DE3635650A1 - Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, welches zugleich Schutz­ vorrichtung gegen Druckstoß im Inneren eines Hohlkörpers ist.

Störfälle werden nicht selten ausgelöst durch unerwartet in Hohlkörpern wie Kessel, Tanks, Rohren entstehende Druckstöße, wobei es sich um Siedeverzug, Eruption, Explosion, Massever­ schiebung beispielsweise handeln kann. Druckstoßwirkungen im Inneren eines Hohlkörpers werden heute durch Shock-absor­ ber hydraulisch mit Federn eleminiert. Bei stärkeren schlagartigen explosiven Druckkräften werden Berstscheiben verwendet, die in die Hohlkörperwand eingelassen sind. Literatur:

Berstscheiben, Safety-System. BS & B (Vent-Saf-Explosion Panels, BS & B, Catalog 77-8003).
Mechanische Stoßbremse, Firma Lisega (1986) Safety Steam Converting Valves as combined HP-Bypass Stations, Welland & Tuxhorn, Armaturen und Maschinenfabrik, Gütersloher Straße 257, D-4800 Bielefeld 14, Berstscheiben der Firma Rembe, Meß- und Regeltechnik GmbH, D-5790 Brilon.
Der Hydraulik Trainer, Vogel-Verlag (1983).
Freilauf-Rückschlagventile, Schroedahl, Spezial-Armaturen Arapp GmbH Co. KG.
Pneumatik im neuen großen Brockhaus, Hydraulik desgleichen, Ventil, Sicherheitsventil.

Energiereiche Systeme wie zur Gewinnung von Kernenergie, starke Beschleunigungen gegen die Schwerkraft bei der Raumfahrt machen offensichtlich wirksamere Schutzvorrichtungen erforderlich als sie derzeit vorhanden sind. Hierfür wurde mit P 36 30 057.8 Sicherheitsvorrichtungen für innen druckstoßexponierte Hohlköprer beschrieben.

In Hohlkörper können zur Druckstoßabsorption auch besonders hierfür geeignete Körper wie Sonden eingebracht, gegebe­ nenfalls nach Exposition auch herausgenommen, ausgetauscht werden, was in P 36 32 988.6 beschrieben wurde. Herkömmliche Shock-absorber sind auch bezüglich der sie auf­ weisenden relativ großen Masse zu träge, um überschnelle Druckstöße auf-/abfangen zu können. Die Berstscheibe/ Berstscheiben haben den Nachteil, daß ein System in starken Masse gestört wird, Füllgut wie auch kontaminierte Flüssigkeit nach außen in die Umwelt dringt. Von größer dimensionierten von mir beschriebenen Sonden nach P 36 32 988.6 ist mehr Druckstoßabsorption bzw. Sicherheit zu erwarten als von kleineren weniger Gas wie Helium enthaltenden Sonden. Nützlich ist es daher, Bauelemente wie ein Ventil zugleich die Funktion zu geben, wie sie die von mir beschriebene Sonde zum Schutz gegen Druckstoß im Inneren von Hohlkörpern hat. Solche Bauelemente wie Ventile, aber auch beispielsweise Kolben in einem Zylinder können ihre kennzeichnende Funktion haben und zusätzlich noch die desgleichen wichtige Funk­ tion, bei unerwarteten Druckstößen im Inneren einer Ma­ schine, eines Aggregats, im Inneren eines Systems Schutz zu geben, ohne daß Berstung nach außen erfolgt mit Ge­ fährdung des Gesamtsystems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bisher schon bestehende Schutzvorrichtungen gegen Druckstoß im Inneren von Hohlkörpern zu verbessern, wirkungsvoller zu gestalten.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1, gelöst.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteran­ sprüchen, der Zeichnung und deren Beschreibung zu ent­ nehmen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß Bauelemente wie Ventile mit Doppelfunk­ tion, die also zugleich auch zur Druckstoßabsorption geeignet sind, weniger Raum in einem druckstoßexponierten Hohlkörper beanspruchen als wenn gesondert darin Ventile neben Sonden vorhanden sind, die allein Druckstöße absor­ bieren. Voraussetzung ist hierfür, daß solche Bauelemente mit Doppelfunktion wie ein Ventil pneumatisch betrieben werden. Pneumatische Ventile - ähnlich den hydrostatischen sind bekannt; im Begriff Ventil steckt bereits das latei­ nische Wort ventus = Wind, Luft. Ein solches Ventil wie auch beispielsweise ein innen hohler Kolben in einem Zylin­ der wird zur Schutzwirkung wesentlich Gas wie Helium ent­ halten. Eine solche Schutzvorrichtung, zugleich Bauelement in einer Maschine, in einem Aggregat kann außer Gas auch noch weitere zugleich druckstoßabsorbierende Körper wie Stahlfedern beispielsweise enthalten. Solche Bauelemente wie das näher beschriebene Ventil sind in Berücksichtigung ihrer ursprünglichen Funktion ganz auf Druckstoßabsorption einzurichten.

Die äußere Begrenzung hat aber auch zum Teil fest mit Schraubgewinde besonders an der Basis des pneumatischen Ventilkörpers zu sein, um dem Ventil einen äußeren Ab­ schluß geben zu können. In diesem festen Ventilbereich wird sich zweckmäßigerweise auch die Bohrung für den Durchtritt der Gasleitung befinden. Mehrere, auch ver­ schiedenartige Bauelemente dieser Art können im gleichen Aggregat oder einer gleichen Maschine zur Verstärkung der Schutzvorrichtung gegen Druckstoß eingesetzt sein. Selbst Kugelventile innen gashaltig können gegen Druckstoß Schutz bieten. Sie werden zweckmäßigerweise durch inertes Gas aufgedehnt, bis die Ventilfunktion bis zum Verschluß erreicht ist. Solche Kugelventile können auch in der Strömung eines Rohres mediumgesteuert zum Verschluß führen. Um eine besondere Art/Form eines Kugelventils handelt es sich, wenn seine äußere Begrenzung aus berstscheibenartigen Material, somit Stahlblech besteht. Mit einer solchen Vor­ richtung kann sogar ein Unterdruck im Kugelventil herge­ stellt werden, sich Implosion innerhalb des druck­ stoßexponierten Hohlkörpers ergeben. Dabei werden Druck­ stoßkräfte innerhalb des zu schützenden Hohlkörpers absor­ biert, einmal durch die Berstung des Metallkörpers des Kugelventils mechanisch und dann zwangsläufig durch die Implosion, die zumindest Außenwände eines komplizierten Systems wie einen Schiffskörper nicht berührt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeich­ nung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt durch ein druckstoßexponiertes Rohr/Rohrwandung (1), welches an dieser Stelle eine Um­ biegung aufweist,
den Stutzen (2) an der konvexen Umbiegung des Rohres (1) mit dem Schraubgewinde (10), die hier befestigte Basis (3) des gashaltigen Ventilkörpers (4),
die elastische und gefaltete Wandung (5) des gashaltigen Ventilkörpers (4),
den Frontteil (5 a) des gashaltigen Ventilkörpers (4) ein erst bei höheren Druck im Gasraum (4) ansprechendes übliches Sicherheitsventil mit Feder (9) am vorderen Teil des gashaltigen Ventilkörpers (4),
den zum Verschluß des Rohres (1) per Pressgas ausgefahrenen gashaltigen Ventilkörper (4′), wobei der Ventilkörper (4) nun wesentlich länger, insgesamt größer geworden ist unter Streckung der Membran (5), das
weit nach innen im Rohr (1) Hohlkörper vorgebrachte zu­ sätzliche Sicherheitsventil mit Feder (9′), so daß
zur zusätzlichen Sicherheit beim Störfall nun Gas direkt in die Rohrleitung eingeleitet werden kann, die Pressluft­ leitung 6 mit herkömmlichem einfachen Ventil und den Druck­ behälter (7) für Pressgas wie Helium.

Fig. 2 den Längsschnitt durch eine nun wesentlich breiter gestaltete und mehr Gas enthaltende Schutzvorrichtung desgleichen mit dem Ventilkörper (4),
dessen Basis (3) fest in dem hier gestreckt verlaufenden Rohr (1) eingeschaltet/durch Bolzen ( 8) befestigt ist, die Gasleitung (6) zum Innenraum des Ventilkörpers (4), die Pumpe (P) für variable Drucke im Ventilkörper (4), Spiral­ federn (11) außerdem im Ventilkörper (4), um ihn in Verteilung von Druckstoßenergie inhomogen zu machen,
den zum Verschluß des Rohres (1) ausgefahrenen Zustand des gashaltigen Sicherheitsventiles (4) manschetten­ artig und konzentrisch, so daß sich im Bereich der Längs­ achse des Rohres Teile der Innenfläche der Membran (5) berühren, wobei auch in diesen Zustand des Rohrver­ schlusses der Gasgehalt im Ventilkörper (4) zusammen mit weiteren Formelementen elastischer Natur dahin wirkt, daß bei Druckstößen im Rohr (1) Schutzwirkung gegen Berstung der Rohrwandung erreicht wird. Über den Dreiwege­ hahn/Dreiwegeleitung (14) ist es nun auch möglich mit der Leitung (15) praktisch inkompressibles Wasser in den Hohl­ raum des Ventilkörpers (4) im Austausch gegen Gas einzu­ leiten.

Fig. 3 den Schnitt durch ein pneumatisches Ventil einheitlich gesteuert von einer Kammer mit Basis (3) und mehreren (2) je gashaltigen Ventilkörpern (4),
in gleichzeitigen Verschluß zweier Rohre (1), wobei diese Rohre auch kommunizieren können,
das Ausfahren der Ventilkörper mit dem Gasgehalt (4) in entgegengesetzter Richtung,
die summative Schutzwirkung in einem Rohrleitungssystem (1) dadurch, daß die Basis des Ventilkörpers außerordentlich gering gehalten wurde, so daß Druckstöße in einem Rohr den Gasgehalt mehrerer gashaltigen Ventile zugleich kompremieren können in Verstärkung der Schutzwirkung.

Fig. 4 den Längsschnitt durch einen druckstoßexponierten zum Teil bauchig erweiterten Hohlkörper mit der Wandung (1), in der bauchigen Auftreibung ein volumenvariables Kugel­ ventil (4) mit der elastischen Wand (5), die in den Raum des Kugelventils hineinführende Leitung (6) für Gas wie Helium, die zugehörige Pumpe (P), und eine außen dem druck­ stoßexponierten Hohlkörper angesetzte Schleuse (17) mit einem darin zunächst stark zusammengefalteten Ersatzventil (4), welches noch nicht aufgeblasen ist.

Fig. 5 wie in Fig. 4 den Längsschnitt durch einen druck­ stoßexponierten Hohlkörper (1) mit bauchiger Auftreibung, darin ein innen hohles Kugelventil (4)
mediumgesteuert mit der Feder (11) im Rohr/Kessel gehalten für seine Ventilfunktion, die aus Stahlblech bestehende relativ feste Wandung (5) berstscheibenartig, so daß bei Doppelfunktion des Ventilkörpers (4) die aus Stahlblech bestehende innen nur wenig oder kaum Gas enthaltende Kugel birst, druckstoßabsorbierend und schutzgebend. Auch praktisch ein Vakuum könnte in der "Berstkugel", zugleich Ventil vorhanden sein.

• Legende:  1  Rohrwand/Hohlkörperwandung
   2  Stutzen für die Aufnahme eines Ventils mit gashaltigem Ventilkörper
   3  Basis des Ventils mit gashaltigem Ventilkörper
   4  gashaltiger Ventilkörper
   5  Frontseite des gashaltigen Ventilkörpers
   6  Druckleitung mit Ventil für Pressgas zum gas­ haltigen Ventilkörper
   7  Behälter für Pressgas
   9  herkömmliches Federventil des Frontteils des gashaltigen Ventilkörper (4), erst auf höheren Druck ansprechend
  10  Gewinde für den Einsatz des sondenförmigen gashaltigen Ventilkörpers (4)
  11  Federn oder federartiges Material zur mecha­ nischen Aufnahme von Druckstoßkräften
  12  Pumpe für Pressgas wie Helium
   8  feste Verbindung zwischen nach außen umge­ bogener Rohrleitung/Kesselwand zur Basis des relativ breitflächigen gashaltigen Ventilkörpers
  P  Pumpe für Pressgas
  14  Dreiwegehahn/Dreiwegeleitung
  15  Leitung für anderes Fluid als Gas wie Wasser, welches praktisch inkompressibel ist.
  16  Gleitbahn und Haltevorrichtung mit Durchbrech­ ungen für den durch Fluid/Gas ausgefahrenen Ventilkörper.
  17  Schleuse außen am druckstoßexponierten Hohlkörper mit pneumatischen jetzt stark gefalteten Ersatz­ ventil (4) (noch nicht entfaltet).

Claims (19)

1. Ventil, zugleich Schutzvorrichtung gegen Druckstoß/Druck­ stöße im Inneren eines Hohlkörpers, dadurch gekennzeichnet,
daß der dem Verschluß eines Rohres oder eines anderen Hohlkörpers (1) dienende Ventilkörper (4) als pneuma­ tisches Bauelement ausgebildet ist,
daß der Ventilkörper (4) entsprechend einen Gasraum oder mehrerer Gasräume enthält, die im Inneren eines druck­ stoßexponierten Hohlkörpers (1) kompremiert werden kön­ nen, wodurch Energie des Druckstoßes absorbiert wird,
daß bei dieser Doppelfunktion des Ventilkörpers die Wandung (5) desselben elastisch oder teilelastisch zu sein hat,
daß Teile der Wandung des Ventilkörpers (4) auch aus festen Material wie Stahl bestehen,
daß im Hohlraum des Ventilkörpers zusätzlich gegen Druckstoß weitere mechanisch wirkende Bauelemente vorhanden sind wie Federn (11),
daß der Ventilkörper (4) auch Kugelgestalt haben kann mit berstscheibenartiger aus Stahlblech bestehender Wandung (5),
daß in den Innenraum des Ventilkörpers (4) Gas wie Helium druckvariabel eingebracht werden kann,
und eine Pumpe (P)/Behälter mit Pressgas (7) für das Aufblasen pneumatischer Ventilkörper (4) zur Verfügung steht.

2. Ventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Ventilkörpers (3) in eine Bohrung oder Durchbrechung eines Rohres, eines druckstoßexponierten Hohlkörpers fest verbunden/eingeschraubt werden kann.

3. Ventil nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß inertes Gas wie Helium für die Hüllung des Ventil­ körpers (4) benutzt wird.

4. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Manometer zur jeweiligen Feststellung des Innen­ druckes des Gasraumes der Ventilkörper (4) vorhanden sind.

5. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Automatik mit Druckmessern vorhanden ist, die beim Normalbetrieb (ohne Störungen) dahin wirkt, daß ge­ eignete Drucke im Ventilkörper/Ventilkörpern vorhanden sind vergleichsweise zum Betriebsdruck im zu schützenden Hohl­ körper (1).

6. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Teil des Ventilkörpers (4) aus Gummi, gummiartiger Substanz, auch partiell oder ganz aus einer temperaturunempfindlichen Substanz wie Teflon besteht.

7. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte zugleich gegen Druckstoß schutzgebende Ventil aus Kunststoff mit Gasräumen besteht.

8. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein großer Teil des Ventilkörpers (4) aus schaumgummi­ artigen Material besteht.

9. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Basis (3) für den gashaltigen Ventilkörper (4) ein Kolben in einem zugehörigen Zylinder benutzt wird.

10. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit dem darauf vorhandenen gas­ haltigen Ventilkörper (4) mechanisch, hydraulisch oder in anderer Weise in einen druckstoßexponierten Hohlkörper (1) hineingeschoben wird.

11. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich bevorzugt am vorderen Teil des gashaltigen Ventilkörpers (5 a) ein Überdruckventil (9) mit vorge­ gebener Druckhöhe befindet, so daß sich erst bei hohen von außen eingeleiteten Drucken dieses Zusatzventil (9) öffnet, wonach beispielsweise Helium zusätzlich schutzgebend in den eigentlichen Hohlraum des druck­ stoßexponierten Kessels, Rohres (1) einströmen kann.

12. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Austausch gegen Gas in den Hohlraum des Ventil­ körpers auch andere praktisch inkompressible Medien wie Wasser eingeleitet werden können (wonach die Schutz­ wirkung gegen Druckstoß im Hohlkörper aber verloren­ geht).

13. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zentral pneumatisch gesteuert mehrere Ventile zu­ gleich zum Verschluß von mehreren Rohren, Hohlkörpern (1) eingesetzt/verwendet werden, die in Summation Schutz gegen Druckstoß im Inneren einer Maschine, eines Aggre­ gates geben.

14. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auch andere Bauelemente wie beispielsweise der Kolben eines Zylinders hohl gestaltet ist berstscheiben­ artig mit Implosion energiebindend, so daß Außenwandungen von Hohlkörpern (1) weniger durch Druckstoß beansprucht werden.

15. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein von berstscheibenartigen Stahlblech umgebenes Kugelventil (4) in Rohren, anderen Hohlkörpern eingesetzt wird, welches nach innen erst bei höheren Druckstoß bist energievernichtend, wodurch Druckstoßwirkungen auf Außenwandungen des Hohlkörpers (1) verringert sind.

16. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Kugelventile (4) mit berstscheibenartiger schalenförmiger Bekleidung (5) zur Förderung der Druckstoßabsorption ein Vakuum, geminderte Gasdrucke innen aufweisen.

17. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Kugelventile (4) mit berstscheibenartiger schalen­ förmiger Bekleidung durch vorgesetzte Feder/Federn (11) durch das Medium in Hohlkörper (1) gesteuert werden können.

18. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß auch ohne Ventilfunktion Berstkugeln der beschriebenen Art oder ähnliche berstkugelartige Gebilde zur Druckstoß­ absorption in druckstoßexponierten Hohlkörpern als Schutz­ vorrichtung gegen Zerstörungen vorhanden sind.

19. Ventil nach Patentanspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Berstkugel, eine ähnliche bauchig gestaltete Schutzvorrichtung gegen Druckstoß im Inneren eins Hohlkörpers nicht nur ein Vakuum, sondern zugleich auch weitere elastische Bauelemente wie Stahlfedern, Kunststoffedern, mattenartige Bestandteile, ein Gewirr von wenig temperaturempfindlichen elastischen Kunststoffasern besitzt.