DE3507263A1 - Unter behaelterdruck austauschbares sicherheitsventil - Google Patents

Description

• Unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil
• Die Erfindung betrifft ein unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil an Propan-Flüssiggasbehältern, kombiniert mit einem Schließventil, montiert innerhalb einer längeren Behältereinschweißmuffe.
• Sicherheitsventile dienen dazu, einen Druckbehälter vor einem unzulässig hohen Innendruck zu schützen und einen über den zulässigen Behälterbetriebsdruck hinaus ansteigenden Druck abzublasen. Im vorliegenden Falle handelt es sich um Propan-Flüssiggasbehälter, an deren Sicherheit durch das neue Umweltschutzgesetz erhöhte Anforderungen gestellt werden. Diese Sicherheitsventile müssen längstens alle 10 Jahre überprüft oder gegen neue Sicherheitsventile ausgetauscht werden. In jedem Falle stehen diese Sicherheitsventile unter Betriebsdruck, und zum Austauschen müßte der Flüssiggasbehälter entleert, also drucklos gemacht werden, was mit erheblichen Kosten für den Betreiber verbunden ist. Um das Sicherheitsventil unter Druck austauschen zu können, bedarf es einer Absperrung des Gaszuflusses. Von Hand zu betätigende Absperrventile sind aber vor Sicherheitsventilen nicht zulässig, da nach dem Austausch des Sicherheitsventiles das Öffnen des Absperrventiles vergessen werden könnte oder aber auch während des Betriebes damit ein unzulässiges Absperren und Außerbetriebsetzen des Sicherheitsventiles möglich wäre, was die Sicherheit des Behälters gefährden würde.
• In den USA ist unter der Patent-Nr. RE 25272 ein sogenanntes CHEK LOK - Excess Flow Valve" bekannt, ein selbstschließendes Ventil, welches beim Einschrauben einer Armatur zwangsläufig geöffnet und beim Herausschrauben dieser Armatur auch wieder zwangsläufig geschlossen wird. Unter Zwischenschaltung eines solchen "Schließventiles" könnte ein Sicherheitsventil unter Behälterdruck ausgetauscht werden.
• Nachteilig daran ist aber, daß durch dieses Schließventil, welches in die vorhandene Behältereinschweißmuffe eingeschraubt wird, eine Drosselung des Gasflusses erfolgt, wodurch die ursprüngliche Gasabblasemenge verringert wird, und gerade das soll nicht sein. Diese Durchflußdrosselung erfolgt einmal durch die Ventilverschlußplatte, die über den Schließventilmund greift und innerhalb der Behältereinschweißmuffe den freien Durchgang verengt, zum anderen erfolgt eine weitere Durchflußdrosselung durch die innernalb des zylindrischen Durchganges im Schließventil liegenden übrigen Ventilteile. Ähnliche Schließventile werden auch im Heizungsfach angewendet, um Armaturen, wie zum Beispiel Entlüfter oder Wasserdruckmanometer, auswechseln zu können, ohne ein zusätzliches Handabsperrventil vorschalten zu müssen. An diese Schließventile werden aber keine maximalen Durchfluß anforderungen gestellt. Außenliegende Sicherheitsventile mit geradem Abfluß nach oben, die im vorliegenden Falle in Verbindung mit dem Schließventil zur Anwendung kommen, bekannt zum Beispiel durch das USA-Patent Nr. 2.254.209 - "Valve", weisen durch ihre konstruktive Ausbildung, nämlich zylindrischer Zuflußkanal bis zum Ventilmund und verengte Durchlaßquerschnitte durch die seitlichen Führungsleisten des Ventiltellers, von vornherein schon eine Durchflußdrosselung, also eine Verringerung des Durchflußwertes auf, der sich zum Durchflußverlust des Schließventiles addiert und dadurch die ursprüngliche Abblaseleistung des Einzelsicherheitsventiles reduziert.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ursprünglich durch das in eine vorgegebene Behältereinschweißmuffe direkt eingeschraubte Sicherheitsventil erreichte Abblaseleistung nicht zu verschlechtern durch die Zwischenschaltung eines zusätzlichen Schließventiles, was bedeutet,die Ausbildung des Schließventiles unter Berücksichtigung der Querschnittsverengung innerhalb der Behältereinschweißmuffe durchzuführen, die Verbindung zwischen Schließventil und Sicherheitsventil so zu gestalten, daß durch die Ventileinbauteile keine Verschlechterung des Durchflußwertes eintritt und die bekannte, herkömmliche Bauweise des Sicherheitsventiles durch Neugestaltung des Ventilabschlußtellers und seiner Führung auf eine spürbare Verbesserung der Abblasemenge umgestaltet wird.
• Die Lösung dieser Aufgabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 findet sich im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 mit seinen Unteransprüchen, und weitere Lösungen sind aufgeführt in den folgenden Nebenansprüchen.
• Der mit dieser Erfindung erzielte Vorteil des unter Behälterdruck austauschbaren Sicherheitsventiles liegt darin, daß durch die Verlegung der Ventilabschlußdichtung auf den inneren zylindrischen Teil des Schließventileinganges bei kurzer Einbaulänge des Schließventiles das überhaupt erreichbare Minimum des Ventilschließkegeldurchmessers erreicht wird und damit den optimalen Durchflußquerschnitt in einer vorgegebenen Einschweißmuffe eines Behälters freigibt und durch die optimale Anpassung der nachfolgenden Durchflußquerschnitte im übergang vom Schließventil zum Sicherheitsventil und der Sicherheitsventllinnenteile bei kleinstmöglichem Bauaufwand eine optimale Abblaseleistung erreicht wird.
• Auf beigefügten Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele dargestellt, die den Austausch eines unter Behälterdruck stehenden Sicherheitsventiles ermöglichen.
• Fig. 1 zeigt die Behälterwandung 39 mit der Einschweißmuffe 3 und dem Schließventil 2, weiches erforderlich ist, um ein Sicherheitsventil 1 unter Behälterdruck auswechseln zu können, wobei der in das Schließventil eintauchende Schließkegel 4a-b innerhalb der Einschweißmuffe 3 liegt.
• Fig. 2 zeigt eine Lösung, durch eine vorgegebene Einschweißmuffe 3 einen möglichst großen freien Durchfluß zu bekonunen, indem der Ventilkegel 31 außerhalb der Einschweißmuffe 3 angeordnet wird und sein Durchmesser keinen verengenden Einfluß auf den lichten Muffendurchgang ausübt.
• Fig. 3 zeigt als Verschlußteil am Schließventileingang eine Verschlußklappe 38, die durch das Einschrauben des Sicherheitsventiles über den Druckring 18 mit Querstange 19 und Betätigungsgestänge 32 über die Gelenke 36 und 37 in Offenstellung gebracht und beim Herausschrauben des Sicherheitsventiles durch die Kraft der Feder 3 in Schließstellung gebracht wird.
• Bei mehreren hunderttausend Flüssiggasbehältern, in deren Wandung 39 eine Muffe 3 eingeschweißt ist, war das Sicherheitsventil 1 als solches mit innenliegender Feder ausgebildet , d.h., die Druckfeder 10 lag innerhalb der Einschweißmuffe 3 und hat damit den freien Durchflußquerschnitt innerhalb dieser Einschweißmuffe bereits gemindert. Für die Umgestaltung auf ein unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil wird die Forderung gestellt, daß durch die Zwischenschaltung eines Schließventiles 2 eine zusätzliche Minderung der Abblaseleistung nicht erfolgen darf.
• Nach Fig. 2 kann der Ventilkegel 31 mit Dichtung 30 aus der Einschweißmuffe 3 herausgezogen werden, um einen freien Gaszufluß zu bekommen. In Fig. 3 ist bei einem kürzeren Eingangsanschluß am Schließventil 2 eine ausschwenkbare Verschlußklappe 38 vorgesehen, die den Gasaustritt beim Herausschrauben des Sicherheitsventiles 1 verschließt. Alle weiteren Funktionen decken sich mit den Funktionsabläufen gemäß Fig. 1.Beim Herausschrauben des Sicherheitsventiles 1 gleitet der Ventilkegel 4 durch den Druck der Schließfeder 5 auf die Querstange 19 und die Schließkegelstange 20 in die Schließstellung 4b, wobei die Ventildichtung 26 in das kurze Stück des Dichtungszylinders 24 gelangt und an der inneren Wandung abdichtet. Durch diese ein- und austauchende Dichtung kann der Durchmesser des Schließkegels 4 ein Mindestmaß erreichen, so daß der freibleibende Ringquerschnitt zwischen dem Innendurchmesser der Einschweißmuffe 3 und dem Außendurchmesser des Schließkegels 4 sogar etwas größer ist als der lichte Durchmesser des Dichtungszylinders 24, der schon aus Festigkeitsgründen nicht größer gewählt werden darf, um den Eingangsanschlußstutzen 23 beim Einschrauben des Schließventiles in die vorgegebene Einschweißmuffe 3 nicht abzudrehen. Gegen ein Durchziehen des Schließkegels 4b in den Strömungskanal 22 hinein beim Ausschrauben des Sicherheitsventiles 1 schützt der geringfügig an der Rundung des Ventileingangsmundes 25 anliegende untere Rand des Ventilschließkegels 4. Durch die Rundung am Ventileingangsmund 25 und den sich unterhalb 10 Bogengraden aufweitenden Strömungskanal 22 wird eine fast verlustfreie Gasströmung erzielt. Der Führungsstern 21 für die Schließkegelstange 20 ist gegen die Strömung an allen Flächen gerundet, und der durch den Führungsstern hervorgerufene Querschnittsverlust wird durch den in Strömungsrichtung aufgeweiteten Strömungskanal 22 wieder ausgeglichen. Der Druckring 18 liegt im Strömungsschatten mit genügend großem freien Durchflußquerschnitt, woran sich dann der Sicherheitsventileingangsstutzen 17 anschließt, dessen Strömungskanaleingangsdurchmesser 27 gleich ist dem Strömungskanalausgangsdurchmesser 22. Auf eine Rundung am Eingang des Stutzens 17 kann verzichtet werden, wenn der lichte Durchmesser des Druckringes 18 diesem Eingangsdurchmesser entspricht.
• Durch diese vorangehenden strömungsbegünstigenden MaBnahmen kann der lichte Durchmesser des Sicherheitsventilmundes 14 gleich groß gehalten werden wie der lichte Durchmesser des dem gerundeten Ventileingangsmund 25 folgenden Dichtungszylinders 24. Der Öffnungsdruck für das Sicherheitsventil 1 wird bestimmt durch die Gegenkraft der Druckfeder 10 auf den Glockenventilteller 11 mit Ventildichtung 12. Sobald sich die Ventildichtung 12 anhebt, strömt das unter Druck austretende Gas unter den Tellerrand 13, der bis nahe an den Boden des Sicherheitsventilmundes 14 heranreicht, beaufschlag damit eine vergrößerte Fläche, der Druck gegen die Feder 10 nimmt stark zu, damit wird der Glockenteller 11 angehoben und bis gegen den Anschlag des Federdruckstückes 8 gedrückt. Ohne diese besondere Formgebung des Glockentellers 11 wäre es sonst nicht möglich, bei einer so kurzen und starren Feder 10 den erforderlichen Ventilöffnungshub bei einer Druckzunahme von nur 10 % zu erzielen. Die Führung des Glockentellers 11 wird einzig und alleine übernommen von der Ventilstange 9, die sich in dem stark nach unten gezogenen Federdruckstück 8 führt. Damit entfällt die sonst übliche Führung des Ventiltellers 11/13 an der inneren Wandung des Sicherheitsventiles 1, der freie Abflußquerschnitt wird dadurch vergrößert und der Außendurchmesser des Sicherheitsventiles 1 kann im Ver- gleich zum Durchmesser des Sicherheitsventilmundes 14 sehr viel kleiner gehalten werden als bei den sonst üblichen Ausführungen. Die Auslaßöffnungen 7 des Federdruckstückes 8 weisen einen größeren freien Querschnitt als der Sicherheitsventilmund 14 auf, um zusätzliche Ausströmungsverluste zu vermeiden. Die Abdichtung des Sicherheitsventiles 1 gegen das Schließventil 2 erfolgt durch einen im Sicherheitsventilboden eingelassenen Dichtring 15, so daß die Gehäuse 1 und 2 metallisch gegeneinander geschraubt werden können und durch eine Sicherungsscheibe 16 gegen unbefugtes Lösen gesichert werden. Die Sicherungsscheibe 16 wird dabei einmal gegen die Schlüsselfläche des Schließventiles 2 nach unten und einmal gegen die Schlüsselfläche des Sicherheitsventiles 1 nach oben umgebogen. Zum Herausschrauben des Sicherheitsventiles 1 zu Erneuerungszwecken oder zur Uberprüfung muß zunächst die Sicherungsscheibe 16 wieder flach gebogen werden. Die Gewindelänge des Sicherheitsventilstutzens 17 ist etwa doppelt so lang wie der Hub des eintauchenden Schließkegels 4. An Stelle der Gewindeverbindung zwischen dem Sicherheitsventil 1 und dem Schließventil 2 ist auch eine Flanschverbindung mit entsprechend langen Verbindungsschrauben möglich. Beim Herausschrauben wird zunächst die Dichtung 15 vom Schließventil 2 gelöst, ein sehr geringer Gasstrom entweicht hörbar durch das Spiel der Gewindegänge. Sobald der Sicherheitsventileingangsstutzen 17 etwa bis zur Hälfte herausgedreht ist, gelangt der eintauchende Schließkegel in die Stellung 4b und die Ventildichtung 26 dichtet an der inneren Wandung des Dichtungszylinders 24 ab, das hörbare Gasaustrittsgeräusch hört auf, ein Zeichen dafür, daß der Ventileingangsmund 25 verschlossen ist und das Sicherheitsventil 1 nunmehr nach weiteren Umdrehungen gefahrlos und damit unter Behälterdruck ausgetauscht werden kann.
• Bezuqszeichen zum unter Behälterdruck austauschbaren Sicherheitsventil 1 Sicherheitsventil 2 Schließventil 3 Einschweißmuffe 4a eintauchender b Schließkegel 5 Schließfeder 6 Schutzkappe 7 Auslaßöffnung 8 Federdruckstück 9 Ventilstange 10 Druckfeder 11 Glockenventilteller 12 Ventildichtung 13 Tellerrand 14 Sicherheitsventilmund 15 Dichtring 16 Sicherungsscheibe 17 Sicherheitsventileingangsstutzen 18 Druckring 19 Querstange 20 Schließkegelstange 21 Führungsstern 22 Strömungskanal 23 Eingangsanschluß 24 Dichtungszylinder 25 Ventileingangsmund 26 Ventildichtung 27 Strömungskanal 28 gewindelose Rohrhülse 29 Ventilsitz 30 Dichtung 31 Ventilkegel 32 Betätigungsgestänge 33 Feder 34 Führungssteg 35 Führungsgestänge 36 Gelenk 37 Gelenk 38 VerschluSklap?e 39 Behälterwandung - Leer'seite -

Claims (10)

1. Unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil Patentansprüche: z s a Unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil an Propan-Flüssiggasbehältern, kombiniert mit einem Schließventil, montiert innerhalb einer längeren Behältereinschweißmuffe, dadurch gekennzeichnet, daß das in einer vorgegebenen Einschweißmuffe (3) eingeschraubte Schließventil (2) am Eingangsanschluß (23) einen gerundeten Ventileingangsmund (25) aufweist, der in einen kurzen Dichtungszylinder (24) übergeht, an dessen innerer Wandung die Ventildichtung (26) des eintauchenden SchlieB-kegels (4a-4b) abdichtet, der Strömungskanal (22) sich anschließend stetig aufweitet bis zur Auflagefläche des Führungssternes (21), worin sich die Schließkegelstange (20) führt, die durch eine Schließfeder (5) über eine Querstange (19) lagernd in einem bekannten Druckring (18) in Richtung Schließstellung gezogen, durch den in das Schließventil (2) eingeschraubten Sicherheitsventileingangsstutzen (17) aber in Offenstellung gehalten ist, der Strömungskanal (27) sich bis zum Sicherheitsventilmund (14) stetig verjüngt, der durch eine Ventildichtung (12) abgedeckt ist, die innerhalb eines Glockentellers (11) liegt, dessen spitz auslaufende Fassung (13) weit über die Ventildichtung (12) greift bis kurz über den Boden des Sicherheitsventilmundes (14), wobei sich der Glockenteller (11) mit seiner Ventilstange (9), in bekannter Weise belastet von einer Druckfeder (10), nur innerhalb des verlängerten Federdruckstückes (8) führt, das Sicherheitsventil ( 1 ) gegen das Schließventil (2) durch einen in einer Plannut liegenden Dichtring (15) gedichtet und durch eine Sicherungsscheibe (16) gegen Verdrehung gesichert ist.
2. 2. Unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaufdurchmesser des Strömungskanales (22) und der Einlaufdurchmesser des Strömungskanales (27) gleiche Durchmesser haben.
3. 3. Unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der Strömungskanäle (22) und (27) maximal 10 Bogengrade beträgt.
4. 4. Unter Behälterdruck austauschbares. Sicherheisventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eintauchende Schließkegel (4b) nach der Ventildichtung (26) mit der Ventildichtungsfassung an der Rundung des Ventileingangsmundes (25) anliegt.
5. 5. Unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen und die Nabe des Führungssternes (21) gegen die Gasströmungsrichtung ein gerundetes Strömungsprofil aufweisen.
6. 6. Unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Glockenteller (11) und dem Federdruckstück (8) an der Ventilstange (9) gleich dem vierten Teil des Sicherheitsventilmunddurchmessers (14) plus maximal 2 mm beträgt.
7. 7. Unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Durchmesser des Dichtungszylinders (24) zwischen 20 bis 23 mm beträgt innerhalb einer Einschweißmuffe (3) mit 1 Zoll Innengewinde.
8. 8. Unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Durchmesser des Sicherheitsventilmundes (14) gleich ist dem lichten Durchmesser des dem gerundeten Ventileingangsmund folgenden Dichtungszylinders (24).
9. 9. Unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil an Propan-Flüssiggasbehältern, kombiniert mit einem Schließventil, montiert innerhalb einer längeren Behältereinschweißmuffe, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Gewinde versehene Eingangsstutzen (23)des Schließventiles (2)als gewindelose Rohrhülse (28) bis über das Ende der Einschweißmuffe (3) verlängert ist und das Ende der Rohrhülse (28) als Ventilsitz (29) für den Ventilkegel (31) mit Dichtung (30) dient.
10. 10. Unter Behälterdruck austauschbares Sicherheitsventil an Propan-Flüssiggasbehältern, kombiniert mit einem Schließventil, montiert innerhalb einer längeren Behältereinschweißmuffe, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang des Eingangsanschlusses (23) zum Schließventil (2) ein Führungssteg (34) angeordnet ist, in welchem sich ein durch eine Feder (33) in Schließrichtung ziehendes Führungsgestänge (35) mit Verschlußklappe (38) führt, deren Öffnung und Schließung über die Gelenke (36) und (37) durch ein Betätigungsgestänge (32) erfolgt.