DE538952C - Selbsttaetige Sicherheitsabsperrvorrichtung fuer Rohrleitungen - Google Patents

Description

In Rohrleitungen oder Kanälen, welche der Fortleitung irgendwelcher Stoffe dienen, muß häufig verhindert werden, daß die Strömung unzulässig hohe Geschwindigkeiten erreicht 5 oder ihre Richtung umkehrt. Dies geschieht meist durch Einbau von Schnellschluß- oder Rohrbrucheinrichtungen und von Rückschlagklappen oder -ventilen, welche jedoch in den vorhandenen. Ausführungen nicht allen Ansprächen hinsichtlich Betriebssicherheit, dauernder Betriebsbereitschaft, geringer Drosselverluste und Genauigkeit des Ansprechens genügen.

Die bekannten Rohrbrucheinrichtungen benutzen meist die Strömung unmittelbar zur Steuerung des Abschlusses und sind daher nicht unabhängig vom Druck in der Leitung. Infolgedessen und infolge ihrer konstruktiven Durchbildung ist eine zuverlässige Einstellung auf bestimmte Strömungsgeschwindigkeiten nicht möglich. Sie treten je nach dem Wartungszustand und der Konstruktion oft erst bei zu hoher oder auch bei noch zulässiger Geschwindigkeit in Tätigkeit. Soweit durch Übertragung des indirekten Regelprinzips auf diese Einrichtungen dieser übelstand beseitigt wird, wirken sie nur als Begrenzung in einer Strömungsrichtung.
Ähnlich liegen die Verhältnisse bei den Rückschlagorganen. Sie schließen häufig erst, wenn eine gewisse Rückströmung eingetreten ist, welche gerade verhindert werden soll. Unter Umständen bleiben sie auch, wenn sie längere Zeit nicht in Funktion getreten sind, hängen und erfüllen ihren Zweck daher nicht. Ferner treten in den bekannten Einrichtungen unerwünscht hohe Drosselverluste auf. Die geschilderten Nachteile haben zur Folge, daß die Sicherheitsorgane der bekannten Bauarten nur ungern angewendet werden und man sie da, wo sie auf Grund behördlicher Vorschriften eingebaut werden müssen, häufig durch Festklemmen absichtlich außer Betrieb setzt, weil diese sogenannten Sicherheitsorgane eine dauernde Quelle von Störungen darstellen. Jeder einzelne Fall erfordert Spezialausführungen, und die Anlage wird dadurch kompliziert, daß für jede Funktion ein Sonderorgan erforderlich ist.

Mit Rücksicht auf geringen Raumbedarf und Einfachheit der Anlage ergibt sich die Forderung, die oben geschilderten Sonderfunktionen mit denen eines normalen Absperrorgans zu vereinigen. Die Rücksicht auf die Fabrikation stellt die Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, welche nur durch Veränderung der Einstellung für die Erfüllung der verschiedenen Sonder funktionen geeignet gemacht werden kann.

Die Übertragung des indirekten Regelprinzips auf Sicherheitsorgane gestattet die Erfüllung der erstgenannten Forderung, bringt außerdem Unabhängigkeit vom Leitungsdruck mit sich und erlaubt die Anwendung sehr empfindlicher Impulsgeber, so daß die zulässigen Grenzen der Strömung genau eingestellt werden können.

Die zweite Aufgabe wird durch eine Ein-

richtung gelöst, die imstande ist, zwei Grenzen für die Strömungsgeschwindigkeit festzulegen, bei denen das Sicherheitsorgan geschlossen wird, innerhalb deren jedoch die 5 Strömung nicht behindert wird. Je nach der Lage des Grenzbereiches zum Nullpunkt der Strömungsgeschwindigkeit ergeben sich verschiedene Wirkungsweisen.

1. Der Nullpunkt liegt zwischen beiden ίο Grenzen (Wirkung als Rohrbruchventil für beide Strömungsrichtungen).

2. Der Nullpunkt fällt mit der einen Grenze zusammen (Wirkung als Rückschlagventil und als Rohrbruchventil für eine Strömungsrichtung).

3. Beide Grenzen liegen vom Nullpunkt aus auf der gleichen Seite (Wirkung als Minimal- und als Maximalbegrenzung für die gleiche Strömungsrichtung).

Die Sicherheitsvorrichtung zur Abgrenzung eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches besteht nach der vorliegenden Erfindung aus einem Impulsgeber, einem durch diesen betätigten Steuerorgan für das Kraftmittel, dem Kraftantrieb und einer geeigneten Absperrvorrichtung für die Rohrleitung. Als Steuerimpuls für die Steuereinrichtung dient eine durch eine Strömung erzeugte Druck- oder Niveaudifferenz. Reicht der Druck- oder Niveauabfall zwischen den Entnahmestellen als Impuls nicht aus, so kann er durch irgendwelche Einbauten, wie Stauscheiben oder ähnliche Mittel, künstlich vergrößert werden. Ebenso kann nicht nur der statische Druck, sondern auch der dynamische Druck als Impuls benutzt werden.

Der Impuls wird vom Impulsgeber auf eine Steuervorrichtung übertragen, deren Ausbildung sich nach dem für den Antrieb der Absperrvorrichtung verwendeten Kraftmittel richtet. Für den Kraftantrieb läßt sich sowohl elektrische Energie, Drucköl, Druckwasser, Druckluft oder irgendein anderes Kraftmittel benutzen, und die Erfindung kann *5 diesem ohne weiteres angepaßt werden.

Absperrorgane, welche durch eine Druckdifferenz gesteuert und durch einen Servomotor bewegt werden, sind an sich bekannt. Sie unterscheiden sich jedoch in den bekannten Formen von der vorliegenden Erfindung dadurch, daß sie nur eine Grenze für die Strömungsgeschwindigkeit festlegen und deshalb zur Abgrenzung eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches zwei Absperrvorrichtungen erforderlich sind. Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht in der Festlegung zweier Geschwindigkeitsgrenzen mit Hilfe einer Steuervorrichtung, und darauf beruht auch ihre vielseitige Verwendbarkeit. Eine Ausführungsmöglichkeit für die Erfindung ist in der beigefügten Fig. 1 dargestellt, und zwar ist dort eine Absperrvorrichtung aufgezeichnet, welche sich zum Einbau in Rohrleitungen eignet. Als Absperrorgan ist ein normaler Schieber b, welcher in dem Gehäuse α sich bewegt, vorgesehen. Er wird durch den mittels Drucköl bewegten Kolben c geschlossen und durch die Feder d geöffnet. Die Abflußöffnung e läßt durch die Kolbendichtung durchsickerndes Drucköl aus dem Zylinder austreten.

Zur Betätigung der Steuervorrichtung für das Drucköl wird der Druck an den Stellen g und h der Rohrleitung auf die beiden Seiten der Membran f übertragen. Die Membran biegt sich je nach der Druckdifferenz, die zwischen den beiden Seiten besteht, durch. Mit ihr verbunden sind die Steuerkolben /, m, η und z. Das bei t zufließende Drucköl kann durch die Schlitze q der Schieberbuchse 0 zwischen die beiden Kolben I und m eintreten, wenn ein Kolben einen Schlitz freigibt. Die Kolben sind so eingestellt, daß sie nicht bei jeder Durchbiegung der Membran den Durchfluß öffnen, sondern so, daß die Membran eine gewisse Durchbiegung nach der einen oder anderen Seite erfahren muß, d. h. das Drucköl kann nur dann in die Schieberbuchse eintreten, wenn die Druckdifferenz zwischen g und h einen bestimmten Betrag nach der go einen oder anderen Richtung überschreitet. Wird einer der Schlitze q freigegeben, so gelangt das Drucköl durch den Schlitz s der Schieberbuchse und den Dreiwegehahn r auf die obere Seite des Kraftkolbens c, wenn der Dreiwegehahn in der in Fig. 1 gezeichneten Stellung steht. Um jedoch eine vorzeitige Betätigung des Kraftkolbens zu verhindern, kann Lecköl so lange über den Dreiwegehahn ν durch die Leitung u nach dem Zylinder p und von dort durch die Leitung χ nach w abfließen, bis durch genügenden Ausschlag der Membran einer der Kolben η oder ζ den Zulaufschlitz bei u abdeckt. Dadurch wird der Eintritt in den Zylinder p versperrt. Die Freigabe einer Öffnung q und die Absperrung der öffnung μ soll im allgemeinen gleichzeitig erfolgen (Fig. 2). Zu diesem Zweck müssen die in Fig. 1 mit ξ bezeichneten Überdeckungen der Kolben / und 2 einander gleich sein und ebenso die beiden mit λ bezeichneten Überdeckungen der Kolben m und n. Da das Drucköl im Moment der Freigabe einer Öffnung q zwar in den Zylinder eintreten, aber nicht aus diesem austreten kann, wird der Schieber b geschlossen.

Der Schluß tritt also ein, wenn die Druckdifferenz zwischen g und h in beiden Strömungsrichtungen einen gewissen Betrag überschreitet. Den beiden Grenzwerten für die Druckdifferenz entsprechen zwei Grenzstel-

lungen der Steuervorrichtung, zwischen denen die normale Betriebsstellung liegt. Die Einrichtung wirkt also in diesem Fall als Rohrbruchventil oder Schnellschluß gegen übermäßig hohe Strömungsgeschwindigkeit in beiden Richtungen. Macht man ξ und λ unter sich verschieden, so kann dadurch erreicht werden, daß die Vorrichtung bei verschiedenen Geschwindigkeiten in beiden Strömungsrichtungen anspricht.

Soll die Vorrichtung als Rückschlagklappe wirken, so muß sie ansprechen, wenn die Druckdifferenz in einer Strömungsrichtung auf den Wert Null herabgeht. Dies wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß der eine der beiden Kolben I oder ni so auf der Schieberstange i verschoben wird, daß er den Schlitz q bereits freigibt, wenn die Membran aus einer Durchbiegung nach einer Seite in die Lage, die der Druckdifferenz Null entspricht, zurückkehrt (Fig. 3). Die Stellung eines der beiden Kolben η oder s muß ebenfalls derart auf der Schieberstange verändert werden, daß die beiden Überdeckungen ξ und ebenso die beiden Überdeckungen λ einander wieder gleich sind, ξ oder λ wird, je nach der gewünschten Wirkrichtung, dabei Null. Sobald eine geringe Durchbiegung der Membran nach der Wirkrichtung eintritt, wird die Öffnung des Schlitzes q freigegeben und der Schieber geschlossen. Die Einrichtung tritt in diesem Fall also in Tätigkeit, wenn die Druckdifferenz in einer Strömungsrichtung einen gewissen Maximalwert überschreitet und wenn sie den Wert Null erreicht. Sie wirkt also in einer Strömungsrichtung als Rohrbruchventil und verhindert außerdem die Umkehrung der Strömungsrichtung als Rückschlagklappe. Durch entsprechende Einstellung der Kolben kann auch die Wirkung als Rohrbruchventil und Rückschlagklappe für die umgekehrte Strömungsrichtung erzielt werden. Ebenso ist es möglich, die Einrichtung so +5 einzustellen, daß sie bei zwei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten für die gleiche Strömungsrichtung in Tätigkeit tritt (Fig. 6), d. h. daß sie bei einer Maximalgeschwindigkeit abschließt und ebenso, wenn die Geschwindigkeit unter einen gewissen Wert herabgeht. Die Membran ist dann in ihrer Betriebsstellung nach einer Seite durchgebogen, und der Schluß erfolgt schon, wenn diese Durchbiegung einen gewissen Mindestwert unterschreitet. Bei der in Fig. 6 gezeichneten Stellung des Steuerorgans, die der Druckdifferenz Null entspricht, gibt der eine Steuerkolben den Druckölzufluß zum Kraftantrieb frei. Die Strecke λ stellt bei dem Kolben m keine Überdeckung, sondern eine Kanalöffnung dar, welche entsprechend der Theorie der Dampfmaschinensteuerungen als negative Uberdeckung bezeichnet werden kann.

Die in Fig. 1 mit y bezeichneten Leitungen sollen durch Undichtheiten durchsickerndes Öl wieder dem Ölbehälter zuführen. Ebenso führen die Leitungen e, w und χ nach dem Sammelgefäß. Der geschlossene Absperrschieber wird durch die Feder d wieder geöffnet, wenn das über dem Kraftkolben befindliche Drucköl abfließen kann. Diesen Abfluß steuern die Kolben η und z. Geht nämlich die Membran / wieder in eine Lage zurück, die einer betriebsmäßig zulässigen Druckdifferenz zwischen g und h entspricht, so gibt einer der Kolben η oder ζ den Eintritt in den Zylinder/7 frei, und das Drucköl kann durch diesen hindurch über die Leitung χ nach dem Sammelbehälter zurückströmen. Die Feder d drückt dann den Kraftkolben nach oben und öffnet damit den Absperrschieber. Sie ist jedoch kein wesentlicher Bestandteil der Einrichtung, denn der gleiche Zweck wird erreicht, wenn z. B. das Drucköl so gesteuert wird, daß es zur Öffnung der Absperrvorrichtung auf die Unterseite des Kraftkolbens tritt, was ohne Schwierigkeit durchführbar ist.

Die bereits erwähnten Dreiwegehähne r und ν haben den Zweck, den Schluß bzw. die Öffnung der Absperrvorrichtung von Hand oder durch irgendeinen anderen Impuls zu ermöglichen. Wenn man beide Hähne um 90 ° im Sinne des Uhrzeigers dreht, kann das durch die Leitung t dem Hahn zugeführte Drucköl durch diesen hindurch in den Zylinder des Kraftkolbens eintreten (Fig. 4). Der Hahn ν sperrt den ölabfluß aus dem Zylinder, so daß der Absperrschieber geschlossen wird. Dreht man die Hähne in die in Fig. 1 gezeichnete Stellung zurück, so erfolgt die öffnung des Schiebers selbsttätig, wenn die Druckdifferenz zwischen g und h wieder betriebsmäßig zulässige Werte erreicht. Die Öffnung kann jedoch auch unabhängig davon erfolgen, wenn man nämlich die Hähne gegenüber Fig. 1 um i8o° dreht (Fig. 5). Der Druckölzufluß zum Zylinder ist dann geschlossen, während das im Zylinder befindliche öl über die Leitung w nach dem Sammelbehälter abfließen kann, wobei die Feder d den Schieber öffnet. Der auf die Hähne wirkende Impuls kann wieder eine Druckdifferenz sein. Schaltet man derartige weitere Vorrichtungen mit den geschilderten parallel oder in Reihe, so kann die Zahl der Impulse beliebig erhöht, und es können beliebige Überordnungs- und Unterordnungsverhältnisse der einzelnen Impulse erzielt werden. Bei Einwirkung mehrerer Impulse auf die Sicherheitsvorrichtung werden diese naturgemäß nicht durchweg aus der Leitung entnommmen werden, in die das Ab-

sperrorgan eingebaut ist. Ebenso ist es in Sonderfällen möglich, auch bei Beeinflussung der Einrichtung durch nur eine Druckdifferenz diese in einer Leitung zu messen, welche nicht durch die Einrichtung abgesperrt wird.

Kennzeichnend für die- vorliegende Erfindung ist also, daß sie die Beschränkung der Strömung auf einen bestimmten Geschwindig-

to keitsbereich ermöglicht. Je nach der Wahl dieses Bereiches kann sie sehr verschiedene Funktionen erfüllen. Sie ist bei entsprechender Durchbildung außerordentlich empfindlich, spricht immer bei ganz bestimmten Im-

t5 pulsgrößen an und läßt sich beliebig einstellen. Als Absperrorgan kann irgendeine der bereits bekannten Konstruktionen verwendet werden, welche allerdings gewisse Forderungen, die jedoch mit dem Wesen der Erfindung nicht in Verbindung stehen, erfüllen muß. Auch für jedes andere Kraftmittel an Stelle von Drucköl lassen sich Steuervorrichtungen durchbilden, welche die oben geschilderten Eigenschaften der Erfindung haben.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   i. Selbsttätige Sicherheitsabsperrvorrichtung für Rohrleitungen, Kanäle o. dgl. zur Begrenzung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb eines beliebig bestimmten Bereiches, bei der ein Absperrorgan durch einen Kraftantrieb bewegt und das Kraftmittel durch ein Steuerorgan (elektrischer Schalter, Schieber- oder Ventilsteuerung o. dgl.) gesteuert wird, das dem Einfluß eines durch eine Druck- oder Niveaudifferenz beaufschlagten Impulsgebers unterliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan aus seiner der normalen Betriebsstellung entsprechenden Lage nach beiden Seiten beweglich ist und bei Bewegung nach beiden Richtungen das Kraftmittel im Sinne des Schließens und bei Rückbewegung in die Ausgangsstellung im Sinne des Wiederöffnens des Absperrorgans steuert.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Wege des Steuerorgans, nach denen das Einschalten des Kraftmittels in beiden Richtungen erfolgt, unter sich verschieden sein können.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung eines Abschlusses der Rohrleitung o. dgl. bei Umkehr der Strömungsrichtung der Weg des Steuerorgans in der einen Richtung bis zur Einschaltung des Kraftantriebes gleich oder wenig größer ist als Null (Fig. 3).
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung eines Grenzbereiches der Geschwindigkeit in der gleichen Strömungsrichtung die normale Betriebsstellung des Steuerorgans aus der Lage, die der Druckoder Niveaudifferenz Null entspricht, herausgerückt ist (Fig. 6).
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Druckmittels (Drucköl o. dgl.) als Kraftmittel und eines Steuerschiebers als Steuerorgan die Steuerkanten für Ein- und Auslaß mit Überdeckungen versehen sind, die den für die Einschaltung des Druckmittels gegebenen Wegen des Steuerorgans entsprechen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdeckungen für Ein- und Auslaß steuerung paarweise gleich sind, im übrigen aber verschieden sein können.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Überdeckung für Ein- und Auslaß gleich oder wenig größer ist als Null (Fig. 3).
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Überdeckung für Ein- und Auslaß negativ, d. h. kleiner ist als Null (Fig. 6).
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Durchführung einer willkürlichen Bedienung des Absperrorgans, gekennzeichnet durch von Hand oder eine andere Einwirkung bedienbare Steuervorrichtungen für das Kraftmittel, die in Reihe mit dem vom Impulsgeber beeinflußten Steuerorgan.' geschaltet sind und gleichzeitig eine parallel zu diesem Steuerorgan liegende Umgehungsleitung für das Kraftmittel beeinflussen.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 5 und9, dadurch gekennzeichnet, daß die von Hand oder durch eine andere Einwirkung bedienbaren Steuervorrichtungen in je einem vor und hinter den das Absperrorgan bewegenden Servomotor geschalteten Dreiwegehahn bestehen, die beide den wahl weisen Anschluß dieses Servomotors an das vom Impulsgeber beeinflußte Steuerorgan oder unmittelbar an die Zufluß- bzw. Abflußleitung oder die Absperrung des Servomotors ermöglichen.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen