DE518259C - Schnellschlussschieber - Google Patents

Description

DEUTSCHES BEICH

AUSGEGEBEN AM 13. FEBRUAR 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

£518259 KLASSE 47g GRUPPE}W '/// ^ß

XlIj47g Tag der Bekannlmachung über die Erteilung des Palenls: 2g. Januar

I. G. Farbenindustrie Akt-Ges. in Frankfurt a. M.*)

Schnellschlußschieber Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. April 1926 ab

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Absperrschieber, der ohne Benutzung eines besonderen Steuerapparates das selbsttätige Abschließen einer Gas- oder Flüssigkeitsleitung nicht nur im Falle eines totalen Rohrbruches, sondern auch schon beim starken Undichtwerden der Leitung (z. B. beim Herausfliegen einer Dichtung) bewirkt und dessen Abmessungen sich von vornherein für die gewünschten Betriebsbedingungen rechnerisch genau ermitteln lassen.

Es gibt bereits eine größere Anzahl Rohrbruchventile verschiedener Konstruktion, die alle in mehr oder weniger starkem Maße folgende erheblichen Nachteile besitzen:

i. Die dynamischen Kräfte der Strömung auf den im Strom schwimmenden Ventilteller sind von den Wirbeln der Strömung und anderen Zufälligkeiten abhängig und daher rechnerisch nicht vorherzubestimmen. Diese Ventile schließen daher nur sehr ungenau und müssen infolgedessen von vornherein für eine bedeutend höhere als die normale Durchflußmenge eingestellt werden.

2. Die Ventile treffen in der Regel beim Schließen mit hammerartigem Schlag auf ihre Sitzfläche auf und beschädigen diese; sie können also nicht ohne Schaden öfters probiert werden.

3. Ihre Dichtungsflächen sind dauernd der Strömung ausgesetzt, werden daher von dieser leicht angegriffen oder verschmutzt.

Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man als Selbstschlußorgane für Rohrbrüche auch bereits Schieber verwendet, die sich ebenfalls bei erheblicher Überschreitung einer bestimmten zulässigen Höchstgeschwindigkeit in der Leitung schließen. Diese Schieber haben in der Regel auf der Schieberspindel einen Kraftkolben, der das Schließen bewirkt. Es sind auch bereits derartige Schieber bekannt, die als Impuls zum Schließen die Steigerung des Differenzdruckes eines in die Leitung eingebauten Venturirohres benutzen. Da man aber durch direkte Einwirkung des Differenzdruckes auf den Kraftkolben den Schieber nicht zum völligen Abschluß bringen, ihn also nicht als Rohrbruchschieber verwenden kann, so hat man schon vorgeschlagen, den Venturidifferenzdruck zunächst nur zum Verstellen eines Steuerapparates (Servomotor) zu benutzen, der seinerseits eine besondere Preßflüssigkeit auf den Kraftkolben des Schiebers einwirken läßt und damit den Schieber schließt.

Man hat auch bereits versucht, ohne einen solchen Servomotor auszukommen, und hat dabei als Schließkraft allerdings nicht den Venturidifferenzdruck, sondern die Druckdifferenz zwischen dem Raum über dem Kolben des Schiebers und dem engen Venturiquerschnitt benutzt. Diese Konstruktion ist von vornherein gar nicht als Abschluß-, sondern nur als Drosselorgan

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Hans Polster in Leuna, Kr. Merseburg.

gedacht; sie ist auch als eigentlicher Rohrbruchschieber praktisch unbrauchbar.

Schließlich ist ein Rohrbruchventil bekannt, das bei einem Rohrbruch den Druckabfall vor und hinter dem Ventil benutzt, um einen auf der Ventilspindel sitzenden Kolben zu verschieben, bei dieser Verschiebung gleichzeitig eine auf der einen Kolbenseite befindliche, ins Freie gehende Öffnung zu öffnen, hierdurch den auf diese

ίο Kolbenseite wirkenden Druck abzulassen und damit das Ventil vollends zum Abschluß zu bringen.

Dieses Rohrbruchventil hat jedoch ebenfalls wesentliche Mangel.

Es besteht nun in der Technik ein dringendes Bedürfnis nach einem Schnellschlußschieber, der folgende Bedingungen gleichzeitig erfüllt:

1. Der Schieber muß bereits bei kleinen Lecken, die etwa nur xo°/₀ der normal durch die Leitung gehenden Gas- oder Flüssigkeitsmenge betragen, die Leitung vollkommen dicht abschließen, ohne jedoch ab und zu auch bei der normalen Gas- oder Flüssigkeitsmenge zu schließen und hierdurch Betriebsstörungen zu ver-Ursachen.

2. Er muß infolgedessen mit großer Zuverlässigkeit und Genauigkeit (2 bis 3°/₀) immer wieder bei derselben durchströmenden Gas- oder Flüssigkeitsmenge schließen.

3. Er muß sich von vornherein in seinem Kräftespiel und damit-in seinen Abmessungen genau berechnen lassen, ohne daß erst durch nachträgliche Änderungen die richtige Einstellung erreicht wird.

4, Er muß ganz von sich selbst aus, d. h. ohne elektrischen Strom, Drucköl und andere fremde Hilfsquellen zu schließen vermögen.

5. Er muß zwar schnell, aber trotzdem sanft ■ und stoßfrei schließen.

6. Er darf keinen erheblichen Druckverlust in der Leitung verursachen.

7. Er darf sich durch Druckschwankungen in der Leitung nicht wesentlich beeinflussen lassen.

8. Er darf trotz aller dieser Forderungen möglichst nicht komplizierter und teurer sein als die schon vorhandenen Schnellschlußventile, die im übrigen viele Nachteile haben.

Von den vorhandenen Schnellschlußschiebern und Schnellschlußventilen genügt wohl jedes der einen oder der anderen dieser Bedingungen; es ist jedoch bisher kein einziges bekannt, das diesen Bedingungen sämtlich genügte.

Es wurde nun gefunden, daß man einen sehr einfachen, hochempfindlichen und außerordentlieh zuverlässigen, selbsttätigen Schnellschlußschieber erhält, wenn man verschiedene an sich bekannte Konstruktionsmerkmale zu einem organischen Ganzen vereinigt. Der dem vorliegenden Schnellschlußschieber zugrunde liegende Erfindungsgedanke ist folgender: Baut man in die betreffende Leitung ein Venturirohr ein und leitet man dessen Drucke im großen und kleinen Venturiquerschnitt auf die beiden Seiten eines Kolbens, der mit der Ventilspindel des betreffenden Schnellschluß- 6g Schiebers fest verbunden ist durch irgendwelche Gegenkräfte (Feder, Gewicht usw.) im Gleichgewicht gehalten wird, so vermag man schon bei geringer Änderung der Durchflußmenge eine erhebliche Kraftsteigerung auf den Kolben auszuüben und ihn aus seiner anfänglichen Ruhelage zu bringen. Trotzdem würde man den Schieber auf diese Weise nicht zum Schließen bringen, weil mit zunehmender Drosselung der Durchflußmenge" durch den Schieber der Venturidifferenzdruck wieder abnehmen und der Schieber vorzeitig steckenbleiben würde. Man kann nun aber die erste Bewegung der Schieberspindel dazu benutzen, irgendeine neue Kraftquelle, z. B. Zusatzgewicht, Zusatzfeder, magnetische Kraft, Unter- oder Überdruck auf den Kolben usw., einzuschalten, die den völligen Abschluß des Schiebers bewirkt. Am einfachsten wird die Anordnung, wenn man durch die Schieberspindel ein Ventil öffnen läßt, das den Druck auf der Kolbenseite niederen Druckes abblasen läßt und gleichzeitig die Verbindung dieser Kolbenseite mit dem engen Venturiquerschnitt absperrt.

Es ist vorteilhaft, die Schieberspindel außer zu diesem Steuervorgang auch noch zu einem weiteren Zweck zu benutzen:

Damit der Kolben unter dem Einfluß der starken Schließkräfte nicht mit hartem Schlag gegen das Gehäuse fliegt, muß er nach Erreichung der richtigen Schlußlage elastisch aufgefangen werden. Zu diesem Zwecke schließt die Schieberspindel die Zylinderseite, nach der der Kolben sich bewegt, nach Erreichung der richtigen Schlußstellung ab, so daß das darin befindliche Gas als Puffer wirkt.

Eine besonders einfache und zweckmäßige Bauart ergibt sich, wenn man das Schiebergehäuse selbst als Venturirohr (Ferrantischieber) ausbildet und den Druck des engen Querschnitts durch die Schieberspindel hindurch auf die eine ·. . ■ Zylinderseite leitet. Zwei Konstruktionsbeispiele hierfür zeigen Fig. 1 und 2.

Fig. i. Im engsten Querschnitt des Venturirohres α läßt sich die Schieberplatte b auf und ab schieben. Sie überdeckt auch im offenen Zustand beide Dichtungsringe c und d, um erstens deren Verschmutzung zu verhindern und außerdem vermittels ihres glatten Durchflußquerschnittes e Wirbelbildung im engsten Querschnitt und damit Druckverluste im Venturirohr zu vermeiden. Die Schieberspindel f trägt den Kolben g, der in dem Zylinder h läuft. Bei i hat die Spindel eine Aussparung, die bei geöffnetem Schieber etwas unter und über dem Zwischendeckel k hervorsteht, so daß der Raum I unter dem Kolben g mit dem Schiebergehäuse-

raum m und somit mit dem engsten Querschnitt des Venturirohres in Verbindung steht. Der Raum η über dem Kolben g steht durch eine Leitung ο mit dem Leitungsquerschnitt f vor dem Venturirohr in Verbindung. Vermittels der Feder q wird der Schieber bei normalem Betrieb offen gehalten. Die Bohrung r der Spindel steht bei s mit dem Raum I dauernd in Verbindung; bei t stülpt sie sich über den in der Längsrichtung verstellbaren Dorn u.

Die Wirkungsweise ist nun folgende:
Bei gewöhnlichem Betrieb wird der Schieber durch die Feder q offen gehalten. Der geringe Differenzdruck zwischen f und e bzw. zwischen den Räumen η und I ist zu klein, als daß er die Vorspannung der Feder überwinden könnte. Bei einem Leck in der Leitung steigt dieser Differenzdruck rasch an. Sobald die hierdurch auf den Kolben ausgeübte Kraft die Federkraft sowie die Stopfbüchsreibung überwindet, beginnt der Schieber zu schließen. Dabei zieht sich die Spindel über den Dorn t weg, während gleichzeitig die Verbindung i zwischen I und m aufhört, weil die steuernde Kante ν in dem Deckel k verschwindet. Nun entspannt sich der Inhalt des Raumes I über s und r ins Freie. Hierdurch sinkt der Druck unter dem Kolben g noch weiter, und der Kolben schließt unter der Wirkung des Druckes in η den Schieber vollständig. Sobald dabei die Bohrung s im Deckel k ■ verschwunden und hierdurch das im Raum I zurückgebliebene Gas nach außen abgesperrt ist, wird letzteres von dem sich weiterbewegenden Kolben komprimiert und der Kolben elastisch abgebremst. Das Wiederöffnen des Schiebers geschieht automatisch unter dem Einfluß der Feder q entweder sobald das Leitungsstück, in das der Venturischieber eingebaut ist, entspannt worden ist, oder wenn man nach Schließen des kleinen Ventils w den Druck im Raum η durch Öffnen des kleinen Entspannungsventils % weit genug erniedrigt hat.

Der Raum I ist durch eine Leitung y mit dem Entspannungsventil ζ verbunden, das zweck-'mäßigerweise an leicht erreichbarer Stelle im Maschinenhaus angebracht wird. In besonderen Fällen kann durch Öffnen dieses Ventils " von Hand oder mittels irgendeiner selbsttätigen Vorrichtung der zur Einleitung des Schieberschlusses erforderliche Differenzdruck unabhängig von der Durchflußgeschwindigkeit durch die Leitung künstlich erzeugt und der Schieber ebenfalls rasch geschlossen werden.

Fig. 2. Auch bei dieser Konstruktion ist das Schiebergehäuse α als Venturirohr gebaut, in dessen Querschnitt sich wieder die Schieberplatte b auf und ab schieben läßt. Der Kolben g sitzt wieder auf der Spindel und läuft im Zylinder h. Die Spindel f ist auf ein längeres Stück hohl gebohrt; diese Bohrung i und die Ouerbohrung ν verbinden den Raum I über dem Kolben mit dem engsten Querschnitt e des Venturigehäuses. Der Raum η unter dem Kolben g steht durch eine Leitung 0 mit dem Leitungsquerschnitt p vor dem Venturirohr in Verbindung. Dadurch, daß die Schieberspindel bei s auf einen kleineren Durchmesser abgesetzt ist, bildet sie gegen die Führungsbüchse d den Ringraum r, der durch die Kanäle m mit dem Raum I in Verbindung steht. Am oberen Ende der Spindel wird dieser Ringraum durch das auf der Spindel sitzende Ventil u abgeschlossen. Vermittels der Feder q wird der Schieber bei normalem Betrieb offen gehalten und der nötige Dichtungsdruck auf der Sitzfläche des Ventils u erzeugt.

Die Wirkungsweise ist hier folgende:

Bei gewöhnlichem Betrieb genügt der Differenzdruck zwischen ft und e bzw. zwischen den Räumen η und I nicht, um die Vorspannung der Feder zu überwinden. Bei einem Leck in der Leitung steigt dieser Differenzdruck rasch an. Sobald die hierdurch auf den Kolben ausgeübte Kraft die Federkraft sowie den Überdruck auf den Spindelquerschnitt überwindet, beginnt der Schieber zu schließen. Dabei öffnet die sich nach oben verschiebende Spindel das Ventil u, während gleichzeitig die Verbindung i zwischen I und e aufhört, weil die Querbohrung ν in der Büchse d verschwindet. Nun entspannt sich der Inhalt des Raumes I über m und r ins Freie. Hierdurch sinkt der Druck über dem Kolben g noch weiter, und der Kolben schließt unter der Wirkung des Druckes in η den Schieber vollständig.

Sobald der Absatz s der Spindel vor dem Kanal m vorbeifährt, schließt er diesen und damit den Raum I nach außen ab, so daß das in diesem Raum befindliche Gas komprimiert wird. Infolgedessen wird der Kolben und die mit ihm bewegten Teile schnell elastisch abgebremst.

Das Wiederöffnen des Schiebers geschieht automatisch unter dem Einfluß der Feder q entweder sobald das Leitungsstück, in welches der Venturischieber eingebaut ist, entspannt worden ist, oder wenn man nach Schließen des Ventils w die Drücke zwischen den Räumen I und η durch Öffnen des Umgangsventils χ ausgleicht.

Das durch die Leitung y mit dem Raum I verbundene Entspannungsventil ζ dient dem gleichen Zweck wie in Fig. 1.

Der geschilderte Schieber erfüllt sämtliche oben angeführten Bedingungen gleichzeitig in vollkommener Weise und stellt daher gegenüber den bisher bekannten selbsttätigen Schnellschlußorganen einen erheblichen technischen Fortschritt dar. Da er mit großer Zuverlässigkeit und Genauigkeit immer wieder bei derselben Gas- oder Flüssigkeitsmenge schließt, so läßt er sich im Gegensatz zu den bisher bekannten Schnellschlußschiebern auch in den Fällen verwenden, wo der Selbstschluß nicht erst bei

einem großen Rohrbruch, sondern bereits bei stärkeren Undichtigkeiten in der Leitung er-

' folgen soll. Er hat außerdem den Vorteil, daß er sich für jedes Gas oder jede Flüssigkeit und die verschiedensten Betriebsbedingungen genau vorher berechnen läßt und nicht erst durch nachträgliche Änderungen den Erfordernissen angepaßt werden muß. Er braucht keinerlei Hilfsenergien, wie Preßluft, Preßöl, elektrischen

ίο Strom usw., schließt zwar schnell, aber ohne jeden Schlag oder Stoß, und verursacht keinen erheblichen Druckverlust in der Leitung. Außerdem besitzt er den Vorteil, daß die Genauigkeit seines Schließens fast unabhängig von etwaigen Druckschwankungen in der Leitung bleibt. Da er nur ein einziges bewegliches Stück enthält, so ist er denkbar einfach und dabei auch billig herzustellen.

Schließlich besitzt er gegenüber Schnellschlußventilen den Vorteil, daß er in Flüssigkeitsleitungen so langsam schließt, daß keine Wasserschläge in den Leitungen auftreten.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Selbsttätiger Schnellschlußschieber für Gas- und Flüssigkeitsleitungen, welcher beim Überschreiten einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit in der Leitung diese unter der Wirkung eines Kolbens abschließt, dessen - eine Seite mit dem weiten und dessen andere Seite mit dem engen Querschnitt eines in die Leitung eingebauten Venturirohres verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben auf der Schieberspindel sitzt und bei der vom Venturidifferenzdruck eingeleiteten Schließbewegung eine neue Kraftquelle einschaltet, die augenblicklich einen völligen Abschluß des Schiebers bewirkt.
2. 2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die veränderte Lage des Kolbens bzw. der Schieberspindel eine vom Venturidifferenzdruck unabhängige Druckerniedrigung oder Druckerhöhung auf einer Kolbenseite als Kraftquelle eingeschaltet wird.
3. 3. Ausführungsform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckveränderung durch Verbindung der einen Kolbenseite mit der Atmosphäre bewirkt wird.
4. 4. Ausführungsform nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben oder die Schieberspindel am Ende des Schließvorganges die Zylinderseite niederen Druckes gegen andere Räume abschließt, so daß die auf der betreffenden Kolbenseite noch vorhandene Gasmenge infolge Kompression die Kolbenbewegung elastisch abbremst.
5. 5. Ausführungsform nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiebergehäuse selbst als Venturirohr ausgeführt ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen