn 48 halten die Kolben 35 und 36 mit der Sitzscheibe 40 zunächst in der hier dargestellten Lage, solange beide Rohrleitungsenden 11 und 12 drucklos sind. Da hierbei bereits die Kolben 35 und 36 an der Sitzscheibe 40 dichtend anliegen, ist eine Verbindung zum Innenraum des Gehäuses 10 von keinem der Rohrleitungsenden 11 oder 12 aus vorhanden. Die von den beiden Federn 48 ausgehende Kraftwirkung kann hier außer Betracht bleiben, da sie sich im wesentlichen kompensiert

Wird jetzt das Rohrieitungsende ίί mit Betriebsdruck beaufschlagt, so wirkt dieser auf die von diesem aus beaufschlagte Stirnfläche des Kolbens 35 und verschiebt diesen mit der Sitzscheibe 40 und dem gegenüberliegenden Kolben 36 so weit, wie es die beiden Membranen 42 und die am Kolben 36 angreifende Feder 48 zulassen. Um diese Verschiebung zu ermöglichen, divergieren die äußeren Einspannflächen einschließlich der Ringschulter 45 entsprechend.

Es ist also jetzt ein weiteres Verschieben des Kolbens 36 zur rechten Seite hin nicht mehr möglich. Femer ist die durch Überdruck beaufschlagbare Ringfläche der Sitzscheibe 40 kleiner als die durch diesen beaufschlagbare Kolben-Ringfläche einschließlich der Stirnfläche des inneren Einspannringes 43. Wenn jetzt also im Gehäuse 10 ein Druck ansteht, der größer ist als der Betriebsdruck, so kann dieser Überdruck nur noch den linken Kolben 35 mit seiner Ringfläche 41 von der Sitzscheibe 40 abheben, so daß sich der Überdruck durch den zentralen Entlastungskanal 47 in Richtung auf das mit Betriebsdruck beaufschlagte Rohrleiiup.gsen.de 11 abbaut. Sobald dies geschehen ist, wird sich der Kolben 35 mit seiner Ringfläche 41 wieder an die Sitzscheibe 40 dichtend anlegen. Diese behält ihre nach rechts verschobene Stellung solange bei, wie im Rohrleitungsende 11 ein entsprechender Betriebsdruck ansteht.

Sollte aber das Rohrleitungsende 12 mit Betriebsdruck beaufschlagt sein, während das Rohrieitungsende 11 drucklos ist, so wird der Betriebsdruck ein Verschieben des Kolbens 36 und damit auch der Sitzscheibe 40 und des Kolbens 35 zur linken Seite hin bewirken, bis eine weitere Verschiebung in dieser Richtung nicht mehr möglich ist. Ein im Gehäuse 10 auftretender Überdruck wird dann in entsprechender Weise jetzt das Abheben des Kolbens 36 von der Sitzscheibe 40 bewirken, so daß ein Abbau des Überdrucks in das Rohrleitungsende 12 hinein erfolgt

Über die hier beschriebene Anwendungsmöglichkeit hinaus ist das nach der Erfindung ausgebildete Entlastungsventil ganz allgemein zur Sicherung von Druckräumen — hierzu können auch Behälter wie z. B. Tankbehälter gehören — anwendbar, die in irgendeiner Form eine thermische Aufheizung erfahren unabhängig davon, ob diese Aufheizung von innen her oder z. B. durch Sonnenenergie von außen her erfolgt Damit ist das Entlastungsventil nicht nur für είπε Anwendung im Bereich der Kraftwerkstechnik, sondern z. B. auch im Bereich der Petrochemie besonders geeignet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Entlastungsventil zur Sicherung eines Druckraumes gegen Überdruck durch Druckentlastung in ein mit Betriebsdruck beaufschlagbares Leitungssystem, insbesondere zur Sicherung des Gehäuses eines in das Leitungssystem eingeschalteten Absperrorgans, mit einem ersten, mit dem zu sichernden Druckraum verbindbaren Anschlußstutzen, mit zwei weiteren, jeweils zu einer Seite des Absperrorgans mit dem Leitungssystem verbindbaren Anschlußstutzen und mit zwei in einem Ventilgehäuse koaxial zueinander angeordneten Kolben, von denen jeweils einer durch den Überdruck von einer Dichtfläche abhebbar ist und durch das Abheben eine Verbindung zu dem jeweils mit Betriebsdruck beaufschlagten Anschlußstutzen herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kolben (35, 36) einen mit dem jeweils zugeordneten Anschlußstutzen (15) in Verbindung stehenden Entlastungskanal (47) aufweist, daß die den Kolben (35, 36) zugeordneten Dichtflächen durch die gegenüberliegenden Seiten einer zwischen den Kolben (35, 36) angeordneten beweglichen Sitzscheibe (40) gebildet sind, die bei Beaufschlagung mit Betriebsdruck den Entlastungskanal (47) des der jeweils drucklosen Seite zugeordneten Kolbens (35, 36) abdichtet und diesen Kolben (35,36) in Richtung auf die drucklose Seite verschiebt, und daß äußere Ringflächen (41, 43) an den der Scheibe (40) zugewandten Kolbenseiten mit dem aus dem Druckraum (10) zugeführten Druck beaufschlagbar und auf die übrigen druckbeaufschlagten Kolbenflächen in ihrer Größe so abgestimmt sind, daß der jeweils mit Betriebsdruck beaufschlagte Kolben (35, 36) bei einem den Betriebsdruck überschreitenden Druck im Druckraum (10) von der Sitzscheibe (40) abhebt.

2. Entlastungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolben (35,36) und die zwischen diesen angeordnete Sitzscheibe (40) beidseitig durch Federdruck etwa gleicher Größe zusammengepreßt sind.

3. Entlastungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (35, 36) jeweils mittels einer flexiblen Membran (44) in den umgebenden Bereich des Ventilkörpers eingespannt sind.

4. Entlastungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (44) am Kolben (35, 36) zwischen einem Ringansatz (42) desselben und einem gegengesetzten inneren Einspannring (43) und am Ventilkörper zwischen einer radialen Schulterfläche (45) und einem äußeren Einspannring (46) gehalten ist, der den inneren Einspannring (43) umgibt.

5. Entlastungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzscheibe (40) in einem mittleren Teil (37) des Ventilkörpers gehalten und geführt ist, der gleichzeitig den ersten Anschlußstutzen (38) und einen zu beiden Seiten hin mündenden Kanal (39) aufweist.

6. Entlastungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten einer als Anschlußplatte (37) ausgebildeten mittleren Platte jeweils eine weitere Platte (33,34) anschließt, die mit entsprechend bemessenen Bohrungen für den jeweiligen Kolben (35, 36) und der zum Gegensetzen eines äußeren Einspannringes (46) dienenden Ringschulter (45) versehen ist