DE4342833A1 - Direktbelastetes Sicherheitsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein direktbelastetes Sicher­ heitsventil, das als offene oder geschlossene Ausfüh­ rung ausgeführt werden kann, das mit einem Regelring oder ohne Regelring ausgestattet ist und das mit einem Tellerkegel als Ventilkörper versehen ist, der aus meh­ reren Teilen zusammengesetzt ist.

Direktbelastete Sicherheitsventile werden für die Si­ cherung gegen unzulässige Drucksteigerung in druckbela­ steten Einrichtungen verwendet. Diese Ventile blasen während ihrer Funktion bei Überschreiten eines be­ stimmten Druckes einen Teil des Arbeitsmediums ab. Di­ rektbelastete Sicherheitsventile werden in Vollhub- oder in Normalausführung hergestellt. Die Funktion beider Typen muß den Sicherheitsvorschriften oder Nor­ men entsprechen, die unter anderen die Funktionsdruck­ differenzen bestimmen, d. h. die für die Ventilöffnung notwendige Drucksteigerung (die Differenz des Druckes bei dem vollen Öffnen des Ventiles, bei dem der Ventil­ kegel den Nennhub erreicht, und des Ansprechdruckes) und die für das Schließen des Ventiles notwendige Drucksenkung (die Differenz des Ansprechdruckes und des Druckes, bei dem das Sicherheitsventil wieder schließt).

Die Grenzwerte der für das Öffnen des Ventilkegels not­ wendigen Steigerung des Ansprechdruckes und der für das Schließen des Ventilkegels notwendigen Absenkung des Ansprechdruckes müssen auch bei der Wirkung einer Reihe von Einflüssen eingehalten werden, die diese Werte ne­ gativ beeinflussen, wie z. B. der Einfluß der hydrauli­ schen Druckverluste in einem gewissen Bereich in der Zuleitung zum Sicherheitsventil, der Einfluß des Ge­ gendruckes, der durch die Wirkung der hydraulischen Wi­ derstände in der Abblaseleitung in einem gewissen Be­ reich zulässig ist, verursacht wird und weitere Ein­ flüsse.

Die Werte der für das Öffnen des Kegels notwendigen Steigerung des Ansprechdruckes und der für das Schlie­ ßen des Kegels notwendigen Absenkung des Ansprechdruckes sind durch die Abhängigkeit der Innenkraft des Si­ cherheitsventils, mit der das strömende Arbeitsmedium in der Öffnungsrichtung auf den Kegel einwirkt, und der Außenkraft, d. h. der Federkraft, die auf den Kegel in der Gegenrichtung einwirkt, bestimmt.

Der Verlauf und die Größe der Innenkraft ist einerseits von der Ort des Arbeitsmediums, z. B. der Flüssigkeit oder des Gases, andererseits von den Wirkungen anderer Einflüsse abhängig. Wenn die Innenkraft und ihr Verlauf in Abhängigkeit vom Kegelhub mit Hilfe eines Regelrin­ ges nicht geeignet zu beeinflussen ist, führt dieses zur Begrenzung des Anwendungsbereiches ein und dessel­ ben Sicherheitsventils z. B. für einen engen Bereich der Ansprechdrucke für eine Feder, oder es ist die zugelas­ sene Größe des Gegendruckes begrenzt u. a. Deswegen sind verschiedene Regelelemente in Anwendung gebracht, um den Verlauf der Innenkraft in einem gewissen Teil des Hubes zu verändern. Auf diese Weise wird eine Erweite­ rung des Anwendungsbereiches des Sicherheitsventils, beziehungsweise eine nachträgliche Regelung der Funk­ tion unter Betriebsbedingungen ermöglicht. Die Wirkung der Regelelemente ist in manchen Fällen so begrenzt, daß der Verlauf der Innenkraft z. B. bei allen Arbeits­ drucken am Anfang des Hubes nicht genügend reguliert wird, oder daß die Kraft-Hub-Kennlinie des Sicherheits­ ventils in dem oberen Teil des Hubes deformiert ist. Bei manchen direktbelasteten Sicherheitsventilen wird ein Kegel in Anwendung gebracht, der aus einigen Teilen zum Zwecke der schnelleren Montage und der Sicherung der Kegelteile gegen eine Lockerung bei Schlägen im Be­ trieb zusammengestellt ist. Solche Kegelausführungen sind jedoch nicht für eine Sicherstellung der gewünsch­ ten Funktionsdruckdifferenzen des Sicherheitsventils ausgeführt, siehe z. B. AO 256805.

Die Erfindung beseitigt diese Nachteile. Es ist die Aufgabe der Erfindung, in einfacher Weise ein leicht herstellbares Ventil zu schaffen, das verschiedensten Betriebsanforderungen anpaßbar ist.

Die Erfindung, die ein direktbelastetes Sicherheits­ ventil betrifft, dessen Gehäuse mit einem Eintritts- und einem Austrittsstutzen versehen ist und dessen Ven­ tilkegel für seinen Sitz im Gehäuse mittels einer Außenkraft gedrückt ist, besteht darin, daß der Außen­ teil des Ventilkegels, der aus mehreren vorzugsweise drei mit Hilfe eines Gewindes verbundenen Teilen zusam­ mengestellt ist, daß dessen untere Fläche mit einem Vorsprung versehen ist, dessen Stirnflächenebene über die Sitzebene um die Entfernung "a" hinaussteht, deren Größe in den Grenzen 0 bis 2,5% aus dem engsten Durch­ messer "d" der Durchflußfläche liegt, und daß dieser Außenteil des Kegels gegen einen anderen Außenteil des Kegels ohne ausgeführten Vorsprung und mit einer anders ausgeführten unteren Fläche des Außenteils des Kegels austauschbar ist. Andere Kegelteile bleiben dabei er­ halten.

Ein überraschender Effekt der Erfindung wird dadurch erzielt, daß bei einem gewissen Ausmaß der Ansprech­ drucke des Sicherheitsventils der Verlauf der Innen­ kraft am Anfang des Hubes auf solche Weise reguliert wird, daß die Erzielung der Grenzwerte der geforderten Funktionsdruckdifferenzen sichergestellt ist, d. h. ins­ besondere die für die Öffnung des Kegels notwendige Steigerung des Ansprechdruckes in einem breiteren Be­ reich der Ansprechdrucke und für Arbeitsbedingungen, die durch verschiedene Umstände beeinflußt sind.

Es ist darüber hinaus gleichzeitig möglich, mit Hilfe des Austausches des Außenteils des Kegels mit einer alternativen Ausführung ihrer unteren Fläche die gefor­ derten Funktionseigenschaften auch in einem anderen Be­ reich der Ansprechdrucke, insbesondere bei kleinen An­ sprechdrucken zu erreichen, wobei die übrigen Kegeltei­ le dieselben bleiben.

Das direktbelastete Sicherheitsventil nach der Erfin­ dung kann für die Sicherung gegen unzulässige Druck­ steigerung bei allen druckbelasteten Einrichtungen, wie bei Dampfkesseln, Druckgefäßen und anderen energeti­ schen oder chemischen Druckeinrichtungen, gebraucht werden. Die Ausführung nach der Erfindung ist verwend­ bar für die direktbelasteten Sicherheitsventile für die Nennweiten DN 15 bis 300, Nenndrucke PN 6 bis 250 und Arbeitstemperaturen -200 bis +550°C.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Achsenschnitt des Funktionsteils des Si­ cherheitsventiles im geschlossenen Zustand,

Fig. 2 einen kompletten Kegel mit einer alternativen Ausführung der unteren Fläche des Kegelaußen­ teils.

Das in Fig. 1 veranschaulichte direktbelastete Sicher­ heitsventil besteht aus dem Gehäuse 1, mit dem durch den kompletten Ventilkegel 2 abgeschlossenen Eintritts­ stutzen 11 und mit dem Austrittsstutzen 12, sowie einem mit der Spindel 5 belasteten Ventilkegel 2. Der Ein­ trittsstutzen 11 bildet eine Düse 112, deren kleinster Querschnitt den Durchmesser "d" hat. Der Ventilsitz 113 ist auf der Stirnfläche der Düse 112 gestaltet. Auf dem Ventilsitz 113 sitzt in der geschlossenen Lage die Stirnseite 211 des Ventilkegels 2. Die auf dem Ventil­ sitz sitzende Stirnseite des Ventilkegels 2 ist auf dem Mittelteil 21 des Ventilkegels 2 gestaltet. Der Mittel­ teil 21 des Ventilkegels 2 ist mittels des Gewindes 223 auf dem Innenteil 22 des Kegels mit dem Außenteil des Kegels 23 verbunden. Auf dem Außenteil des Kegels 23 befindet sich ein Vorsprung 231, dessen Stirnflächen­ ebene 232 die Entfernung "a" von der Ebene des Kegel­ sitzes 211 hat. Die Entfernung "a" liegt im Bereich 0 bis 2,5% des Durchmessers "d" des kleinsten Quer­ schnittes der Düse 112. Auf einem Teil des Außenumfan­ ges des Rohrstutzens 114 des Gehäuses 1 ist ein Gewinde 115 gebildet, auf dem ein Regelring 3 gelagert ist. In dem Gehäuse 1 ist zugleich die Arretierschraube 4 gela­ gert, die an dem Regelring 3 anliegt. In dem Mittelteil des Ventilkegels 21 ist eine für die Lagerung einer Ku­ gel 7 vorgesehene Kugelfläche 212 gebildet. An der Ku­ gel 7 liegt die Spindel 5 an, die in der Führung 6 ge­ führt ist.

Eine alternative austauschbare untere Fläche 234 des Außenteils 23 des Ventilkegels 2 ist in Fig. 2 veran­ schaulicht. Sie ist mit einer abgeänderten Form gegen­ über der unteren Fläche des Außenteils 23 des Kegels 2 gemäß Fig. 1 ausgeführt, und zwar ohne Vorsprung 231, wobei die Abmessungen der Teile des kompletten Kegels 2, die dessen feste Verbindung ermöglichen, dieselben bleiben.

Das Sicherheitsventil nach der Erfindung arbeitet so, daß es bei einer Steigerung des Druckes im gesicherten Raum über eine festgesetzte Grenze durch die Einwirkung des Druckes auf die untere Fläche 213 des Mittelteiles 21 des Ventilkegels 2 und auf die untere Fläche 223 des Außenteiles 23 des Kegels 2 oder auf die alternative untere Fläche 234 des Außenteils 23 des Kegels 2 zur Anhebung des kompletten Kegels 2 kommt, bei der das Arbeitsmedium diese unteren Flächen zu umströmen be­ ginnt. Der Strom des Arbeitsmediums bildet in der Öff­ nungsrichtung des Kegels 2 eine Kraft. Diese Kraft ist insbesondere am Anfang des Hubes durch einen Vorsprung 231 auf der unteren Fläche 233 des Außenteils des Ke­ gels 23 günstig beeinflußt. Mit dieser Wirkung ist die Erfüllung der vorgeschriebenen Werte der für die Öff­ nung des kompletten Kegels 2 notwendigen Drucksteige­ rung sichergestellt. Diese günstige Beeinflussung der inneren Kraft durch die Strömung um den Vorsprung 231 zeigt sich insbesondere bei größeren Drucken von Gasen und Dämpfen, während bei kleineren Drucken von Gasen und Dämpfen oder bei Flüssigkeiten der Erreichung der vorgeschriebenen Funktionsdruckdifferenzen besser eine einfachere Form der alternativen unteren Fläche 234 des Außenteils des Kegels 23 nach Fig. 2 entspricht. Beide in Fig. 1 und in Fig. 2 veranschaulichten Außenteile des Kegels 23 sind nur in der Form der unteren Fläche 233 mit dem Vorsprung 231 nach der Fig. 1 und in der Form der alternativen unteren Fläche 234 nach Fig. 2 verschieden. Sie sind gegeneinander auswechselbar und ermöglichen deshalb die Ausnützung desselben Sicher­ heitsventils für einen breiteren Bereich der Ansprech­ drucke bei gleichzeitiger Einhaltung der vorgeschriebe­ nen Druckdifferenzen sowie auch bei der Einwirkung einiger ungünstiger Nebeneinflüsse.

Die Lösung betrifft somit ein direktbelastetes Sicher­ heitsventil, dessen Ziel das Erreichen einer höheren Güte der Funktion des Sicherheitsventils auch bei Ein­ wirkungen einiger ungünstiger Einflüsse auf die Funk­ tionsdruckdifferenzen ist. Das Wesen der Erfindung be­ steht darin, daß die untere Fläche 233 des Außenteils des Kegels 23 mit einem Vorsprung 231 in der festge­ stellten Entfernung "a" versehen ist und der Außenteil des Kegels 23 mit dem Außenteil des Kegels 23 ohne Vor­ sprung 231 mit einer alternativen Form der unteren Flä­ che 234 ausgewechselt werden kann. Durch diesen Aus­ tausch eines Außenteils mit einem bestimmten Vorsprung gegen ein Außenteil mit einem anderen Vorsprung, läßt sich das Sicherheitsventil den verschiedensten Anfor­ derungen anpassen.

Liste der Bezugszeichen

  1 Gehäuse
  2 kompletter Ventilkegel
  3 Regelring
  4 Arretierschraube
  5 Spindel
  6 Führung
  7 Kugel
 11 Eintrittsstutzen
 12 Austrittsstutzen
 21 Mittelteil des Kegels
 22 Innenteil des Kegels
 23 Außenteil des Kegels
112 Düse
113 Ventilsitz
114 Rohrstutzen
115 Gewinde des Rohrstutzens
211 Stirnseite
212 Kugelfläche
213 untere Fläche
223 Gewinde
231 Vorsprung
232 Stirnflächenebene
233 untere Fläche
234 alternative untere Fläche
"a" Entfernung
"d" Durchmesser

Claims (3)

1. Direktbelastetes Sicherheitsventil, dessen Ventil­ kegel durch eine Außenkraft in den Gehäusesitz ge­ drückt ist und dessen Ventilkegel aus mehreren Teilen zusammengestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenteil des Kegels (23) mit Hilfe des Innenteils des Kegels (22) mit einem Gewinde (223) mit dem Mittelteil des Kegels (21) verbunden ist und die untere Fläche (233) des Außenteils des Ke­ gels (23) mit einem Vorsprung (231) versehen ist, dessen Ebene der Stirnfläche (232) die Entfernung ("a") von der Ebene des Kegelsitzes (211) hat und die Entfernung ("a") von der Ebene des Kegelsitzes (211) im Bereich des 0 bis 2,5%fachen des klein­ sten Durchmessers ("d") der Durchflußfläche der Düse (112) liegt.

2. Direktbelastetes Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenteil des Kegels (23) mit einer alte­ rnativen unteren Fläche (234) in der Form der in­ neren Kegelfläche mit dem Scheitelwinkel von 110° bis 130° versehen ist.

3. Direktbelastetes Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Gehäusesitzes ein Regelring an­ geordnet ist.