DE3235274C2

DE3235274C2 - Sicherheitsvorrichtung für Stellgeräte, wie z.B. Druckminderer

Info

Publication number: DE3235274C2
Application number: DE19823235274
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing.(grad.) 6054 Rodgau Koser
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 1982-09-23
Filing date: 1982-09-23
Publication date: 1986-07-31
Also published as: DE3235274A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für Stellgeräte zur Einstellung, Regelung oder Minderung des Druckes strömender Medien mittels eines Stellgliedes, insbesondere des Ventilkegels eines in die Strömungsleitung eingebauten Durchgangsventils, welches von einer vom Druck des Mediums beaufschlagbaren Arbeitsmembran entgegen der Wirkung einer Sollwertfeder betätigbar und bei einem Undichtwerden bzw. Ausfall der Arbeitsmembran von einer dann dem gleichen Mediumdruck ausgesetzten Sicherheitsmembran steuerbar ist Insbesondere betrifft die Erfindung ein Druckminderventil dieser Art

Bei den üblichen Druckminderventilen kann bei einer Beschädigung oder einem Bruch der Arbeitsmembran die Sollwertfeder das Ventil ganz öffnen. Dadurch wird der maximale Durchfluß freigegeben, und es kann sich in der angeschlossenen Anlage ein unzulässig hoher Druck aufbauen, der zu schweren Schaden führen kann. Um dies zu vermeiden, sind Geräte gebaut worden, bei denen zwei Membranen oder auch eine Membran und ein Hilfskolben derart fest miteinander gekoppelt sind, daß das Gerät bei einem Bruch der Arbeitsmembran weiter funktionieren kann. Diese Ausbildung hat aber u. a. den Nachteil, daß der Schaden im Gerät nicht gleich erkannt wird und behoben werden kann.

Zum Stand der Technik wird zunächst einmal auf die DE-PS 4 93 260 hingewiesen. Diese zeigt einen Gasdruckregler für Niederdruck mit einem mittels einer Arbeitsmembran gesteuerten Regulierventil, bei deren Undichtwtrden eine Sicherheitsmembran eine besondere Sicherheitsvorrichtung auslöst. Diese Sicherheitsmembrane hält also selbst nicht dicht Das Dichtschließen erfolgt vielmehr bei diesem Gasdruckregler über einen sons» nicht verwendeten Kegel mit Hilfe eines Gewichtes. Bei dem Gasruckregler gemäß der DE-PS 4 93 260 besteht der Nachteil, daß bei einem entsprechend hohem Vordruck in der Leitung 1 der Kegel 26 abhebt, wodurch die angestrebte Sicherheit verlorengeht.
Der Membrangasdruckregler gemäß der DE-PS 5 00 790 ist so ausgebildet, daß die Sicherheitsmembrane mit der Sollwerteinrichtung (Gewicht) weiter arbeitet, wenn die normale Arbeitsmembran undicht wird. Dies geht deutlich z.B. aus Seite2, Zeilen 26-29 der DE-PS 5 00 790 hervor. Eine solche Anordnung arbeitet also ganz gegensätzlich zu der Sicherheitvorrichtung gemäß der Erfindung und ist damit nicht vergleichbar, weil bei dem bekannten Regler die Sicherheitsmembran nicht direkt das Abschließen bewirkt, sondern Teil eines Reglers wird.

Entsprechendes gilt für die US-PS 21 47 850. Der dort beschriebene Druckregler ist im Prinzip identisch mit dem Gasdruckregler gemäß der schon erwähnten DE-PS 4 93 260. Auch bei der US-PS tritt ein zusätzlicher Kegel in Aktion, welcher bei zu hohem Vordruck

so angehoben werden kann und keinen dichten Abschluß mehr gewährleistet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung für Druckminderer oder sonstige Stellgeräte zu schaffen, welche mit geringem Kosten-

aufwand bei einem Bruch der Arbeitsmembran das Stellgerät in eine Sicherheitsstellung, z. B. das Druckminderventil in seine Schließstellung bringt und dort hält, so daß keine Schaden in der Anlage auftreten können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß auf einfache und zuverlässige Weise dadurch gelöst, daß die Sicherheitsmembran oder ein entsprechender Sicherheitskolben nur lose mit einer Arbeitsmembran in Verbindung steht, die im Schadensfall durch die Sollwertfeder vollständig von der Sicherheitsmembran bzw. dem Sicherheitskolben trennbar ist, welche bzw. welcher dann ihrerseits das gleiche Stellglied unabhängig von der Sollwertfeder in seine Sicherheitsstellung bzw. Schlicßstcl-

lung bringt

Im Gege.isatz zu den bekannten Vorrichtungen wird also das Stellglied bzw. der Ventilkegel sowohl für den normalen Regelfall als auch für den Abschluß aus Sicherheitsgründen verwendet Gerade dies ist bei den bekannten Vorrichtungen nicht der Fail, aber für die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausschlaggebend.

Ferner ist wichtig für die Erfindung die nur kraftschlüssige Verbindung der Arbeitsmembran mit der Sicherheitsmembran bzw. dem Sicherheitskolben, derart, daß die Trennung dieser Teile im Schadensfall durch die Kraft der Sollwertfeder bewirkt wird.

Weitere vorteilhafte Merkmale und Weiterbildungen der Erfindung sind im folgenden näher beschrieben und in den Unteransprüchen gekennzeichnet

In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht

F i g. I zeigt im senkrechten Längsschnitt ein Druckregelventil mit einer Arbeitsmembran und einer Sicherheitsmembran.

F i g. 2 zeigt ein Druckregelventil entsprechend F i g. 1, jedoch mit einem Sicherheitskolben; und

F i g. 3 zeigt eine Variante des Druckregelventils nach Fig. 1.

Das Druckregelventil besteht aus einem Ventilgehäuse 13 mit einer Ventildurchgangsöffnung 14 und einem Arbeitsgehäuse 15, welches aus zwei durch Schrauben 16 verbundenen Halbschalen zusammengesetzt ist Im Arbeitsgehäuse 15 befinden sich axial übereinander zwei mit ihren Rändern zwischen den Umfangsflanschen der Arbeitsgehäuseschalen eingespannte und zwischen Membrantellern gehaltene Membranen, nämlich eine Arbeits- oder Meßmembran 1 und eine Sicherheitsmembran 2.

Die Arbeitsmembran 1 ist mit dem inneren, in der Zeichnung oberen Ende einer Zugstange 17 verbunden, deren äußeres, in der Zeichnung unteres Ende mit einem axial verstellbaren Federteller 18 verschraubt ist. Zwischen dem Federteller 18 und dem Boden des Arbeitsgehäuses 15 ist eine Sollwertfeder 5 eingespannt. Der Arbeitsgehäuseraum 4 unterhalb der Arbeitsmembran 1 ist durch eine Impulsleitung 10 mit dem Ausgangsraum 9 des Ventils verbunden. Zwischen der Arbeitsmembran 1 und der Sicherheitsmembran 2 befindet sich ein Sieherungsraum 3. Der Arbeitsgehäuseraum 8 oberhalb der Sicherheitsmembran 2 steht durch eine Gehäusebohrung 7 mit der Außenluft in Verbindung, so daß im Raum 8 ständig Almosphärendruck herrscht

Das obere Ende der Zugstange ist mit einem Bund 12 versehen, gegen den sich im Normalbetrieb lose, aber kraftschlüssig die untere Ringfläche 19 einer die Sicherheitsmembran 2 bzw. deren unteren Membranteller haltenden Flanschbuchse 20 legen kann. In der Flanschbuchse 20 befindet sich eine axiale Bohrung 21, in die ein auf dem Bund 12 sitzender Zapfen 22 axial beweglich, aber radial nicht verschieblich eingreift. Die Arbeitsmembran 1 und die Sicherheitsmembran 2 sind dadurch so gegeneinander geführt, daß bei gegebener axialer Bewegungsmöglichkeit keine radialen Verschiebungen möglich oder besondere radiale Lagerungen notwendig sind.

Mit dem Ventilsitz 23 der Ventildurchgangsöffnung 14 arbeitet ein Ventilkegel 11 zusammen. Die Ventilstange 24 ist von einer Offnungsfeder 6 umgeben, die zwischen dem Kopf einer Führungshülse 25 und einem Federteller 26 eingespannt ist.

Im Normalbetrieb wird der im Ausgangsraum 9 des Druckminderventils herrschende Druck über die Impulsleitung 10 in den Gehäuseraum 4 unterhalb der intakten Arbeitsmembran 1 eingeführt Die von der Arbeitsmembran 1 ausgeübte, dem Produkt aus Druck und Wirkfläche entsprechende Kraft wirkt in Schließrichtung des Ventils, da die Sicherheitsmembran 2 über die Ringfiäche 19 und den Bund 12 kraftschlüssig an der Arbeitsmembran 1 anliegt. Dieser Kraft wirken die Sollwertfeder 5, die Öffnungsfeder 6 und die Druck- bzw. Strömungskräfte am Ventilkegel 11 entgegen.

Im normalen bzw. stationären Zustand, bei dem der Druck im Ausgangsraum 9 nahezu den durch die Zugfeder 5 vorgegebenen Sollwert hat, sind diese Kräfte im Gleichgewicht Wird nun die Arbeits- ober Meßmembran 1 beispielsweise infolge Alterung oder Sprödigkeit undicht, dann baut sich im Sicherungsraum 3 der ursprünglich nur im Gehäuseraum 4 herrschende Druck auf. Damit wird die Druckdifferenz an der Arbeitsmembran 1 zu Null, und die Sollwertfeder 5 zieht die Arbeitsmembran 1 in Öffnungsrichtung. Gleichzeitig sorgt der Überdruck im Sicherungsraum 3 dafür, daß die Reibung und die Kraft der Öffnungsfeder 6 überwunden werden. Infolgedessen löst sich die nur kraftschlüssige Verbindung der Arbeitsmembran 1 mit der Sicherheitsmembran 2, und die Sicherheitsmembran drückt den Ventilkegel 11 in seine Schließstellung. Für einen zuverlässigen Schließvorgang reichen in Anbetracht der großen Membranfläche bereits geringe Überdrücke im Sicherungsraum 3 gegenüber dem durch die Bohrung 7 gegebenen Atmosphärendruck auf der Gegenseite der Sicherheitsmembran 2. Ein Ausfall der Arbeitsmembran 1 führt somit zu einer Sicherheitsstellung des Stellgliedes, im Ausführungsbeispiel des Ventilkegels. Der Fehler wird schnell erkannt, da die durch das Ventil laufende Versorgung unterbrochen ist. Ein Austritt von Leitungsmedium in die Umgebung findet dabei nicht statt.

Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß anstelle der Sicherheitsmembran 2 ein Sicherheitskolben 2' vorgesehen ist. Durch die Verwendung eines Sicherheitskolbens 2' mit geringem Spiel in seiner Gleitführung kann gegebenenfalls zwischen den Gehäuseräumen 3 und 8 eine Verbindung hergestellt werden, durch die kleine Leckströmungen von dort über die Gehäusebohrung 7 nach außen auftreten können. Dabei muß die zwischen dem Kolben und der Gehäusewand durchtretende Fluidmenge in jedem Fall wesentlich geringer sein als die durch die Impulsleitung 10 zufließende Menge. Die lose bzw. nur kraftschlüssige Verbindung zwischen der Arbeitsmembran 1 und dem Sicherheitskolben 2' ist die gleiche wie bei der Ausführung mit zwei Membranen 1 und 2 entsprechend F i g. 1. Eine ähnliche geringe Leckströmung zwischen den Gehäuseräumen 3 und 8 kann gemäß F i g. 3 durch eine kleine Bohrung 27 in der Sicherheitsmembran 2 und deren Membrantellern erzielt werden.

Durch eine solche Maßnahme ist eine Anzeige der Sicherheitsstellung, z. B. der Ventilschließung und damit gleichzeitig eine Signalisierung des aufgetretenen Schadens vor Ort möglich. Eine solche Ausbildung könnte bei komplexeren Anlagen, bei denen das die Abschaltung hervorrufende, fehlerhafte Gerät sonst nicht ohne weiteres zu lokalisieren ist, mit Vorteil eingesetzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Sicherheitsvorrichtung für Stellgeräte zur Einstellung, Regelung oder Minderung des Druckes strömender Medien mittels eines Stellgliedes, insbesondere des Ventilkegels eines in die Strömungsleitung eingebauten Durchgangsventils, welches von einer vom Druck des Mediums beaufschlagbaren Arbeitsmembran entgegen der Wirkung einer Sollwertfeder betätigbar und bei einem Undichtwerden bzw. Ausfall der Arbeitsmembran von einer dann dem gleichen Mediumdruck ausgesetzten Sicherheitsmembran steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsmembran (2) oder ein entsprechender Sicherheitskolben (2') nur lose mit einer Arbeitsmembran (1) in Verbindung steht, die im Schadensfall durch die Sollwertfeder (S) vollständig von der Sicherheitsmembran (2) bzw. dem Sicherheitskolben (2') trennbar ist, welche bzw. welcher dann ihrerseits das gleiche Stellglied (11) unabhängig von der Sollwertfeder (5) in seine Sicherheitsstellung bzw. Schließstellung bringt
2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsmembran (2) bzw. der Sicherheitskolben (2') kraftschlüssig mit der Arbeitsmembran (1) bzw. deren Sollwertfederzugstange (17) verbunden ist.
3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß der über der Sicherheitsmembran (2) bzw. dem Sicherheitskolben (2') befindliche Gehäuseraum (8) durch eine Gehäusebohrung (7) mit der Außenluft in Verbindung steht.
4. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnfläche an der Sicherheitsmembran (2) bzw. dem Sicherheitskolben (2') oder deren Halteteilen nur kraftschlüssig an einer Gegenfläche der Arbeitsmembran (1) oder deren Halteteilen anliegt.
5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringfläche (19) einer Flanschmuffe (20) der Sicherheitsmembran (2) bzw. des Sicherheitskolbens (2') an einem Bund (12) des oberen Endes der Zugstange (17) der Arbeitsmembran (1) lose anliegt.
6. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschmuffe (20) mit einer Führungsbohrung (21) versehen ist, in die ein Zapfen (22) am oberen Ende der Zugstange (17) axial verschiebbar eingreift.
7. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsmembran (2) mit einer kleinen Durchtrittsbohrung (27) versehen ist.
8. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitskolben (2') reibungsfrei mit geringem Spiel an der Gehäusewand geführt ist.