DE3632690A1 - Verfahren zum auffangen von druckstoessen in durch rohrleitungen transportierte medien sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffangen von Druckstößen eines in Rohrleitungen zu transportierenden Mediums (Fluids), wie Erdöl oder Erdgas. Die durch die Rohrleitungen (Pipelines) zu transportierenden Medien (Fluid) werden mit Hilfe von Pumpen durch die Leitungen gedrückt, und es sind über die Länge der Rohrleitungen verteilt Kontrollstationen vorgesehen, welche üblicherweise auf in den Leitungen angeordnete Ventile wirken, die einerseits die Durchflußmenge regeln und auch den Druck des strömenden Mediums in den Rohrleitungen aufrechterhalten.

Üblicherweise werden Klappenventile verwendet, bei denen eine in ihrer Winkelneigung im Rohr einstellbare Klappe die Durchflußmenge des Mediums regelt. Die Betätigung der Klappe erfolgt mechanisch von außen. Verschlußeinrichtungen herkömmlicher Art haben strömungs­ technisch gesehen meist ungünstige Widerstandsbeiwerte und bewirken eine starke Wirbelbildung, z.B. bei Klappen und Kugelhähnen in halb geöffneter Ventilstellung.

Diese Ventile eignen sich nicht dazu, plötzlich auftretende Druckstöße, welche zu Störungen und Zerstörungen sowohl im Rohrleitungssystem als auch in den Ventilen selbst und in den Meßstationen führen können, aufzufangen und schnellstens abzubauen.

Es sind zwar Ringschieberventile bekannt, bei denen ein Ventilkörper durch ein Steuermedium pneumatisch oder hydraulisch derart verschiebbar ist, daß er sich mehr oder minder einem vorgesehenen Ventilsitz nähert oder sich auf diesen setzt und hierdurch die Durchflußmenge des zu transportierenden Mediums regelt. Diese Einrichtungen eignen sich nicht dazu, Druckstöße aufzufangen, weil Druckstöße zunächst meßtechnisch erfaßt werden müssen, um anschließend die Regeleinrichtung in Tätigkeit zu setzen.

Durch die hierdurch bewirkte Zeitverzögerung hat der Druckstoß deshalb schon längst die Meß- und Regeleinrichtung passiert, ehe diese zur Wirkung kommt.

Darüber hinaus sind Ventile bekannt, welche aus zwei Ventilkörpern bestehen, welche gleichzeitig in entgegengesetzter Richtung wirken und sich auf zwei vorgesehene Ventilsitze legen, von denen einer in Strömungsrichtung hinter dem Ventil und der andere in Strömungsrichtung vor dem Ventil angeordnet ist. Diese Körper zeigen zwar doppelte Wirkung. Sie sind beispielsweise über einen Faltenbalg miteinander verbunden (DE-OS 29 46 511 und DE-OS 27 30 520), wobei die innerhalb des oder der Faltenbalge liegenden Räume durch besondere Druckmittel betätigt werden.

Diese Ventile sind sehr aufwendig sowohl in der Herstellung als auch in der Wartung. Da für die Betätigung der Kolben auch hier ein besonderes zugeführtes Druckmittel verwendet wird, eignen sich diese Vorrichtungen ebenfalls nicht dazu, Druckstöße aufzufangen, da sie zu träge sind. Außerdem sind diese Ventile in ihrem Aufbau sehr kompliziert und damit störanfällig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach zu wartendes, kostengünstiges Ventil anzugeben, das in der Lage ist, selbsttätig, d.h. zunächst ohne besondere Steuermittel Druckstöße aufzufangen, insbesondere deren Spitzen abzubauen.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß die Körper beweglich gelagert sind, indem sie beispielsweise bei Auftreten eines Druckstoßes sich mit der Strömung in Strömungsrichtung bewegen und auslaßseitig mit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Druckstoßes die Rohrleitung verengen, kehren Teile des Druckstoßes, durch die Verengung bedingt, um und laufen den nachfolgenden Schwingungen entgegen. Hierzu werden sehr schnell arbeitende und wirkungsvolle, insbesondere die Spitzen der Druckstöße abbauende Ventile benötigt. Da anschließend der zweite Ventilteil durch den erzeugten Überdruck in der zwischen den Ventilkörpern liegenden wenigstens eine Kammer entgegen­ gesetzt zur Strömungsrichtung bewegt wird, verengt er auch einlaßseitig die Rohrleitung und bewirkt somit, daß nachfolgende Druckschwingungen aufgefangen werden. Um Druckschwingungen abzubauen, ist es wenig sinnvoll, wenn das Ventil auslaßseitig die Rohrleitung völlig verschließen würde. Das Funktionsprinzip kommt der Wirkungsweise eines Stoßdämpfers sehr nahe und arbeitet daher äußerst zuverlässig und vollkommen selbsttätig.

Bei auftretenden Druckstößen schwingen die Ventil­ körper von links nach rechts und umgekehrt (Pendelvorgang). Der Schwingungsvorgang kommt erst dann zur Ruhe, wenn sämtliche Druckschwingungen abgebaut sind.

Schon kleinste Druckschwingungen bewirken große Turbulenzen im Fluidstrom. Eine Turbulenzverringerung hingegen bewirkt eine Einsparung von Pumpenergie. Dies ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Ventiles.

Die Verzögerung der Druckbeaufschlagung des zweiten Ventilkörpers kann dadurch erreicht werden, daß die Rohrleitung vor oder hinter dem Ventil über eine By-pass-Leitung mit dem Hohlraum zwischen den Membranen verbunden ist. Sie tritt aber auch ohne eine derartige By-pass-Leitung auf, wenn zwischen den Ventilkörpern ein elastisches Medium, z.B. eine Gasblase vorgesehen ist.

Da ein Druckstoß nicht nur in Strömungsrichtung auftreten muß, sondern auch entgegengesetzt zur Strömungs­ richtung laufen kann, ergibt sich mit Hilfe des Ventiles dieselbe Wirkung, indem jetzt die Ventilkörper in Richtung des gegenüberliegenden Ventilsitzes der Einströmöffnung bewegt werden, und anschließend der zweite Ventilteil in Strömungsrichtung wirkt.

Das erfindungsgemäße Ventil ist einfach in seiner Wirkung, darüber hinaus äußerst zuverlässig. Es läßt sich leicht fertigen und warten, wie den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen entnommen werden kann.

Das erfindungsgemäße Ventil eignet sich nicht nur zum Auffangen von Druckstößen. Selbstverständlich kann es auch mit einem betriebsfremden Medium betrieben werden, wenn der Hohlraum zwischen den Ventilkörpern mit einer Leitung verbunden wird, welche eine Steuerflüssigkeit oder ein Steuergas der Kammer zuleitet. In diesem Fall wirkt das Ventil, wie die Ventile nach dem Stand der Technik, zum Verschließen, Drosseln oder Öffnen der Leitung.

Um ein besonders schnelles Schließen des Ventiles zu erreichen, kann die Zuleitung zum Hohlraum zwischen den Membranen in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch mit einer Überdruckpatrone oder einer unter Überdruck stehenden Gasflasche verbunden sein, die dann, wenn an irgendeiner Stelle der Rohrleitung eine Unregelmäßigkeit auftritt und in der Kontroll­ station meßtechnisch erfaßt wird, geöffnet wird und schlagartig das Ventil sowohl zur Ein- als auch zur Ausströmrichtung des Mediums hin verschließt, beziehungsweise den größtmöglichen Durchflußquerschnitt freigibt. Das erfindungsgemäße Verfahren und das dazugehörige Ventil sind deshalb sehr vielseitig verwendbar.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteransprüchen sowie der Beschreibung der Zeichnung entnommen werden.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;

Fig. 2 eine geänderte Ausführung der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, wobei im oberen Teil das dargestellte Ventil in der Offen­ stellung gezeigt ist und in der unteren Hälfte in der geschlossenen Stellung;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 ein geändertes Ausführungsbeispiel des Ventiles nach Fig. 2;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4;

Fig. 6 das vergrößert dargestellte Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1;

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6;

Fig. 8 ein Anwendungsbeispiel;

Fig. 9 ein geändertes Ausführungsbeispiel der By-pass-Leitung;

Fig. 10 ein geändertes Anwendungsbeispiel.

In die Rohrleitungen (1 a, 1 b) ist mittels Flansche (2 a, 2 b) ein generell mit (3) bezeichnetes Ventil einge­ paßt, dessen Gehäuse (4) aus zwei Halbschalen (4 a, 4 b) besteht, derart, daß die Schale (4 a) entfernt werden kann, um an das Innere des Ventiles heranzukommen, ohne das Ventil vollkommen demontieren zu müssen. Das Innenteil des Ventiles ist so gestaltet, daß es voll austauschbar ist, so daß zur Reparatur nur ein Ersatzventil eingesetzt wird. Durch die Rohrleitungen (1 a, 1 b) strömt ein Medium (5), d.h. eine Flüssigkeit oder ein Gas (Erdöl, Erdgas) in Richtung der Pfeile (5 a, 5 b).

Die Flüssigkeit strömt in einem rotationssymmetrischen Hohlraum (6) um Ventilkörper (7 a, 7 b) herum sowie um im Gehäuse (4) angeordnete Führungskörper (8 a, 8 b). Die Führungskörper (8 a, 8 b) nehmen Stößel (9 a, 9 b) auf, an deren hinterem Ende Membranen (10 a, 10 b) befestigt sind. Die Membranen (10 a, 10 b) sind mit ihrem äußeren Rand zwi­ schen den Wandungen der Führungskörper (8 a, 8 b) gehalten. Die Führungskörper (8 a, 8 b) sind hierzu in die mit dem Ge­ häuse (4) vorgesehene Aufnahme (31) geschraubt. Die Stößel (9 a, 9 b) sind kolbenstangenartig ausgebildet und in Rich­ tung des Pfeiles (11) bewegbar (Fig. 2), derart, daß sich die Ventilkörper auf Ventilsitze (13 a, 13 b) legen können, wie im unteren Teil der Fig. 2 dargestellt. Ist der zwischen den Membranen (10 a, 10 b) vorgesehene Hohlraum (14) drucklos, drücken Spiralfedern (15 a, 15 b) die Membranen (10 a, 10 b) in ihre Ausgangslage zurück, wie in Fig. 2 oben dargestellt, und ziehen hierbei die Stößel (9 a, 9 b) so weit zurück, daß die Ventilkörper (7 a, 7 b) die Ein- (12 a) und Ausflußöffnung (12 b) freigeben. Die Öffnungen (12 a, 12 b) weisen Dichtungen (16 a, 16 b) auf und sind als Ventilsitz (19 a, 19 b) ausgebil­ det. Ihre Kanten sind etwa unter 30 bis 60° zur Achse (A-A) des Ventiles geneigt, so daß ein günstiger Auftreffwinkel der Vorderfläche der Ventilkörper (7 a, 7 b) erhalten wird.

Bei Auftreten eines Druckstoßes im Rohrteil (1 a) werden die Körper (7 a, 7 b) nach rechts bewegt, wodurch der Querschnitt der Auslaßöffnung (12 b) kleiner wird. Ist die Kammer (14) in sich vollkommen abgeschlossen, d.h. sind die Kanäle (17) in Fig. 2 mit Verschlußstopfen versehen, wird ein im Raum (14) vorgesehenes gasförmiges Medium durch die Bewegung des Ventilkörpers (7 a) nach rechts und den von rechts auf die Ventilkörper (7 b) wirkenden Strömungsdruck zusammengedrückt. Da Gas kompressibel ist, dehnt es sich anschließend von selbst wieder aus und drückt jetzt den Ventilkörper (7 a) nach links in Richtung auf die Einfluß­ öffnung (12 a), so daß auch hier der Durchflußquerschnitt verringert wird. Durch diese Maßnahmen baut sich eine in der Flüssigkeit auftretende Druckspitze ab. Bei nachfolgend auftretenden Druckspitzen wiederholt sich der Vorgang. Mit anderen Worten, die Ventilkörper (7 a, 7 b) pendeln im Ventil hin und her, und zwar so lange, bis sämtliche Druck­ schwingungen abgebaut sind.

Wird im Rohrleitungsteil (1 a) eine Störung meßtechnisch erfaßt, so tritt in einer Kontrollstelle ein Differenz­ druckgeber in Aktion, indem er die Kammern (14 oder 18) druckregelnd beeinflußt. Tritt im Rohrleitungsteil (1 a) ein Druckstoß auf, dann wirkt dieser bei dieser Ausbildung auf die Ventilkörper (7 a, 7 b) in entgegengesetzter Richtung. Die Stößel (9 a, 9 b) drücken deshalb die Membranen (10 a, 10 b) in die in Fig. 2 oben eingezeichnete Lage.

Wirkt im Raum (14) zwischen den Membranen ein Druck­ mittel, überträgt dieses den Druck auf die Membranen (10 a, 10 b), welche sich aus der oben in Fig. 2 eingezeichneten Lage in die unten eingezeichnete Lage bewegen und hierbei die Stößel (9 a, 9 b) nach links bzw. rechts drücken, so daß sich die Ventilkörper (7 a, 7 b) in den Ein- und Ausflußöff­ nungen (12 a, 12 b) auf die Dichtungen (13 a, 13 b) legen. Um diese Wirkung zu erzielen, kann der Druck über eine By-pass- Leitung (26) (Fig. 1) über einen Kanal (17) in den Raum (14) übertragen werden. Dies hat zur Folge, daß sich die Membrane (10 a) nach links und die Membrane (10 b) nach rechts bewegt, wie im unteren Teil der Fig. 2 eingezeichnet, so daß der Ventilkörper (7 a) sich auf den entsprechenden Sitz (13 a) der Einlaßöffnung (12 a) legt. Die Rohrleitung (1 a, 1 b) ist nun nach beiden Seiten hin verschlossen.

Wird beispielsweise im Rohrleitungsteil (1 a) eine Störung wirksam und in der Kontrollstelle meßtechnisch registriert, so tritt in derselben ein Differenzdruckgeber druckregelnd in Aktion, indem er über Versorgungsleitungen die Kammern (14, 18 a, 18 b) beeinflußt. Ist in diesen Kammern ein Differenzdruck wirksam, wirkt dieser direkt auf die Membranen (10 a, 10 b). Da die Membranen über Stößel (9 a, 9 b) mit den Ventilkörpern (7 a, 7 b) verschraubt sind, bewirkt ein höherer Druck in den Räumen (18 a, 18 b), daß sich die Ventilkörper (7 a, 7 b) in die Öffnungsstellung be­ wegen (Fig. 2 oben). Wird andererseits ein höherer Druck im Raum (14) erzeugt, so bewegen sich die Ventilkörper entgegengesetzt und verhindern den weiteren Durchfluß (Fig. 2 unten). In dieser Lage befinden sich die Ventil­ körper (7 a, 7 b) auf den Ventilsitzen, den Dichtungen (13 a, 13 b), die Aus- und Einlaßöffnungen sind verschlossen.

Üblicherweise wird aber über den Differenzdruck in den Kammern (18 a, 18 b, 14) eine ganz bestimmte Öffnungs­ stellung gewünscht, um auf Durchflußmenge, Strömungsge­ schwindigkeit und Druckhöhe verbrauchsabhängige Größen einstellen zu können. Diesen Anforderungen wird jeder Ventiltyp der Erfindung gerecht. Weisen die verbrauchsab­ hängigen Größen keine großen Unterschiede auf, so genügt eine Verbindung der Ventilkammern (14, 18 a, 18 b) mit den vorgesehenen By-pass-Leitungen (26, 27). Für Notfälle kann auf die Kammer (14) eine über Funk auslösbare Überdruck­ patrone wirken.

Die Führungskörper (8 a, 8 b) schließen jeweils einen Hohlraum (18 a, 18 b) ein. Die Hohlräume (18 a, 18 b) stehen unter einem geringen Unterdruck, damit sich die Membranen (10 a, 10 b) aus der in Fig. 2 oben eingezeichneten Stellung in die unten eingezeichnete Stellung leicht bewegen können. Der Unterdruck bewirkt jedoch, daß längs der Stößel (9 a, 9 b) das zu transportierende Medium in geringen Mengen in den Raum (18 a, 18 b) eindringen kann. Kanäle (20 a, 20 b) (Fig. 2) münden in den Raum (6), durch den die Flüssigkeit strömt (Fig. 3), so daß in den Raum (18 a, 18 b) eindringende Flüssigkeit durch die Strömung im Raum (6) aus den Räumen (18 a, 18 b) sozusagen herausgesaugt wird. Gleichzeitig ent­ steht in den Räumen (18 a, 18 b) der gewünschte Unterdruck. Der Raum (6) weist hierzu flächenmäßig einen größeren Quer­ schnitt auf als die Rohrleitungen (1 a, 1 b), so daß hier kurzzeitig ein größerer Druck bei geringerer Strömungsge­ schwindigkeit entsteht.

In den Räumen (18 a, 18 b) können meßtechnische Geräte, zum Beispiel Wärmefühler (21) vorgesehen sein, aber auch Heizgeräte und dergleichen, um das durchströmende Medium physikalisch beeinflussen zu können.

Das Ventil gemäß den Fig. 2 und 4 schließt stets dann, wenn im Raum (14) ein Überdruck erzeugt wird. Es öffnet, wenn im Raum (14) ein Unterdruck erzeugt wird. Für der­ artige steuerungstechnische Maßnahmen ist der Hohlraum (14) mit einem gesonderten Steuermedium zu beaufschlagen. In diesem Fall wird die By-pass-Leitung (26) durch eine Steuer­ leitung (23) ersetzt oder ergänzt, welche in den Raum (14) ein Steuermedium leitet, beispielsweise ein gasförmiges Medium.

Das Ventil kann aber auch so ausgelegt werden, daß es dann öffnet, wenn das Steuermedium einen Überdruck er­ zeugt. In diesem Fall ist die Leitung (26) und/oder die Steuerleitung (23) nicht über den Kanal (17) mit dem Hohlraum (14) zu verbinden sondern über einen Kanal (22) mit den Kanälen (20 a, 20 b), welche in die Hohlräume (18 a, 18 b) der Führungskörper einmünden. Wird hier ein Überdruck erzeugt, dann drückt dieser die Membranen (10 a, 10 b) in die im oberen Teil der Fig. 2 gezeichnete Lage, d.h. die Stößel (9 a, 9 b) und damit die Ventilkörper (7 a, 7 b) sind zurückgezogen und geben die Ein- und Ausflußöffnung (12 a, 12 b) frei. In diesem Fall findet die umgekehrte Wirkung statt, siehe auch Fig. 6.

Auf den Hohlraum (14) kann aber auch über die Leitung (23) schlagartig ein Medium, beispielsweise ein gasförmiges Medium durch Freigabe einer Überdruckpatrone oder den Druck einer Gasflasche wirken. Dies ist bei plötzlich auftretenden Störungen vorteilhaft, weil beim Erzeugen eines derartigen Druckes im Raum (14) unmittelbar ein hoher Druck erzeugt wird, der schlagartig die Ventilkörper (7 a, 7 b) auf die Sitze (13 a, 13 b) drückt und den Durchfluß sperrt.

Die Membranen (10 a, 10 b) können aus Metall, vorteil­ haft auch aus gummiertem Metall-, Kunststoff- oder Leinen­ gewebe, aber auch aus Gummi bestehen. Der Elastizitäts­ bereich des Werkstoffes liegt vorteilhaft bei etwa 4%. Die Membranen sind mit ihrem Rand (30 a, 30 b) zwischen den Außenwänden der Führungskammern (8 a, 8 b) und der Aufnahme (31) mit Hilfe von Schraubgewinden (32, 33) festgeklemmt. Als Metallgewebemembrane sind sie beispielsweise auf den Kopf (40) einer Mutter geschweißt, hartgelötet und/oder auf dieselbe vulkanisiert. Die Mutter greift in eine Schraube (41), welche den Stößel (9 a oder 9 b) durchgreift und die Ventilkörper (7 a bzw. 7 b) auf dem Stößel hält.

Diese Ausbildung ist in Fig. 4 dargestellt.

Fig. 4 zeigt gleichzeitig den Ersatz der Federn (15 a, 15 b) durch kegelförmig ausgebildete Spiralfedern (28 a, 28 b). Die kegelförmige Ausbildung der Federn, siehe auch die Federn (24 a, 24 b) der Fig. 6, hat zur Folge, daß die Baulänge des Ventiles kürzer wird, d.h. sie ist raum­ sparend. Außerdem bewirken die Federn nach Lage und Anord­ nung, daß ein Druckstoß progressiv abgefangen wird. Im Raum (45 a, 45 b) hinter den Ventilkörpern (7 a, 7 b) herrscht aus strömungstechnischen Gründen stets ein geringer Unter­ druck, welcher der Federspannung der Federn (15 a, 15 b, 28 a, 28 b) entgegengerichtet ist, wenn die Ventilkörper (7 a, 7 b) schalenförmig, d.h. als Halbschalen, wie in den Figuren dargestellt, ausgebildet sind, wobei die Halb­ schalen so angeordnet sind, daß ihre Hohlseite zum Ventil­ inneren weist. Da der Strömungsquerschnitt im rotations­ symmetrischen Raum (6) so bemessen ist, daß das durch­ strömende Medium langsamer durch das Ventil strömt, ent­ steht in den Halbschalen ein geringer Unterdruck, der durch Wirbelbildung erhöht wird. Durch die Federn (15 a, 15 b bzw. 28 a, 28 b) und den Unterdruck in den Kammern (18 a, 18 b) sowie den Unterdruck in den Hohlräumen der Halbschalen bedingt spricht das Ventil bereits auf leichte Druck­ änderungen im Raum (14) an.

Das erfindungsgemäße Ventil ist deshalb sehr empfind­ lich, d.h. leichtgängig.

Soll das Ringschieberventil ausschließlich Druckstöße, d.h. deren Energiespitzen eliminieren, genügt der Einbau einer Ausführung nach Fig. 4. Bis auf die Kanäle (17, 22) können dann alle weiteren Kanäle mit Verschlußstopfen ver­ sehen werden. Kanal (22) dient zur Absaugung von Leckagen aus den Räumen (18 a, 18 b), während Kanal (17) in die Kammer (14) mündet, wenn dieser mit der By-pass-Leitung verbunden ist. Ist die By-pass-Leitung mit einer verstell­ baren Drossel versehen, sind selbstverständlich auch ein­ fache Steueraufgaben, gegebenenfalls durch Handbetrieb, (Durchflußmengenbestimmung) möglich.

Weitere den Strömungsraum (6) durchgreifende Kanäle (50, 51, 52) können als Spül- und Reinigungsanschlüsse oder zur Installation von Meßgeräten, welche die momentane Fluidbeschaffenheit anzeigen, für den Raum (6) vorgesehen werden. Die anderen Kanäle greifen bis in das Innere des Ventiles, d.h. in den Raum (14) zwischen den Membranen (10 a, 10 b) oder in die Hohlräume (18 a, 18 b) und sind ent­ weder mit der By-pass-Leitung (26) verbunden oder mit einer Druckleitung für ein Regelmedium. Es ist aber auch denkbar, die Leitung mit einem Sicherheitsbehälter zu verbinden. Die Kanäle sind rotationssymmetrisch um die Achse (A-A) angeordnet.

Gemäß Fig. 3 sind die Kanäle (20 a, 20 b) über eine Leitung (20 c) mit einem weiteren Kanal (20 d) verbunden, der in den Strömungsraum (6) mündet, so daß in den Räumen (18 a, 18 b) aus strömungstechnischen Gründen ein Unterdruck entsteht. Diese Verbindung ist dann nicht vorteilhaft, wenn die Beaufschlagung der Membranen (10 a, 10 b) aus dem Raum (18 a, 18 b) erfolgt.

Gemäß Fig. 6 sind die Kegelfedern (24 a, 24 b) zwischen den Räumen (8 a, 8 b) und den Schalen (7 a, 7 b) angeordnet. Sie wirken jetzt nicht mehr auf die Membranen (10 a, 10 b) sondern unmittelbar auf die Halbschalen (7 a, 7 b) und demzufolge entgegengesetzt zur Ausführung nach Fig. 2 und 4. Diese Ausbildung ist besonders vorteilhaft, wenn man einerseits die Bauhöhe des Ventiles besonders klein halten will und/oder eine Ventilausführung wünscht, welche Einlaß- und Auslaßöffnungen (12 a, 12 b) selbsttätig ge­ schlossen hält.

Das Ventil fängt also nicht nur Druckstöße im offenen Zustand auf sondern auch im geschlossenen Zustand, je nach Ausbildung. Seine Bedienungsmöglichkeit ist wahlweise wechselseitig, d.h. bei Ausüben eines Druckes im Raum (14) wird der Druck auf die Ventilsitze (13 a, 13 b) verstärkt. Das Ventil kann aber auch dann geöffnet werden, wenn im Raum (18 a, 18 b) ein Überdruck erzeugt wird.

Zur Erzeugung eines Über- oder Unterdruckes im Raum (14) zwischen den Membranen muß die By-pass-Leitung (26) oder die Steuerleitung (23) nicht unmittelbar mit dem Raum (14) verbunden sein. Gemäß Fig. 9 kann die By-pass- Leitung (26) auf einen Zylinder (33) wirken, in dem ein Kolben (34) verschiebbar ist, der auf ein gasförmiges Medium im Raum (35) des Zylinders wirkt. Der Raum (35) ist mit dem Raum (14) verbunden. Die Zwischenschaltung eines gasförmigen Mediums für Steuerungszwecke ergibt ein weiches Ansprechen des Ventiles bei Auftreten harter Schläge.

Der Raum (35) kann über ein Rückschlagventil (36) mit einer unter Überdruck stehenden Gasflasche (37) verbunden sein.

Gemäß Fig. 7 sind die den Strömungsraum (6) durch­ greifenden Kanäle (17) in einem Körper (29) angeordnet, der im Querschnitt Rombusform aufweist, um die Strömung in Richtung der Pfeile (38) im Raum (6) nur wenig zu be­ hindern.

Fig. 8 zeigt ein Anwendungsbeispiel für die Kühlwasser­ leitung (46) eines Kernreaktors. Die Leitung (46) ist ver­ zweigt in die Stränge (46 a, 46 b). In jeder dieser Leitungen ist ein erfindungsgemäßes Ventil (47 a, 47 b) angeordnet, und zwar derart, daß das Ventil (47 a) bei Ausfall des Steuerfluids schließt und das Ventil (47 b) bei Ausfall des Steuerfluids öffnet. Bei diesem Anwendungsbeispiel sollte das Ventil (47 a) in den Hohlräumen (18 a, 18 b) und das Ventil (47 b) im Hohlraum (14) durch Regelorgane druckseitig versorgt werden.

In der Fig. 8 ist eine Darstellung gewählt, die einem gedachten Ausfall der Regelorgane entsprechen würde. Bei dieser Ausbildung kann unabhängig von der Art der Störung der Kühlwasserzufluß nicht unterbrochen werden.

Fig. 10 zeigt die Anwendung des Ventiles als Sicher­ heitsventil für einen chemischen Reaktionsbehälter (60) mit halbautomatischer Überdruckanpassung. Um die gestellte Anforderung erfüllen zu können, muß eine Vorsorgungs­ leitung, ausgehend von einer Kontrollstelle (61) über den Kanal (17) bis zur Ventilkammer (14) installiert werden, wie in Fig. 10 schematisch dargestellt worden ist. Weiter muß der Ventileinlaß (12) und die By-pass-Leitung (26) direkt in den Reaktionsbehälter (60) münden. Üblicherweise ist die Druckgröße eines chemischen Prozesses bekannt, sofern er kontrolliert verläuft. Zunächst wird die Ventil­ kammer (14) mit einem Gaspolster der bekannten Druckgröße gefüllt. Hierdurch tritt ein verstärkter Druck auf den Ventilsitzen auf. Tritt bei dem chemischen Prozeß eine unkontrollierte Reaktion auf, d.h. wird ein höchstzulässiger Innendruck im Behälter (60) überschritten, dann würde gleichzeitig der Ventilkörper (7 a) und die vorhandene By- -pass-Leitung (26) mit dem Behälterinnendruck beaufschlagt.

Durch die By-pass-Leitung werden nun die Kammern (18 a, 18 b) druckbeaufschlagt. Da der Innendruck in der Kammer (14) nun aber geringer ist, wird das Gaspolster in dieser Kammer komprimiert, und das Ventil öffnet beidseitig, und zwar so lange, bis das zulässige Druckniveau im Innern des Behälters wieder erreicht wird. Nach Verpuffung des Über­ druckes schließt das Ventil beidseitig automatisch. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis das Druckniveau voll­ ständig abgebaut ist.

Die Kraftübertragung vom Ventilkörper (7 a) auf den Ventilkörper (7 b) und umgekehrt über die Membranen (10 a, 10 b) und das zwischen diesen Membranen angeordnete im Raum (14) und/oder in den Räumen (18 a, 18 b) befindliche Medium ist nicht zwingend. Wie man beispielsweise der Fig. 2 entnimmt, aber auch der Fig. 4, sind die Membranen (10 a, 10 b) in der Mitte, d.h. an der Befestigungsstelle mit den Stößeln (9 a, 9 b) derart benachbart angeordnet, daß ein Druckstoß auf den Körper (7 a) zunächst auch mechanisch auf den Körper (7 b) übertragen wird. Dies wirkt sich auf ein schnelles Ansprechen des Ventiles zum Ausgleich eines Druck­ stoßes aus. Erst nachdem sich der Ventilkörper (7 b) nach rechts bewegt hat und der Ausflußquerschnitt dementsprechend geringer geworden ist, kommt das im Raum (14) bzw. das in den Räumen (18 a, 18 b) vorgesehene Medium zur Wirkung und drückt den Ventilkörper (7 a) nach links zurück.

Claims (35)

1. Verfahren zum Auffangen von Druckstößen in durch Rohrleitungen transportierte Medien, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Erweiterung (Ventil (3)) der Rohrleitung (1 a, 1 b) ein in Strömungsrichtung vor und zurück bewegbarer Körper (7 a, 7 b) vorgesehen ist, der bei Auftreten eines Druckstoßes auslaßseitig den Strömungs­ querschnitt mindert, und daß der Körper (7 a, 7 b) aus zwei Teilen besteht, zwischen denen wenigstens ein elastisch nachgiebiger, in sich abgeschlossener Hohlraum (14, 18 a, 18 b) vorgesehen ist, daß der Hohlraum bei Auftreten eines Druckstoßes zusammengedrückt wird und zunächst den auslaßseitigen Teil gegen die Auslaßöffnung und anschließend den einlaßseitigen Teil des Körpers (7 b) gegen die Einlaßöffnung schiebt und hierbei auch den Querschnitt der eintretenden Flüssigkeit ändert.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (14, 18 a, 18 b) mit Gas gefüllt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstoß in die Hohlräume (14, 18 a, 18 b) zwischen den Körpern (7 a, 7 b) durch wenigstens eine By-pass-Leitung (26) übertragen wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (14, 18 a, 18 b) durch Membranen (10 a, 10 b) begrenzt ist, welche mit den verschiebbaren Ventilkörpern (7 a, 7 b) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ventilkörper (7 a, 7 b) aus einer zu den Membranen (10 a, 10 b) hin gebogenen, offenen Schale (Halbschale) gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkörper (7 a, 7 b) unter dem Druck jeweils einer Feder (15 a, 15 b, 28 a, 28 b) stehen, deren Federkraft der Verschlußwirkung des Ventilkörpers entgegengerichtet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (15 a, 15 b, 28 a, 28 b) in jeweils einem Führungskörper (8 a, 8 b) für die verschiebbaren Ventil­ körper (7 a, 7 b) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Führungskammern (18 a, 18 b) ein geringer Überdruck herrscht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (15 a, 15 b) durch Spiralfedern gebildet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (24 a, 24 b, 28 a, 28 b) kegelförmig ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu transportierende Medium die verschiebbaren Körper (7 a, 7 b) und dessen Lagerung (Führungskörper (8 a, 8 b)) mit Querschnittsvergrößerung rotationssymmetrisch umströmt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (10 a, 10 b) am Rand der Führungskörper eingespannt sind und in ihrer Mitte mit den die Ventil­ körper (7 a, 7 b) tragenden Stößeln (9 a, 9 b) verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (10 a, 10 b) mit Hilfe einer Schraube (41) jeweils mit dem zugeordneten Stößel verbunden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Membranen (Metallgewebemembranen (10 a, 10 b)), welche auf die die Ventilkörper (7 a, 7 b) tragenden Stößel (9 a, 9 b) direkt aufgelötet, aufvulkanisiert oder mit diesen verschraubt sind (Fig. 6).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane von einer Mutter (40) mittig getragen ist, welche mit Hilfe einer Schraube (41) die Mutter (40), den Stößel (9 a, 9 b) und die Halbschalen (7 a, 7 b) verbindet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlräumen (18 a, 18 b) der Führungskörper (8 a, 8 b) Meß- und Regelelemente (21) und/oder Wärmeaustauschaggregate anordbar sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (18 a, 18 b) mit Hilfe von Kanälen (20 a, 20 b) mit dem eigentlichen Strömungsraum (6) verbunden sind (Fig. 3).

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (20 a, 20 b) in den Teil des Raumes (6) mit kurzzeitig geringerer Strömungsgeschwindigkeit und höherem Druckniveau münden.

19. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum hinter den Ventilkörpern (7 a, 7 b) ein geringer Unterdruck herrscht.

20. Anwendung des Ventiles nach Anspruch 4 zur Regelung der Durchflußmenge eines Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Raum (14 und/oder 18 a, 18 b) ein gesondertes Druckmittel wirkt.

21. Anwendung des Ventiles nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel eine Flüssigkeit und/oder ein Gas dient.

22. Anwendung des Ventiles nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum (14 und/oder 18 a, 18 b) mit Hilfe einer Überdruckpatrone oder einer unter Überdruck stehenden Gasflasche schlagartig eine Druckerhöhung bewirkt werden kann.

23. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum (14) zwischen den Membranen zur Freigabe des Durchflusses ein Unterdruck oder in den Räumen (18 a, 18 b) ein Überdruck erzeugt wird (Fig. 1, Fig. 6).

24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlräume (14, 18 a, 18 b) der Führungskörper (8 a, 8 b) mit den By-pass-Leitungen (26) verbunden sind.

25. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Hohlräume (18 a, 18 b) mündenden Kanäle (20 a, 20 b) mit der By-pass-Leitung (26) und/oder einer Regelleitung (23) zur Energieversorgung von den Aggregaten (21) vorgesehen sind.

26. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu transportierende Medium über die By-pass-Leitung auf einen verschiebbaren Kolben wirkt, der seinerseits das zwischen den Membranen vorgesehene Medium beaufschlagt (Fig. 9).

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Betriebsmedium ein Gas dient.

28. Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 zu Steuerzwecken, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel geschaltete Ventile in der Leitung vorgesehen sind, derart, daß das eine Ventil ohne Versorgungsdruck geöffnet ist, während das andere nur mit Versorgungs­ druck zu Öffnen ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Federn auf die Membranen in den Ventilen in unterschiedlicher Richtung wirkt.

30. Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen Kühlwasser führende Leitungen eines Kernreaktors sind.

31. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanäle (51, 52, 53) zur Aufnahme von Meßwertübertragern dienen.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in den Raum (6) durchgreifenden Kanäle (51, 52, 53) als Spül- und Reinigungsöffnungen vorge­ sehen sind.

33. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß neben den Kanälen (17, 22) weitere Kanäle vorgesehen sind, die neben oder koaxial in den By-pass- Leitungen für weitere Regelaufgaben installiert sind.

34. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Hohlräume (14) begrenzenden Membranen wenigstens teilweise benachbart zueinander angeordnet sind.

35. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung bei Auftreten eines Druckstoßes über den Hohlraum (14) wenigstens teilweise mechanisch durch wenigstens teilweise Berührung der Membranen (10 a, 10 b) oder ihrer Befestigungsmittel an den Stößeln (9 a, 9 b) erfolgt.