DE595735C - Hochdruck-Sicherheitsventil mit einem zum Einstellen der Ventilhubgeschwindigkeit dienenden Abblasring und mit Staukammer - Google Patents

Description

EW. Ind. Eigendo

22 MEI 1934

AUSGEGEBEN AIB
21. APRIL 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 13 c GRUPPE 28

Consolidated Ashcroft Hancock Company in New York

dienenden Abblasring und mit Staukammer

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. September 1930 ab

Die Erfindung betrifft ein Hochdruck-Sicherheitsventil. Derartige Ventile finden bei den heute häufig in Anwendung kommenden hohen Drucken immer weitgehendereVerwendung, und daher sind die Anforderungen, die an derartige Ventile gestellt werden, immer höhere geworden. '

Die Erfindung bezweckt, die Arbeitsweise derartiger Ventile zu verbessern, indem ein

ίο schnelles und sofortiges öffnen des Ventils bis zum vollen Hub gewährleistet wird, wobei es sich ebenso schnell nach Abblasen auf einen vorbestimmten Druck wieder schließt, um unnötigen Dampfverlust durch zu langes Abblasen zu vermeiden.

Es sind bereits Sicherheitsventile bekannt,, die mit einem zum Einstellen der Ventilhubgeschwindigkeit dienenden, mit auf den Ventilsitz zu konischer, sich verengender Innenfläche versehenen Abblas ring ausgerüstet sind sowie eine zwischen Ventilteller und Ventilsitzrand liegende Staukammer mit Hilfsauslaß für den Dampf bei vollem Ventilhub haben, um die Genauigkeit der Arbeitsweise von Ventilen dieser Gattung zu· verbessern. Die vorbekannten Ventile erfüllen ihren Zweck jedoch nicht immer befriedigend, weil zwar eine Staukammer mit Hilfsauslaß vorhanden ist, ihre Anordnung jedoch noch nicht zweckentsprechend vorgenommen wurde, da die Bedeutung der Lage der Staukammer noch nicht erkannt worden ist.

Das Ventil gemäß der Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Hochdruck-Sicherheitsventile und unterscheidet sich von diesen dadurch, daß unterhalb der Staukammer und der konischen Innenfläche des Abblasringes ein mit stets freien Öffnungen als Hilfsauslaß versehener Ringkanal angeordnet ist. Für die Wirkungsweise des Ventils sind die Abmessungen dieser Teile von Bedeutung, und zwar ist vorzugsweise die Summe der Querschnittsflächen des durch die Ringfläche des Abblasringes und die Kante des Ventiltellerrandes beim größten Ventilhub gebildeten Hauptausströmkanals sowie des von den Öffnungen des Ringkanals gebildeten Hilfsauslasses der Staukammer gleich oder größer als der durch das Ventilspiel gegebene größte Austrittsquerschnitt am Ventilsitz. Vorzugsweise ist dabei der Querschnitt des Hilfsauslasses kleiner als die größte (bei voll geöffnetem Ventil) und größer als die kleinste (bei geschlossenem Ventil) Ouerschnittsfläche des Hauptaus-Strömkanals.

Durch die Ausbildung des Ventils gemäß der Erfindung wird erreicht, daß einmal die obere Kante des Abblasringes so nahe an der Kante des Ventilkörpers liegt, daß die gewünschte Genauigkeit beim Abblasen sichergestellt ist, während gleichzeitig bei geschlossenem Ventil der Ringquerschnitt des Austritts aus der Staukammer genügend klein ist, um ein Öffnen des Ventils ohne Flattern zu gewährleisten. Die Ventile gemäß der Erfindung haben sich im Betrieb bereits außerordentlich bewährt und erreichen eine

beträchtlich größere Genauigkeit beim öffnen und Schließen als die vorbekannten Ventile. In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform eines Ventils gemäß der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. ι einen Aufriß eines Ventils gemäß der Erfindung, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstäbe durch den Ventilsitz, den Abblas- :o ring und die benachbarten Teile,

Fig. 3 einen waagerechten Schnitt nach Linie 3-3 von Fig. 2,

Fig. 4 ein Hubdiagramm, welches.. die Ventihvirkung bei normaler Belastung zeigt und das scharfe öffnen sowie Schließen des Ventils veranschaulicht,

Fig."5 und 5 a schematische Teilschnitte zur Veranschaulichung der Wirkung des Dampfes "zu Beginn des Ventilhubes und bei voller Ventilöffnung,

Fig. 6 die Wiedergabe eines aufgenomme-. nen Hubdiagramms zur Veranschaulichung der Ventihvirkung bei 3⁰/₀ Überdruck,

Fig. 7 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung der verschiedenen Faktoren wiedergibt, die die Ventil bewegungen bewirken, und

Fig. 8 einen "teilweisen senkrechten Schnitt • ' durch eine abgeänderte Ausbildungsform des Abblasringes.

ι bezeichnet ein Ventilgehäuse, welches gewöhnlich' aus einem Guß- oder Schmiedestück besteht und einen Befestigungsflansch 2 aufweist. Dieses Gehäuse ist mit einer Büchse 3 versehen, welche an ihrem oberen Ende den konisch abgeschrägten ringförmigen Ventilsitz 4 trägt. Der Ventilkörper 5 ruht bei geschlossenem Ventil auf dem Sitz 4 auf und ist in seinem oberen Teil im wesentlichen als Zylinder 6 ausgebildet, welcher im Innern einer feststehenden zylindrischen Führung 7 gleitet, die ihrerseits im Ventilgehäuse 1 befestigt ist. Das obere Ende des zylinder-. förmigen Ventilteils 6 ist vorzugsweise mit einer Hubbegrenzungsmutter N versehen. Der Ventilkopf 5 hat außerhalb der Dichtungsfläche einen ringförmigen Absatz 11 (Fig. 2), der' mit der dazu parallelen oberen Endfläche der Büchse 3 einen Zwischenraum 12 bildet, welcher gewöhnlich als Staukammer bezeichnet wird. Vom Innern des hohlen Zylinderteile 6 führen ein oder mehrere Kanäle P in die Staukammer, um eine nennenswerte Ansammlung von Kondensat im Innern des Ventilkörpers zu vermeiden. Wie ersichtlich, verläuft die untere Fläche des Absatzes 11 im wesentlichen waagerecht und ermangelt der nach abwärts gerichteten Lippe, welche gelegentlich bei bekannten Ventilen dieser Art vorgesehen ist.

Der über den Ventilsitz ausströmende Dampf sucht in radialer Richtung nach auswärts unterhalb der Absatzfläche 11 zu strömen. I'm das Ventil bei" seinem Öffnungsund Schließhub zu steuern, ist ein einziger Abblasring 13 vorgesehen, welcher konzentrisch zum Ventilsitz angeordnet ist. Damit .das Ventil vorzugsweise verschiedenen Drucken angepaßt werden kann oder damit ein verschieden starkes Abblasen möglich ist, ist der Ring 13 in· bekannter Weise, beispielsweise dadurch, daß er auf die Büchse 3 bei 14 aufgeschraubt ist, einstellbar gemacht, so daß durch Drehen des Ringes eine Höher- oder Tief erstellung möglich wird. Die Außenfläche des Ringes ist in bekannter Weise mit einer Reihe von Schlitzen S versehen, welche zur Auf nähme des inneren Ei) des einer Feststellschraube L dienen, die durch eine Bohrung des Ventilgehäuses 1 hindurchgeführt ist.

Die Innenfläche 15 des Ringes 13 ist vorzugsweise an jener Stelle, die gegenüber der Umfangsfläche des Ventilkörpers liegt, schräg nach oben und auswärts geneigt, stellt also z. B, einen Kegelmantel oder auch eine Fläche beispielsweise mit kugeliger Krümmung dar. Die auseinanderstrebenden Flächen des Ventilkörpers 5 und Abblasringes 13 bilden so einen Hauptdampf austrittsringkanal 16 mit allmählich zunehmendem Querschnitt. Außerdem ist ein Hilfsdampfaustrittskanal von unverändertem Querschnitt vorgesehen, der nach abwärts aus der Staukammer führt. An einem Punkte oberhalb der Schraubengänge 14 ist die Büchse 3 mit einem Einzug 17. versehen, welcher den Ringraum 18 begrenzt, der in der Innenfläche des Ringes 13 vorgesehen ist. Auf diese Weise steht der Ringraum 18 bei R mit der Staukammer 12 in Verbindung. Der Ring 13 ist mit einem oder mehreren Löchern ig in gleichen Abständen versehen. Beispielsweise kann, wie es in Fig. 8 veranschaulicht ist, der Abblasring 13° auf seinem Außenumfang auch Längsschlitze io." aufweisen, welche in die Ringkammer 18 münden, an Stelle der in Fig. 2 gezeichneten Bohrungen.

Bei der eben beschriebenen Anordnung liegt die äußere untere Kante des Absatzes 11 des Ventilkörpers bei geschlossenem Ventil dicht an der Innenfläche 15 des Abblasringes 13, und der Zwischenraum zwischen jener Kante und der Innenfläche 15 nimmt beim Anheben des Ventils ständig zu.

Tn den Fig. 5 und 5 a ist die Wirkungsweise des Ventils zu Beginn der öffnung und hei voller öffnung veranschaulicht. Wenn der Druck hinreichend ansteigt, um das Ventil nur wenig von seinem Sitz abzuheben, strömt gemäß Fig. 5 der Dampf über die Kante des Ventilsitzes nach außen, gegen den Absatz 11 gerichtet, in die Staukammer und

durch diese hindurch in radialer Richtung mit hoher Geschwindigkeit, bis er auf. die Innenfläche 15 des Abblasringes auf trifft, durch welchen er nach oben und außen abgelenkt \vird. Diese bekannte Ablenkung des Dampfes wandelt einen Teil seiner kinetischen Energie in Druck um, welcher auf die große Fläche des Absatzes 11 einwirkt und den Ventilkörper rasch in die volle Hubstellung

ίο treibt. Während" dieser anfänglichen Hubbewegung des Ventils ist die Geschwindigkeit des Dampfes, der zwischen der radialen oberen und unteren Fläche der Staukammer . strömt, so hoch, daß nur wenig oder gar kein Dampf nach abwärts durch den Ringkanal R und durch die Löcher 19 strömt, obwohl sie dauernd geöffnet sind. Tatsächlich erscheint es durchaus möglich, daß zufolge der raschen Zunahme des Austrittsquerschnittes durch die Schrägwand 15 an jener Stelle, wo der nach abwärts gerichtete Ringkanal R mit der Staukammer in Verbindung steht, selbst eine ■Unterdruckzone herrscht, wodurch Luft nach innen durch die Löcherig eingesaugt wird.

Wenn jedoch das Ventil die Höchststellung

: erreicht hat, wie aus Fig. 5 a ersichtlich, und der Dampf bei abnehmendem Druck über die Oberkante des Ringes 15 kräftig ausströmt, üben die Begrenzungsflächen des Stauraumes keine Richtwirkung auf den Dampfstrom mehr aus, und der Zwischenraum unterhalb des eigentlichen Ventilkörpers einschließlich Absatz Ii ist gewissermaßen ein Teil des Dampfraumes geworden, in dem nun die Druckwirkung gegenüber der Geschwindigkeitswirkung vorherrscht, so daß unter diesen Umständen der Dampf nach außen in jeder Richtung· zu strömen sucht. Es wird also ein wesentlicher Teil des Dampfes nach abwärts - und außen durch den Hilfsauslaß strömen, ? welcher von dem Ringraum R und den Löchern 19 gebildet wird. Unter diesen Bedingungen wird das Abblasvermögen des Ventils derart erhöht, daß es trotz voller Hubhöhe des Ventilkörpers, um eine Drosselung zu vermeiden, nicht notwendig ist, die obere Kante des Ringes 13-übermäßig vom • Umfang des Ventilkörpers abzurücken, so daß beim Sinken des Druckes im Dampfraum auf den gewünschten Kesseldruck der Abblas ring in gleicher Weise wie bei Ventilen von geringem Hub das Schließen des Ventils genau steuert.

Wenn daher, wie in dem Hubdiagramm gemaß Fig. 4 angedeutet, der Dampfdruck bis zum Abblasdruck ansteigt, öffnet sich das Ventil augenblicklich bis zur vollen Hubhöhe, welche mit λ' bezeichnet ist, möglicherweise etwas oberhalb des erwünschten Höchsthubes, wie es durch die Spitze auf der rechten Seite des Hubdiagramms 'angedeutet ist. Sobald der Druck auf die zugelassene Höhe abgenommen hat, schließt sich das Ventil augenblicklich, wie es bei Y angedeutet ist, ohne wesentliche Neigung, hängenzubleiben und ein zu langes Abblasen zu verursachen. Das rasche Schließen wird durch die Wirkung des Hilfsauslasses erleichtert, welcher den Druck in der Staukammer verringert. Bei dieser Ausbildungsform ist es leicht möglich, das Ventil derart einzustellen, selbst wenn es bei hohem Druck benutzt wird, daß es augenblicklich bei dem gewünschten Druck schließt, während es sich rasch ohne Flattern voll öffnet.

In Fig. 7 sind Ventilhübe in Prozenten des Höchsthubes als Ordinaten und die Durchtrittsquerschnitte in Prozenten des Höchstquerschnittes als Abszissen aufgetragen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hochdruck-Sicherheitsventil mit einem zum Einstellen der Ventilhubgeschwindigkeit dienenden, mit auf den Ventilsitz zu konischer, sich verengender Innenfläche versehenen Abblasring sowie mit einer zwischen Ventilteller und Ventilsitzrand liegenden Staukammer mit Hilfsauslaß für den Dampf bei vollem Ventilhub, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Staukammer (12) und der konischen Innenfläche (15) des Abblasringes (13) ein mit stets freien öffnungen-(19) als Hilfsauslaß versehener Ringkanal (18) angeordnet ist.

2. Hochdruck-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Querschnittsflächen des

- durch die Ringfläche (15) des Abblasringes (13) und die Kante-· des Ventiltellerrandes (11) beim größten Ventilhub gebildeten Hauptausströmkanals (16) sowie des von den öffnungen (19) des Ringkanals (18) gebildeten Hilfsauslasses der Staukammer (12) gleich oder größer ist als der durch das Ventilspiel gegebene größte Austrittsquerschnitt am Ventilsitz (4).

3. Hochdruck-Sicherheitsventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der" Querschnitt des Hilfsauslasses (19) kleiner als die größte (bei voll geöffnetem Ventil) und größer als die kleinste (bei geschlossenem Ventil) Ouerschnittsfläche des Hauptausströmkanals (16) ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen