DE3615169C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckentlastungsvorrichtung für Gasüberdrücken ausgesetzte Behälter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Druckgasentlastungsvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art ist durch die US 39 54 118 bekannt geworden. Diese Druckentlastungsvorrichtung hat die Gestalt eines einschraubbaren Stöpsels, in dem ein unter Formänderung verschiebbarer Körper angebracht ist. Tritt ein unzulässig hoher Druck auf, so wird der Körper unter Ver­ formung in einer Bohrung des Stopfens verschoben, bis Öffnungen freigegeben sind, durch die das unter Druck stehende Medium entweichen kann.

Der einfachen Anwendbarkeit und der zuverlässigen Wirkungs­ weise einer solchen Druckentlastungsvorrichtung steht gegen­ über, daß nur ein verhältnismäßig kleiner Auslaßquerschnitt freigegeben werden kann. Daher ist die bekannte Druckent­ lastungsvorrichtung nur dort einsetzbar, wo der Druckanstieg relativ langsam erfolgt und/oder nur eine verhältnismäßig kleine Menge des unter Druck stehenden Mediums abfließen soll.

Ähnliche Beschränkungen bestehen bei der Anwendung einer Druckentlastungsvorrichtung nach der US 23 53 254, die als mutterartige Schraubkappe mit einer Brechmembran aus­ gebildet ist. Erforderlich ist auch hier die Ausbildung eines Schraubgewindes an dem unter Druck stehenden Behälter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine leicht an­ wendbare Druckentlastungsvorrichtung für verhältnismäßig dünnwandige Behälter zu schaffen, bei deren Betrieb ein Überdruck schlagartig auftritt und daher zum Schutz des Behälters gegen Bersten die gleichfalls möglichst schlag­ artige Freigabe eines verhältnismäßig großen Auslaßquer­ schnittes erwünscht ist.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebene Aus­ bildung gelöst. Für diese Lösung ist es wesentlich, daß an dem Behälter kein Außen- oder Innengewinde ausgebildet werden muß, weil die Druckentlastungsöffnung in der Behälter­ wand selbst vorgesehen ist. Damit kann ein dem Schutzzweck entsprechend bemessener Auslaßquerschnitt gewählt werden. Die Einfachheit der neuen Lösung wirkt sich auch vorteilhaft für die Dichtigkeit der Anordnung im ungestörten Betrieb des Behälters aus. Daher eignet sich die neue Druckentlastungs­ vorrichtung insbesondere für solche elektrischen Anlagen, in denen mit einem Isoliergas gefüllte Kessel oder Kapselungen für Schaltgeräte und Sammelschienen vorgesehen sind. Die Gefährdung dieser Behälter oder Kapselungen im Fehlerfall besteht darin, daß durch einen Störlichtbogen explosionsartig ein hoher Überdruck entsteht. Zugleich werden durch die Zersetzung von Isolierstoffen unter dem Einfluß der Licht­ bogenwärme unter Umständen große Mengen von Gasen erzeugt. Durch eine an einer geeigneten Stelle angeordnete Druckent­ lastungsvorrichtung nach der Erfindung können auch solche Behälter zuverlässig geschützt werden, die mit Rücksicht auf einen im normalen Betrieb nur geringen Überdruck verhältnis­ mäßig dünnwandig ausgebildet sind.

Vier Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung rein schema­ tisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 im Schnitt einen Aufriß einer Druckentlastungsvor­ richtung mit einer Kugel als Stopfen;

Fig. 2 im Schnitt einen Aufriß einer Druckentlastungsvor­ richtung mit einer Kugel als Stopfen;

Fig. 3 im Schnitt zwei weitere Ausführungsbeispiele, wobei eines dieser Ausführungsbeispiele links und das andere dieser Ausführungsbeispiele rechts einer Mittellinie dargestellt ist.

Ausführungsbeispiel nach Fig. 1

Das Bezugszeichen 1 gilt für eine Behälterwand eines an­ sonsten nicht dargestellten Behälters, der mindestens zeit­ weilig entweder äußeren oder inneren Gasüberdrücken ausge­ setzt ist. Durch Pfeil ist gekennzeichnet, welche Seite der Behälterwand 1 vom Gasüberdruck beaufschlagt ist.

Um einen unzulässigen Gasüberdruck abbauen zu können, ent­ hält die Behälterwand 1 eine Druckentlastungsvorrichtung.

Die Druckentlastungsvorrichtung weist eine Druckentlastungs­ öffnung auf, deren unzeitige Freigabe durch ein Verschlußglied versperrt ist, das in seiner Bestimmungslage unter einer Haltekraft steht, die dem Gasüberdruck entgegengesetzt ist.

Die Druckentlastungsöffnung wird durch einen Durchzug 2 gebildet. Der Hals des Durchzuges 2 ragt aus der Seite der Behälterwand 1 heraus, die dem Gasüberdruck entgegengesetzt ist. Ferner verjüngt sich der Hals des Durchzuges 2 von seiner Wurzel ab stetig konisch und bildet innen einen Sitz für das Verschlußglied. Der Steigungswinkel α der Verjüngung beträgt im Beispiel 5°, kann aber auch, je nach Bedarf und/oder Stärke der Behälterwand 1, größer oder kleiner sein.

Das Verschlußglied besteht aus einem Stopfen 3, der von der Seite der Behälterwand 1 in den Durchzug eingesteckt ist, die unter dem Gasüberdruck steht.

Der Stopfen 3 ist im vorliegenden Falle, wie dargestellt, topfförmig ausgebildet. Der Mantel des Stopfens 3 verläuft in gleicher Weise konisch wie der Durchzug 2 und liegt in der Verschlußlage satt an der Innenseite des Durchzuges 2 an. Der Boden des topfförmigen Stopfens 3 bildet die Stopfenfront.

In nicht gezeigter Weise kann zwischen dem Durchzug 2 und dem Stopfen 3 ein Dichtring oder eine Dichtmasse angeordnet sein.

Die Belastung des Stopfens 3 durch den herrschenden Gasüberdruck läßt sich aus folgender Gleichung errechnen:

wobei gilt:

L = Belastung des Stopfens 3 durch den Gasüberdruck,
P = Gasüberdruck,
D = größter Außendurchmesser des Stopfens 3.

Wie bereits erwähnt, steht das Verschlußglied, im vorliegenden Beispiel der Stopfen 3, unter einer Haltekraft, die den Gasüberdrücken entgegengesetzt ist.

Solange die Belastung L des Stopfens 3 gleich oder kleiner ist als die Haltekraft, bleibt der Stopfen 3 in seiner Verschlußlage. Überschreitet die Belastung L die Haltekraft, wird der Stopfen 3 aus dem Durchzug 2 herausgedrückt. Der herrschende Gasüberdruck kann sich nunmehr abbauen, wobei das Gas solange von der Seite höheren Druckes zur Seite niederen Druckes durch den Durchzug 2 strömt, bis sich zwischen den beiden Seiten der Behälterwand 1 ein Druckausgleich einstellt.

Die Haltekraft ist durch Einflußgrößen in weiten Grenzen frei wählbar. Ihre absolute Größe bestimmt sich nach der Größe des Gasüberdruckes, bei dem der Stopfen 3 aus seiner Verschlußlage bewegt werden muß, um eine Beschädigung des Behälters zu vermeiden.

Eine der Einflußgrößen ist die zwischen dem Durchzug 2 und dem Stopfen 3 herrschende Reibung, die in weiten Grenzen frei wählbar, jedoch gegenüber einer weiteren Einflußgröße unter Umständen vernachlässigbar ist.

Die weitere Einflußgröße ist generell die Formänderungsarbeit, die notwendig ist, den Durchzug 2 und/oder den Stopfen 3 durch den Gasüberdruck so zu verformen, daß der Stopfen 3 durch den Gasüberdruck aus seiner Verschlußlage gerät.

An die Stelle der Formänderungsarbeit kann auch das Widerstandsmoment gesetzt werden, das der Durchzug 2 dem unter dem Gasüberdruck stehenden Stopfen 3 entgegensetzt.

Die weitere Einflußgröße ist ebenfalls in weiten Grenzen beeinflußbar. Sie setzt sich aus folgenden Einzelgrößen zusammen:

• a) die Länge des Durchzughalses: Es gilt: Der Gasüberdruck übt über den Stopfen 3 auf den Durchzughals ein Biegemoment um die Wurzel des Durchzughalses aus. Das Biegemoment ergibt sich aus dem sich zwischen der Wurzel des Durchzughalses und der mittleren Angriffslinie des Stopfens 3 am Durchzug 2 erstreckenden Hebelarm sowie der auf diesen Hebelarm wirkenden Komponente des Gasüberdruckes. Je länger der Durchzughals ist, desto länger ist der Hebelarm. Bei großem Hebelarm genügt schon ein geringer Gasüberdruck, um den Stopfen 3 aus seinem Sitz zu bewegen und umgekehrt.
  • a1) Die über den Stopfen 3 auf den Hals des Durchzuges 2 wirkende Komponente des Gasüberdruckes bestimmt sich nach dem Neigungswinkel der ineinander steckenden Teile 2, 3.
• b) die Dicke und die Festigkeit des Materials der Behälterwand. Es gilt: Je größer die Dicke und Festigkeit des Materials der Behälterwand 1 ist, desto größer ist ihr Widerstandsmoment gegen das vom Gasüberdruck über den Stopfen 3 auf den Durchzughals ausgeübte Biegemoment und umgekehrt.

Es wurde vorstehend davon ausgegangen, daß der Stopfen 3 biegesteif ist und der Durchzughals aufweitbar. Es kann jedoch auch der Durchzughals biegesteif ausgeführt werden und der Stopfen 3 entsprechend verformbar.

Ferner ist es auch möglich, beide aufeinander wirkenden Teile verformbar zu gestalten, wobei der Mantel des Stopfens 3 um den Rand des Stopfenbodens einbiegbar sein muß.

Für den Fall der Biegesteifigkeit des Durchzughalses und der Biegbarkeit des Stopfens 3 oder der Verformbarkeit beider Teile, gelten die Ausführungen unter a, a1 und b entsprechend.

Um die Verformbarkeit des Durchzughalses und/oder des Stopfens 3 gezielt zu verändern, können in den Teilen Materialschwächungen, zum Beispiel Einprägungen vorgenommen werden (nicht dargestellt).

Damit der Stopfen 3 von außen nicht in Richtung des Gasüberdruckes aus seinem Sitz bewegt werden kann, ist in seinem Rücken eine Arretiereinrichtung 4 vorgesehen. Im Beispiel ist die Arretiereinrichtung 4 aus einem Blech gebildet, in das ein Durchzugkegel 5 eingebracht ist, der in den Durchzug 2 der Behälterwand 1 eingreift. Ein am Rücken der Behälterwand 1 anliegender Abschnitt der Arretiereinrichtung 4 ist mit der Behälterwand 1, zum Beispiel durch Punktschweißen verbunden.

Um ein unkontrolliertes Wegfliegen des Stopfens 3 bei einem unzulässigen Gasüberdruck zu vermeiden, ist zweckdienlich an der Behälterwand 1 eine stoßdämpfend ausgebildete Fangvorrichtung angeordnet, zum Beispiel ein elastisches Drahtgitter oder dergleichen (nicht dargestellt).

Ausführungsbeispiel nach Fig. 2

In Fig. 2 sind Behälterwand und Durchzug gleich der Behälterwand und dem Durchzug in Fig. 1 und tragen daher die gleichen Bezugszeichen wie diese.

Anstelle eines topfförmigen Stopfens 3 ist eine druckfeste Kugel 12 als Stopfen vorgesehen. Zum Abdichten der Kugel 12 ist in ihrem Rücken ein Rundschnurring 13 angeordnet, der durch eine als Arretiereinrichtung dienende Platte 14 gegen den Stopfen 12 gepreßt ist. Die Platte 14 ist mit der Behälterwand 1 verbunden, hält den Rundschnurring 13 in seiner Lage und verhindert, daß der Stopfen 12 entgegen der Richtung des Gasüberdruckes aus seinem Sitz bewegbar ist.

Der Durchzug 2 ist, in gleicher Weise wie der Durchzug 2 in Fig. 1, durch eine bestimmbare Formänderungsarbeit um die Wurzel seines Halses aufweitbar. Die Formänderungsarbeit ist mit den schon in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 angegebenen Kriterien so festlegbar, daß der Stopfen 12 nur bei einem vorgegebenen Gasüberdruck aus seinem Sitz bewegt werden kann.

In nicht gezeigter Weise ist es auch bei der Ausführung nach Fig. 2 zweckmäßig, eine elastische Fangvorrichtung vorzusehen, damit der Stopfen 12 nach dem Verlassen seines Sitzes nicht unkontrolliert wegfliegen kann.

Ausführungsbeispiele nach Fig. 3

Den beiden in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam:
Die Behälterwand ist gleich den Behälterwänden nach den Fig. 1 und 2 und daher ebenfalls mit 1 bezeichnet.

Auch der Durchzug ist gleich den Durchzügen nach den Fig. 1 und 2 und daher ebenso mit 2 bezeichnet.

Der Stopfen ist mit 20 bezeichnet. Er ist an seinen Flanken gleich dem Stopfen nach Fig. 1, weist jedoch einen nach innen gewölbten Boden auf, dessen Druckfestigkeit größer als die Druckfestigkeit eines ebenen Bodens ist.

Gemeinsam ist den beiden in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ferner:
Der Stopfen 20 ist mit einer bis zur Größe der Haltekraft anwachsenden, jedoch der Haltekraft entgegengesetzten Kraft in den Durchzug 2 eingedrückt.

Jede Arretiervorrichtung weist ein mit der Behälterwand 1 verbundenes Teil und ein am Stopfen 2 angreifendes Teil auf.

Das am Stopfen 2 angreifende Teil jeder Arretiervorrichtung ist bei jeder Einstecktiefe des Stopfens 20 im Durchzug 2 an dem mit der Behälterwand 1 verbundenen Teil der Arretiervorrichtung gegen Ausheben festlegbar.

Ausführungsbeispiel nach der linken Seite der Fig. 3

Zur hier gezeigten Arretiervorrichtung gehört ein koaxial zum Durchzug 2 ausgerichteter, im Querschnitt etwa U-förmiger Versteifungsring 21, dessen Steg auf der dem Durchzug 2 entgegengesetzten Seite der Behälterwand 1 befestigt, zum Beispiel angepunktet ist.

Zur genannten Arretiervorrichtung gehört ferner eine konische Hülse 22, die bis zur Anlage an den Rückenrand des Stopfens 20 in den Versteifungsring 21 eingesteckt ist.

Die Hülse 22 ist am Versteifungsring 21 gegen Rückhub festgelegt. In der Darstellung ist eine von mehreren Festlegestellen gezeigt. An dieser Festlegestelle ist aus der Hülse 22 und auch aus dem an der Hülse 22 anliegenden Steg des Versteifungsringes 21 jeweils eine Zunge freigestanzt. Die Zunge der Hülse 22 ist mit 22a und die Zunge des Versteifungsringes 21 ist mit 21a bezeichnet. Beide Zungen 21a, 22a liegen aneinander und sind in den Versteifungsring 21 derart eingebogen, daß die Zunge 22a der Hülse 22 mit ihrer Spitze einen oberhalb der Zunge 21a gelegenen, unverformten Teil 21b des Innensteges des Versteifungsringes 21 untergreift und so die Hülse 22 gegen Rückhub aus ihrer Bestimmungslage sperrt.

Ausführungsbeispiel nach der rechten Seite der Fig. 3

Die Arretiervorrichtung weist hier ein Ringglied 25 auf, das einen Durchzugkonus 26, einen Boden 27 und einen Versteifungsrand 28 enthält. Der Durchzugkonus 26 ist bis zur Anlage an den Stopfen 20 in den Durchzug 2 eingesteckt. Der Boden 27 verläuft in einem Abstand 29 parallel zur Behälterwand 1. Der Versteifungsrand 28 verläuft etwa senkrecht zum Boden 27.

Der Boden 27 ist von mehreren Stehbolzen durchgriffen, von denen einer dargestellt und mit 30 bezeichnet ist.

Jeder Stehbolzen 30 ist am Rücken der Behälterwand 1 befestigt, beispielsweise mittels Perkussionsschweißung und trägt eine Mutter 31, die gegen den Rücken des Bodens 27 angezogen ist und so das Ringglied 25 gegen Aushub aus seiner Soll-Lage sperrt.

Claims (10)

1. Druckentlastungsvorrichtung für Gasüberdrücken ausge­ setzte Behälter, mit einer in der Behälterwand angeordne­ ten Druckentlastungsöffnung und einem zum Verschluß die­ ser Öffnung ausgebildeten Verschlußglied, das in seiner Verschlußlage unter einer Haltekraft steht, die dem Gas­ überdrücken entgegengesetzt ist, gekennzeichnet durch die Merkmale:

• a) die Druckentlastungsöffnung ist der lichte Durchgang eines in der Behälterwand (1) selbst ausgebildeten Durchzuges (2), dessen Hals aus der den Gasüber­ drücken entgegengesetzten Seite der Behälterwand (1) heraus­ ragt und sich von der Wurzel ab stetig konisch verjüngt so­ wie innen einen Sitz für das Verschlußglied bildet;
• b) das Verschlußglied ist ein Stopfen (3, 12, 20), der von der den Gasüberdrücken ausgesetzten Seite der Behälterwand (1) in den Durchzug (2) eingesteckt ist;
• c) die Höhe der Haltekraft ist durch geeignete Wahl der zwischen dem Stopfen (3, 20) und dem Durchzug (2) herr­ schenden Reibung und durch Wahl mindestens der zum Auf­ dehnen des Durchzughalses um seine Wurzel erforderlichen Formänderungsarbeit bestimmt;
• d) im Rücken des Stopfens (3, 20) ist eine Arretiereinrich­ tung (4, 14; 21, 22; 28, 30, 31) vorgesehen, mit der der Stopfen (3, 12, 20) gegen Herausnahme in Einsteckrichtung gesichert ist.

2. Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stopfen (3) als Topf ausgebildet ist, dessen Boden die Stopfen­ front bildet und dessen Mantel konisch ausgebildet sowie in der Verschlußlage satt an der Innenseite des Halses des Durchzuges (2) anliegt.

3. Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Stopfens (3) um den Rand des Stopfenbodens einbiegbar ist.

4. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Durchzug (2) und/oder im Stopfen (3) zur Veränderung der Haltekraft Einprägungen angeordnet sind.

5. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hals des Durchzuges (2) und/oder dem Stopfen (3) eine Dichtung, zum Beispiel ein Rundschnurring (13) oder eine Dichtmasse angeordnet ist.

6. Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Stopfen (12) eine druckfeste Kugel verwendet ist.

7. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer vor dem Stopfen angeordneten und mit der Gehäusewand verbundenen Fangvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangvorrichtung stoßdämpfend ausgebildet ist.

8. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel des Durchzughalses etwa 5° beträgt.

9. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiereinrichtung aus einem mit einem Durchzugkegel (5) in den Durchzug (2) für den Stopfen (3) eingreifenden Blech besteht, dessen unverformter Teil mit der Behälterwand (1) verbunden ist.

10. Druckentlastungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (20) mit einer der vorgegebenen Haltekraft gleich großen jedoch entgegengesetzten Kraft in den Durchzug (2) eingedrückt ist; daß die Arretiereinrichtung aus einem mit der Behälterwand (1) verbundenen Teil (21, 30) und einem am Stopfen (3) angreifenden Teil (22, 25) besteht und daß der am Stopfen (20) angreifenden Teil (22, 25) die Arretiereinrichtung bei jeder Einstecktiefe des Stopfens (20) im Durchzug (2) an dem mit der Behälterwand (1) verbundenen Teil (21, 30) der Arretiereinrichtung gegen Ausheben festlegbar ist.