DE2818690C2

DE2818690C2 - Ventil für Sicherheitszwecke

Info

Publication number: DE2818690C2
Application number: DE19782818690
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl.-Ing. 4050 Mönchengladbach Kreuz
Original assignee: Rheinische Armaturen und Maschinenfabrik Albert Sempell
Current assignee: Sempell GmbH
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1983-08-04
Also published as: DE2818690A1

Description

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P Die Erfindung betrifft ein Ventil für Sicherheitszwek-

ii| ke, insbesondere zur Verwendung in der Ausgangslei-

"A tung eines Druckbehälters, beispielsweise eines Dampf-

v3 erzeugers oder dergleichen, mit einem HauptabschluO-

's,;. körper, der durch ein Strömungsmedium oder auf

■y andere Weise iu betätigen ist, und einem inneren

|;i Zusatzabschlußkörper, der in einer konzentrischen

ή- Bohrung des Hauptabschlußkörpers geführt und unab-

;%' hängig verstellbar ist und zur Sperrung bzw. Freigabe

IA eines inneren Strömungskanals dient, über den bei

geschlossenem Hauptabschlußkörper durch öffnen des '; Zusatzabschlußkörpers der Ventileintritt mit dem

-; Ventilaustritt verbindbar ist.

; Für Kraftwerke, Chemiebetriebe und andere Indu-

strieanlagen können bei hohen Sicherheitsanforderun- : gen am Austritt eines Druckbehälters in den Hauptleitungen Armaturen gefordert werden, die geeignet sind, einerseits bei einem Rohrleitungsbruch hinter der Armatur den Druckbehälter schnell und sicher abzu- <j5 sperren und andererseits den abgesperrten Teil wieder zu öffnen, wenn eine unzulässige Drucksteigerung auftritt. Beide Funktionen, d. h. Absperren bei Rohrleitungsbruch und sicheres öffnen bei unzulässiger Drucksteigerung, können mit einer einzigen Armatur erfüllt werden. Für solche Zwecke sind Ventile bekannt, bei denen im Hauptabschlußkörper ein weiterer innerer Abschlußkörper eingebaut ist Der innere Abschlußkörper nimmt am allgemeinen die Schließstellung ein und bewegt sich gleichzeitig mit dem Hauptabschlußkörper. Im Störungsfall kann der innere Abschlußkörper unabhängig vom Hauptabschlußkörper betätigt werden.

Da ein solches Ventil in der Hauptleitung liegt, ist es wichtig, daß der Strömungskanal im Ventil strömungstechnisch günstig ausgebildet ist Zu diesem Zweck ist der Hauptabschlußkörper auf der Stirnseite so profiliert, daß ein minimaler Strömungswiderstand gegeben ist Weiterhin ist bei der Ausbildung des Strömungskanals für den inneren Abschlußkörper darauf zu achten, daß der Strömungswiderstand des Hauptströmungskanals nicht beeinträchtigt wird. Diese Forderung wird bei einem bekannten Ventil dadurch erfüllt, daß am inneren Abschlußkörper, der in einer konzentrischen Bohrung des Hauptabschlußkörpers axial verschiebbar geführt ist, ein vorstehender Zapfen angebracht wird, der in der Schließstellung des inneren Abschlußkörpers eine zentrale Bohrung im Hauptabschlußkörper vollständig ausfüllt und an seiner Stirnseite dem Verlauf der Profilierung des Hauptabschlußkörpers angepaßt ist

Die vorerwähnte Lösung hat schwerwiegende Nachteile. Hauptnachteil ist eine wesentliche Vergrößerung des Hubes des inneren Abschlußkörpers, die notwendig ist, um in der Offenstellung des inneren Abschlußkörpers eine Ves-engung des inneren Strömungskanals durch den vorstehenden Zapfen zu vermeiden. Da der innere Abschlußkörper in der Regel durch ein Strömungsmedium betätigt wird, bedeutet ein vergrößerter Hub ein entsprechend größeres Volumen für das Betätigungsmedium. Bei einem kompressiblen Betätigungsmedium vergrößert sich außerdem die Entlastungszeit bis zum Erreichen der Druckabsenkung und damit die Zeit für das Öffnen des inneren Abschlußkörpers, was in jeder Beziehung unerwünscht ist

Als weiterer wichtiger Nachteil kommt hinzu, daß bei einem längeren Hubweg auch die Bauhöhe des Ventils vergrößert werden muß und damit auch der gesamte Bauaufwand entsprechend ansteigt.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Ventil mit einem Hauptabschlußkörper und einem inneren Zusatzabschlußkörper so zu verbessern, daß die vorgenannten Nachteile vermieden werden, d. h. das Ventil ioll hinsichtlich seiner Abschlußkörper so ausgebildet sein, daß von einer Vergrößerung des Hubes des inneren Abschlußkörpers abgesehen werden kann und dennoch für den Hauptströmungskanal und den inneren Strömungskanal gleichermaßen günstige oder bessere Strömungsverhältnisse wie bei den für diese Zwecke bisher bekannten Ventilen erreicht werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Ventil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hauptabschlußkörper auf der dem Ventileintritt zugewandten Stirnseite ein im wesentlichen pilzförmiges Profil hat und daß in diesem Profil mehrere, zur Ventilächse geneigte Bohrungen enthalten sind, die in gleichmäßiger Verteilung um einen mittigen, nicht durchbrochenen kreisrunden Abschnitt herum angeordnet sind und in den inneren Strömungskanal einmünden.

Vorteilhafterweise werden die Bohrungen auf konzentrischen Kreisen angeordnet, wobei die Bohrungen jedes einzelnen Kreises gleiche Abstände voneinander haben. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung besteht

darin, daß die dem mutigen kreisrunden Abschnitt benachbarten Bohrungen relativ kleine, die äußeren Bohrungen dagegen größere Durchmesser haben. Die Achsen· der Bohrungen stehen normal bzw. im wesentlichen normal zur Profiloberfläche. Das Strömungsverhalten im Hauptrirömungskanal kann noch dadurch günstig beeinflußt v/erden, daß das Profil des Hauptabschlußkörpers im Zentrum des mittleren kreisrunden Abschnittes mit einem halbkugelförmigen Vorsprung ausgebildet wird.

Nach der erfindungsgemäßen Lösung ist der Hauptabschliißkörper auf der Stirnseite, die dem Ventileintritt zugewandt ist, so profiliert, daß der Strömungswiderstand einen Minimalwert erreicht- Durch die besondere Anordnung und Ausbildung der Einzelbohrungen im Bereich der Profilfläche wird der Strömungswiderstand gegenüber einer ungebohrten Ausführung überraschenderweise nicht vergrößert. Die erfindungsgemäße Ausbildung bietet somit den großen Vorteil, daß für den inneren Abschlußkörper kein vorspringender Zapfen mehr für das Verschließen einer im Profil befindlichen zentralen Bohrung benötigt wird und folglich auch von einer unerwünschten Vergrößerung des Hubes abgesehen werden kann. Bei einem geringeren Hub bleibt die Bewegungsgeschwindigkeit der Abschlußteile und auch die Energie der zu beschleunigenden bzw. zu verzögernden Massen kleiner, worin auch ein wichtiger Vorteil zu sehen ist.

Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand zeichnerischer Darstellun- jo gen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt eines nach der Erfindung ausgebildeten Ventils mit innerem Abschlußkörper und

Fig.2 einen Axialschnitt eines Ventils mit innerem Abschlußkörper bekannter Bauart. s >

Als Ausführungsbeispiel wurde ein Eckventil mit Eigenmediumsteuerung gewählt. Für die Verwirklichung der Erfindung ist die Gehäusebauform ebensowenig wie die Art der Betätigung der Abschlußkörper von Bedeutung. Sie ist gleichermaßen bei anderen Gehäusen, beispielsweise in Durchgangs- bzw. Schrägsitzform, und anderen Antrieben, beispielsweise Stellantrieben, hydraulischen Antrieben usw., anwendbar.

Das Gehäuse ί des Ventils enthält zwei winklig zueinanderstehende Rohrstutzen, die den Ventileintritt 4-, 2 sowie den Ventilaustritt 3 bilden und in koaxialer Verlängerung zum Ventileintritt 2 einen Gehäusehals 4, in den die Funktionsteile eingesetzt sind. Der Gehäusehals 4 ist durch einen Deckel 5 abgeschlossen, welcher durch eine nicht dargestellte Verschraubung lösbar am v> Gehäuse 1 befestigt ist.

Zu den Funktionsteilen gehören der Hauptabschlußkörper 6, welcher in einer Bohrung 7 des Gehäuses 1 axial verschiebbar geführt ist, und der Zusatzabschlußkörper 8, der in einer konzentrischen Bohrung 9 des "> > Hauptabschlußkörpers 6 unabhängig von diesem axial verstellbar ist.

Am Hauptabschlußkörper 6 ist am rückwärtigen Ende ein Betätigungskolben 10 vorgesehen, der einen integralen Bestandteil des Hauptabschlußkörpers bildet, to Dieser Betätigungskolben 10 ist in einem Zylinder 11 geführt, wobei sich auf beiden Seiten des Kolbens 10 Druckmittelräume 12, 13 befinden, die in der Offenstellung des Hauptabschlußkörpers 6 mit dem Betriebsmedium gefüllt sind und unter dem Druck dieses Mediums *^r> stehen. Für das Auffüllen des Druckmittelraumes 13 ist eine Auffüllbohrung 14 über eine nicht dargestellte Leitung mit dem Ventiieintritt 2 verbunden. An den Druckmittelraum 12 ist eine Leitung 15 mit einem Steuerventil 16 angeschlossen, dessen Bedeutung noch erläutert wird.

Der Hauptabschlußkörper 6 weist auf der Rückseite des Kolbens 10 einen durchbohrten zylindrischen Ansatz 17 auf, der in einer Bohrung 18 des Deckels 5 gleitet und die axiale Führung des Hauptabschlußkörpers 6 unterstützt

Auf der dem Ventileintritt 2 zugewandten Stirnseite hat der Hauptabschlußkörper 6 ein pilzförmiges Profil, welches am äußeren Rand in die Dichtfläche 20 übergeht, die bei geschlossenem Ventil an der Gehäusedichtfläche 21 anliegt In dem Profil 19 sind mehrere gleichmäßig verteilte Bohrungen 22, 23 enthalten, deren Achsen im wesentlichen normal zur äußeren Profiloberfläche stehen. Die Bohrungen 22, 23 sind auf konzentrischen Kreisen in bezug auf die Ventilachse angeordnet, wobei die Bohrungen jedes einzelnen Kreises gleiche Abstände voneinander haben. Die innertn Bohrungen 22 haben relativ kleine, die äußeren Bohrungen 23 dagegen gittere Durchmesser. Im Zentrum geht das Profil in einen halLkugelförmigen Vorsprung 24 über.

Die Bohrungen 22, 23 münden in einen inneren Strömungskanal 25, der zunächst in Richtung der Ventilachse verläuft und oberhalb der Dichtfläche 26 für den Zusatzabschlußkörper 8 in mehrere radial verlaufende Einzelkanäle übergeht, die durch Bohrungen 26 gebildet sind, die auf dem gesamten Umlauf des Hauptabschlußkörpers 6 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Der Zusatzabschlußkörper 8 schließt an seinem hinteren Ende nach Art eines Kolbens einen weiteren Druckmittelraum 28 ab, der über einen Kanal 29 mit einer Ausgangsbohrung 30 in Verbindung steht. An die Ausgangsbohrung 30 ist eine Leitung 31 angeschlossen, die ein Steuerventil 32 enthält und zu einem Raum niederen Druckes führt.

Die Funktionsweise des Ventils nach F i g. 1 ist folgende:

Das Ventil ist in Normalstellung geöffnet. Die beiden Abschlußkörper 6 und 8 nehmen die aus der Zeichnung ersichtlichen Endstellungen ein. Die Druckmittelräume 12,13 und 28 sind mit dem Betriebsmedium gefüllt und stehen unter dem Druck desselben.

Zum Schließen des Hauptabschlußkörners 6 wird mit Hilfe des Steuerventils 16 der Druckmittelraum 12 entlastet. Durch die am Kolben 10 wirksam werdende Differenzkraft wird der Hauptabschlußkörper 6 in die Schließstellung gedrückt.

Überschreitet der Druck im Ventileintritt 2 einen vorgegebenen Wer'., so wird durch das Steuerventil 32 der Druckmittelraum 28 entlastet und durch die entstehende Druckkraf'.differenz der Zusatzabschlußkcrpc.· 3 aus der Schließ- in die Offenslellung bewegt. Der Ventileintritt 2 ist dann über die Bohrungen 22, 23 und den inneren Strömungskanal 25, 27 mit dem Ventilaustritt 3 verbunden.

Fig. 2 zeigt ein Ventil in einer herkömmlichen Ausführung, bei dem der Zusatzabschlußkörper 33 an der Stirnseite in einen Zapfen 34 übergeht, der in der Schließstellung des Zusatzabschlußkörpers 33 eine einzige, relativ große zentrale Bohrung 35 auf der Stirnseite des Hauptabschlußkörpers 36 ausfüllt, wobei die Stirnfläche des Zapfens 34 die Profilierung des Hauptabschlußkörpers vervollständigt. Bei einer solchen Ausführungsform muß der Hub des Zusatzabschlußkörpers 33 wenigstens so groß sein, daß in der Offenstellung der innere Strömungskanal durch den

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Zapfen 34 nicht verengt wird. Dies bedeutet, daß der deutlich den längeren Hub des inneren Abschlußkörpers

Hub mindestens um die axiale Länge des Zapfens 34 und die daraus resultierende größere Bauhöhe des

verlängert werden muß. Die gleiche Verlängerung ist Ventils.

für den Hauptabschlußkörper 36 und für den Gehäuse- In Fig. 2 wurden übereinstimmende Bauteile des

hals notwendig. > Ventils mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1

Ein Vergleich des Ventils nach F i g. 2 mit dem nach versehen,
der Erfindung ausgebildeten Ventil der Fig. 1 zeigt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Ventil für Sicherheitszwecke, insbesondere zur Verwendung in der Ausgangsleitung eines Druckbehälters, beispielsweise eines Dampferzeugers oder dergleichen,, mit einem Hauptabschlußkörper, der durch ein Strömungsmedium oder auf andere Weise zu betätigen ist, und einem inneren Zusatzabschlußkörper, der in einer konzentrischen Bohrung des Hauptabschlußkörpers geführt und unabhängig verstellbar ist und zur Sperrung bzw. Freigabe eines inneren Strömungskanals dient, über den bei geschlossenem Hauptabschlußkörper durch Öffnen des Zusatzabschlußkörpers der Ventileintritt mit dem Ventilaustritt verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptabschlußkörper (6) auf der dem Ventileintritt (2) zugewandten Stirnseite ein im wesentlichen pilzförmiges Profil (19) hat und daß in diesem Profil (19) mehrere, zur Ventilarhse geneigte Bohrungen (22, 23) enthalten sind, die in gleichmäßiger Verteilung um einen mittigen, nicht durchbrochenen kreisrunden Abschnitt herum angeordnet sind und in den inneren Strömungskanal (25) einmünden.

Z Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (22, 23) auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind, -^obei die Bohrungen (22 bzw. 23) jedes einzelnen Kreises gleiche Abstände voneinander haben.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem mittigen kreisrunden Abschnitt benachbarten Bohrungen (22) relativ kleine, die äußeren Bohrm^en (23) dagegen größere Druchmesser haben.

4. Ventil nach einem d- ■ Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Bohrungen (22, 23) normal bzw. im wesentlichen normal zur Profiloberfläche stehen.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (19) im Zentrum des mittleren kreisrunden Abschnittes einen halbkugelförmigen Vorsprung (24) aufweist.