DE4133424A1 - Vollhubsicherheitsventil mit stufenkolben und schliesspunktsteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung wird angewendet bei Vollhubsicherheitsventilen mit Stufenkolben, um unzulässige Drucksenkungen beim Abblasen des Sicherheitsventils zu vermeiden.

Sicherheitsventile müssen angeordnet werden, um unzulässige Drucksteigerungen in unter Druck stehenden Räumen zu verhindern. Die Arbeitsschutzbestimmungen für Verdichter zum Beispiel fordern, daß der gesamte Förderstrom des Verdichters bei einem bestimmten Überdruck durch das Sicherheitsventil abgelassen werden muß.

Die bekannten Vollhubsicherheitsventile mit Stufenkolben (Patentschrift Nr. 10 95 611) erfüllen diese Forderung sehr gut. Sie arbeiten unabhängig von der Gasart, indem der beim eingestellten Öffnungsdruck austretende Gasstrahl auf die Öffnung eines Pitotrohres trifft, wodurch der dort herrschende Gesamtdruck die Ringfläche des Stufenkolbens beaufschlagt und eine Zusatzkraft erzeugt, die gegen die Feder des Sicherheitsventils gerichtet ist und ohne weitere Drucksteigerung ein sofortiges volles Öffnen des Sicherheitsventils bewirkt.

Sinkt der Druck vor dem Sicherheitsventil, so sinkt die Zusatzkraft proportional zum Gesamtdruck. Sie bleibt weiterhin wirksam, bis die Summe aus Ventilsitzkraft und Zusatzkraft kleiner wird als die Federkraft. Der Schließpunkt liegt dadurch oft weit unter dem Öffnungspunkt. Damit wird aber eine weitere Forderung von Arbeitsschutzbestimmungen, nach der der Schließpunkt des Sicherheitsventils bei einem bestimmten zulässigen Druckabfall erreicht sein muß, nicht erfüllt.

Es gibt andere Bauarten von Vollhubsicherheitsventilen, bei denen nach dem Ansprechen eine Hubhilfskraft mit Hilfe eines am Ventilkegel oder in seiner Nähe angebrachten Prallschirmes erzeugt wird, wobei der Staudruck des ausströmenden Gases genutzt wird. Dieser ist jedoch von der Gasdichte und damit von der Gasart abhängig sowie vom Ventilhub und von der ausströmenden Menge. Unter bestimmten Verhältnissen sind dadurch Flattererscheinungen nicht ausgeschlossen.

Es gibt Einrichtungen, die durch Zusatzbelastungen beim Öffnen und beim Schließen sowohl die Druckdifferenz zwischen Öffnen und Schließen günstig beeinflussen als auch die Flatterneigung verringern oder ausschalten. Diese Einrichtungen arbeiten aber mit Fremdenergie, z. B. pneumatisch, sind aufwendig und wirkungslos bei Ausfall der Fremdenergie.

Beim Öffnen eines Vollhubsicherheitsventils wird sofort ein großer Massestrom abgeblasen. Das ist nicht immer erforderlich, wenn das Ansprechen durch gelegentliche Druckspitzen ausgelöst wird, die sofort wieder abgebaut werden, wenn nur ein Teil des gesamten Massestroms abgeblasen wird. Es ist bekannt, um unnötige Stoff- und Energieverluste zu vermeiden, zusätzlich zu dem Vollhubsicherheitsventil ein Normalsicherheitsventil anzuordnen und dessen Öffnungspunkt etwas unter dem Öffnungspunkt des Vollhubsicherheitsventils zu legen. Die Größe des Normalsicherheitsventils wird je nach der Leistung der zu sichernden Druckgasanlage subjektiv festgelegt. Dabei tendiert man zu kleinen Größen, um Kosten und Installationsaufwand niedrig zu halten. Das kann dazu führen, daß sich im praktischen Betrieb das gewählte Normalsicherheitsventil als zu klein erweist und daß somit das Vollhubsicherheitsventil trotzdem anspricht, was bei einem größeren Normalsicherheitsventil noch nicht erforderlich gewesen wäre.

Ziel der Erfindung ist ein Vollhubsicherheitsventil mit einstellbarem Schließpunkt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein einstellbares Steuerventil den Druck im Raum unter der Ringfläche des Stufenkolbens während des Abblasens des Vollhubsicherheitsventils in dem Augenblick, wo der zulässige Druckabfall erreicht ist, soweit absenkt, daß die Ventilfeder des Sicherheitsventils den Stufenkolben wieder auf den Ventilsitz drückt. Das wird dadurch erreicht, daß eine Öffnungsfeder im Steuerventil dessen Abschlußorgan beim Erreichen des zulässigen Sicherheitsventilschließdruckes öffnet und damit eine Verbindung zwischen dem Raum unter der Ringfläche des Stufenkolbens und einem Raum niederen Druckes herstellt. Die Zusatzkraft durch den Druck im Raum unter der Ringfläche des Stufenkolbens, die beim Ansprechen des Sicherheitsventils dessen sofortiges volles Öffnen bewirkt hat, wird dadurch soweit abgebaut, daß das Sicherheitsventil sofort schließt. Alle Funktionen des mit dem Steuerventil ausgerüsteten Vollhubsicherheitsventils mit Stufenkolben verlaufen nur abhängig vom Druck und sind unabhängig von der Gasdichte und damit von der Gasart. Daraus ergeben sich Vorteile bei der Bemessung wichtiger Bauteile, insbesondere der Ventilschließfeder und der für die Erzeugung der Hubhilfskraft erforderlichen Ringfläche am Stufenkolben. Diese Vorteile der Vollhubsicherheitsventile mit Stufenkolben bleiben bei der erfindungsgemäßen Ausführung als Vollhubventil mit Stufenkolben und Schließpunktsteuerung voll erhalten. Das Ventil arbeitet flatterfrei, auch dann wenn nicht immer die volle Abblasemenge durchgesetzt werden muß, was beispielsweise bei Kolbenverdichtern der Fall ist, wenn diese mit geregeltem Förderstrom betrieben werden oder wenn bei Arbeitsventilplattenbrüchen beim Mehrstufenbetrieb unzulässige Zwischendruckverschiebungen auftreten.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß allein der Druck des Fördermediums die selbsttätige Arbeit des (einmal richtig eingestellten) Sicherheitsventils bestimmt, ohne daß dazu Fremdenergien benötigt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet auch die Möglichkeit, die Vollhubfunktion des Vollhubsicherheitsventils mit Verzögerung einzuleiten. Dazu wird das Steuerventil so eingestellt, daß sein Abschlußorgan erst dann schließt, wenn der Druck etwas über dem Öffnungsdruck des Vollhubsicherheitsventils liegt. Dadurch arbeitet das Vollhubsicherheitsventil nach dem Ansprechen zunächst als Normalsicherheitsventil, weil sich wegen des noch geöffneten Steuerventils kein Druck im Ringraum unter der Ringfläche des Stufenkolbens aufbauen kann und somit keine zusätzliche Hubhilfskraft zur Überwindung der Sicherheitsventilschließfeder erzeugt wird. Reicht der in dieser Arbeitsphase abgeblasene Massestrom bereits aus, eine weitere Drucksteigerung zu verhindern, so wird die Vollhubfunktion nicht ausgelöst. Andernfalls steigt der Abblasedruck weiter, bis er das Abschlußorgan des Steuerventils auf die Steuerventilsitzfläche preßt und damit die Entspannung des über das Pitotrohr in den Ringraum unter der Ringfläche des Stufenkolbens einströmenden Gases unterbunden wird. Durch den jetzt im Ringraum herrschenden Druck, der dem Gesamtdruck an der Pitotrohröffnung entspricht, wird die Vollhubfunktion des Vollhubsicherheitsventils sofort ausgelöst.

Bei sinkendem Abblasedruck wird dann zunächst das Steuerventil wieder ansprechen und öffnen. Der Druck im Ringraum fällt sprunghaft. Die Sicherheitsventilschließfeder bewegt den Stufenkolben in Richtung Sicherheitsventilsitzfläche, wo er aufsetzt, wenn der Abblasedruck den Öffnungsdruck des Vollhubsicherheitsventils unterschreitet.

Diese Arbeitsweise ist etwa vergleichbar mit der zum Stand der Technik erwähnten gemeinsamen Anordnung eines Vollhub- und eines Normalsicherheitsventils. Sie vermeidet jedoch deren Nachteile, die in der subjektiven Größenauswahl des Normalsicherheitsventils und in der längeren Vollhuböffnungsphase des Vollhubsicherheitsventils zu sehen sind.

Stoff- und Energieverluste werden somit weiter reduziert.

Die Zeichnung zeigt den Längsschnitt eines Vollhubsicherheitsventils mit Stufenkolben und Schließpunktsteuerung. Im Gehäuse 1 ist die durch die Verschlußkappe 14 gehaltene und auf den Sicherheitsventilstößel 12 drückende Sicherheitsventilschließfeder 13 auf den geforderten Öffnungsdruck eingestellt. Der im Druckstutzen 2 herrschende Betriebsdruck wirkt über die Verbindungsbohrung 16 und den Kolbenraum 17 auf den Kolben 19 und drückt diesen gegen die Steuerventilsitzfläche 21. Die Dichtringe 18 des Kolbens 19 dichten dabei den Kolbenraum 17 gegen den Regelraum 20 ab, der über die Verbindungsbohrung 22 mit dem Ringraum 8 unter dem Stufenkolben 7 verbunden ist.

Wenn der im Druckstutzen 2 herrschende Druck den Öffnungsdruck übersteigt, hebt der Stufenkolben 7 von der Sicherheitsventilsitzfläche 5 ab. Das ausströmende Druckmedium trifft dabei auf die Öffnung des Pitotrohrs 4. Dadurch wird im Ringraum 8 unter der Ringfläche des Stufenkolbens 7 der Gesamtdruck aufgebaut, der an der Pitotrohröffnung herrscht. Dieser Druck ergibt eine zusätzliche Kraft auf die Sicherheitsventilschließfeder 13 und bewirkt den Hub des Stufenkolbens 7 bis zum Anschlag an den Hubbegrenzungsring 11. Das Druckmedium strömt ohne unzulässige Drucksteigerung über den Abströmstutzen 3 ab.

Die Steuerventilöffnungsfeder 24 ist mittels der Einstellschraube 26 so eingestellt, daß sie bei dem geforderten Schließdruck des Vollhubsicherheitsventils den Kolben 19 von der Steuerventilsitzfläche 21 abhebt. Wenn also der im Druckstutzen 2 herrschende Druck sinkt, so öffnet beim Erreichen des geforderten Sicherheitsventilschließdrucks das Steuerventil und schafft über die Verbindungsbohrung 22, den Regelraum 20 und die Entspannungsbohrungen 25 und 10 eine Verbindung zwischen dem Ringraum 8 unter dem Stufenkolben 7 und einem Raum niederen Druckes, der an die Entspannungsbohrung 10 anschließt. Dadurch entspannt sich der Druck im Ringraum 8. Die zusätzliche Kraft auf die Ringfläche des Stufenkolbens 7 wird schlagartig gesenkt, und die Sicherheitsventilschließfeder 13 drückt den Stufenkolben 7 über den Sicherheitsventilstößel 12 sofort auf die Sicherheitsventilsitzfläche 5.

Da der Schließdruck um ein bestimmtes Maß unter dem Öffnungsdruck liegt (zulässiger Druckabfall nach Arbeitsschutzbestimmungen), kann ein Flattern des Stufenkolbens 7 nicht eintreten.

 1 Gehäuse
 2 Druckstutzen
 3 Abströmstutzen
 4 Pitotrohr
 5 Sicherheitsventilsitzfläche
 6 Dichtring
 7 Stufenkolben
 8 Ringraum
 9 Dichtring
10 Entspannungsbohrung
11 Hubbegrenzungsring
12 Sicherheitsventilstößel
13 Sicherheitsventilschließfeder
14 Verschlußkappe
15 Dichtverschluß und Kolbenanschlag
16 Verbindungsbohrung
17 Kolbenraum
18 Dichtringe
19 Kolben
20 Regelraum
21 Steuerventilsitzfläche
22 Verbindungsbohrung
23 Steuerventilstößel
24 Steuerventilöffnungsfeder
25 Entspannungsbohrung
26 Einstellschraube
27 Dichtverschluß

Claims (4)

1. Vollhubsicherheitsventil mit Stufenkolben und Schließpunktsteuerung, gekennzeichnet dadurch, daß der Ringraum 8 unter der Ringfläche des Stufenkolbens 7 über die Verbindungsbohrung 22 und den Regelraum 20 mit der Entspannungsbohrung 25 je nach Stellung des Kolbens 19 verbunden oder durch die Steuerventilsitzfläche 21 getrennt ist, wobei der Kolben 19 auf der der Steuerventilsitzfläche 21 zugewandten Seite mit einer Steuerventilöffnungsfeder 24 beaufschlagt ist, während die der Steuerventilsitzfläche 21 abgewandte Seite an den Kolbenraum 17 grenzt, der mit dem Druckstutzen 2 des Vollhubsicherheitsventils verbunden ist.

2. Vollhubsicherheitsventil mit Stufenkolben und Schließpunktsteuerung nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Steuerventilöffnungsfeder 24 durch eine Einstellschraube 26 eingestellt wird.

3. Vollhubsicherheitsventil mit Stufenkolben und Schließpunktsteuerung nach Pkt. 1 und Pkt. 2, gekennzeichnet dadurch, daß statt des durch die Steuerventilöffnungsfeder 24 beaufschlagten Kolbens 19 eine andere Vorrichtung zum Verbinden oder Trennen des Ringraums 8 und der Entspannungsbohrung 25 eingesetzt wird.

4. Vollhubsicherheitsventil entsprechend Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mittels der Verschlußkappe 14 die Kraft der Sicherheitsventilfeder 13 verändert werden kann und somit die Öffnungsdruckdifferenz veränderlich einzustellen ist und über die Einstellschraube 26 in Verbindung mit einer Kraftänderung der Steuerventilöffnungsfeder 24 eine unabhängig voneinander realisierbare Vorgabe von Öffnungs- und Schließdruckdifferenz erfolgen kann.