DE60109570T2 - Druckentlastungsvorrichtung - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine Druckablassvorrichtung mit den Merkmalen, wie sie in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben sind.
  • Es sind viele Typen von Systemen vorhanden, die ein unter Druck stehendes Fluid verarbeiten oder verwenden. Um die Sicherheit dieser Typen von Systemen sicherzustellen, umfasst jedes derartige System typischerweise eine Sicherheitsvorrichtung, die so ausgelegt ist, um den Überdruck des Systems zu verhindern. In einer Notfallsituation, in der das Fluid in dem System ein unsicheres Niveau erreicht, wirkt der hohe Druck des Fluids auf die Sicherheitsvorrichtung ein, um eine Öffnung hervorzurufen, um Fluid von dem System freizugeben. Ein Ablass von Fluid an die Umgebung oder in ein Sicherheitsreservoir über die Öffnung verringert den Druck in dem System und verhindert, dass ein anderer Bereich in dem System aufgrund des hohen Drucks des Fluids ausfällt.
  • Beispiele von herkömmlich verwendeten Sicherheitsvorrichtungen umfassen Bruchscheiben und Explosionsplatten. Diese Sicherheitsvorrichtungen können an einem unter Druck stehenden System befestigt werden, um einen bestimmten Bereich der Vorrichtung dem unter Druck stehenden Fluid in dem System auszusetzen. Der Bereich der Vorrichtung, der dem Fluid ausgesetzt ist, ist so aufgebaut, um zu brechen oder zu reißen, wenn das Fluid einen vorbestimmten Druck erreicht. Das Reißen oder Brechen der Scheibe oder der Platte erzeugt eine Öffnung, durch die das unter Druck stehende Fluid fließt, um den Druck in dem System zu verringern. Dieser Typ einer Sicherheitsvorrichtung ist deshalb selbstzerstörend und muss nach jeder Benutzung ersetzt werden. Typischerweise wird, um eine dieser Sicherheitsvorrichtungen zu ersetzen, eine bestimmte Zerlegung des Systems notwendig, so dass die Scheibe oder die Platte geeignet in das System eingebaut werden kann.
  • Ein anderer Typ einer Sicherheitsvorrichtung für ein unter Druck stehendes System ist ein Druckablassventil, das ein wieder verschließbares Ventil oder ein nicht wieder verschließbares Ventil sein kann. Typischerweise wird eine Feder, ein Stift oder eine Kombi nation einer Feder und eines Stifts dazu verwendet, einen sich bewegenden Stopfen in einem dichtenden Eingriff mit dem Gehäuse der Vorrichtung zu halten, während sie mit dem unter Druck gesetzten System verbunden ist. Wenn der Druck des Fluids das vorbestimmte Sicherheitsniveau in solchen Systemen erreicht, überwindet die Kraft, die auf den Stopfen durch das unter Druck stehende Fluid ausgeübt ist, die Vorspannung der Feder oder übersteigt den Widerstand des Stifts, der den Stopfen an Ort und Stelle hält. Wenn irgendeines dieser Ereignisse auftritt, bewegt das unter Druck stehende Fluid den Stopfen so, um eine Öffnung, durch die das Fluid entweichen kann, freizugeben, um den Druck in dem System abzulassen. Wieder verschließbare Ventile werden automatisch zurückgesetzt, wenn sich einmal das unter Druck stehende Fluid an dem Einlass der Vorrichtung ausreichend so in Bezug auf die Feder oder einen anderen Mechanismus verringert hat, um den Stopfen wieder in seinen Sitz zu bringen. Sich nicht wieder schließende Ventile erfordern, dass die Vorrichtung manuell so zurückgestellt wird, dass der Ventilstopfen wieder mit der Dichtung in Eingriff gebracht wird, und, falls notwendig, der Stift oder eine andere, verfahrbare Komponente ersetzt wird.
  • Ein Ventil, angeordnet in einem unter Druck stehenden System, wird oftmals eine starke Dichtung zwischen dem Gehäuse und dem Stopfen umfassen, um zu begrenzen, dass Fluid über das Ventil leckagemäßig austritt, oder um dies zu verhindern. Ein Typ einer Dichtung ist eine Breitbanddichtung (im Gegensatz zu einer Liniendichtung), wo ein wesentlicher Bereich der typischerweise flexiblen Dichtung in einen großen Bereich des Stopfens eingreift. Als eine Folge ist eine entsprechend große Kraft erforderlich, um die Dichtung aufzubrechen, und die Kraft, erforderlich, um die Dichtung aufzubrechen, tendiert dazu, sich zu erhöhen, je länger die Dichtung mit dem Stopfen in Eingriff verbleibt. Ein Ventil, das diesen Typ einer Dichtung verwendet, ist nicht gut für Niederdruckanwendungen angepasst, wo die Kraft des Fluids nicht geeignet sein kann, um die Dichtung aufzubrechen. Weiterhin erfordern diese Ventile eine große Kraft, um die Dichtung in ihrem Sitz zu halten, was der Genauigkeit des Sitzdrucks der Vorrichtung entgegensteht. Zusätzlich sind die Dichtungen dieser Ventile in Positionen angeordnet, die eine umfangreiche Zerlegung des Ventils erfordern, was ein Ersetzen der Dichtung schwierig gestaltet und die Genauigkeit der Vorrichtung beeinflussen kann.
  • Ein üblicher Typ eines Druckablassventils ist eine drehbare Ventilanordnung. Ein drehbares Ventil umfasst einen Stopfen, der an einer drehbaren Welle befestigt ist und zwischen einer geschlossenen Position, wo der Stopfen die Strömung des Fluids blockiert, und eine offene Position, wo der Stopfen ermöglicht, dass Fluid durch das Ventil fließt, gedreht werden kann. Die Drehung des Stopfens zu der offenen Position kann per Hand oder durch eine andere, externe Kraft eingeleitet werden. Alternativ kann der Stopfen an der Welle so befestigt werden, dass die Drehachse des Stopfens relativ zu der Mitte des Stopfens versetzt ist, so dass das unter Druck stehende Fluid ein Drehmoment auf die Welle ausübt und den Stopfen dazu bringt, sich zu drehen. Eine Vorrichtung kann mit der Welle verbunden sein, um zu verhindern, dass sich die Welle dreht, bis das Drehmoment an der Welle ein bestimmtes Niveau erreicht, was anzeigt, dass der Druck des Fluids eine Situation eines Überdrucks erreicht hat. An diesem Punkt wird die Welle freigegeben und der Stopfen dreht sich, um das Ventil zu öffnen und das System zu belüften.
  • Allerdings sind die Bauteile dieser Drehventil-Anordnungen spezifisch so ausgefegt, um ein Druckablassen für einen spezifischen Druck- oder schmale Druckbereiche zu erreichen. Um bei einem Bereich von eingestellten Drücken zu arbeiten, würde die Anordnung mit drehbarem Ventil eine Modifikation einiger oder aller Bauteile erfordern, um den Abstand, um den die Drehachse des Stopfens von der Mitte der Welle versetzt ist, zu variieren. Dies schränkt die Benutzung solcher Anordnungen auf dem betreffenden Gebiet ein und ruft Probleme bei den Herstellern von Ventilen hervor. Weiterhin erhöht die Unfähigkeit, Teile für breite Druckbereiche zu standardisieren, die Kosten einer Herstellung der Vorrichtungen.
  • Ein anderes Problem in Verbindung mit drehbaren Ventil-Anordnungen ist dasjenige, dass die Drehung des Stopfens nicht den Stopfen aus dem Fluid-Strömungsweg heraus bewegt, und demzufolge behindert der Stopfen die Strömung des ablaufenden Fluids. Die Aufgabe der Druckablassvorrichtung ist diejenige, schnell den Druck des Systems zu verringern, und eine wesentliche Blockierung der Fluidströmung ist unerwünscht. Ein Strömungswiderstandsfaktor (Kr) oder ein hohen Abgabekoeffizient ist erforderlich. Die derzeit bekannten Ventilanordnungen besitzen den Nachteil, dass sie die Fluidströmung in einer Situation einer Behebung eines Überdrucks behindern.
  • Die EP 0 829 665 A1 offenbart eine drehbare Ventilanordnung des vorstehend erwähnten Typs, der einen Befestigungsmechanismus zum drehbaren Befestigen eines Ventils in einem Gehäuse umfasst. Der Befestigungsmechanismus umfasst eine Welle, die ein Außenende besitzt, das sich durch das Gehäuse hindurch erstreckt. Ein Umwand lungsmechanismus wandelt einen Fluiddruck in dem Gehäuse in ein Drehmoment, ausgeübt auf die Welle, um. Ein Ablassmechanismus ist außerhalb des Gehäuses angeordnet, um eine Drehung der Welle und des Ventils dann zu verhindern, wenn das Drehmoment, ausgeübt auf die Welle, unterhalb einer ausgewählten Größe liegt. Ein Linearisierungs-Mechanismus wandelt die Kräfte, ausgeübt auf den Ablassmechanismus durch die Welle, in eine lineare Kraft um. Der Ablassmechanismus ermöglicht, dass sich die Welle dreht, wenn das Drehmoment, ausgeübt auf die Welle, und die lineare Kraft, ausgeübt auf den Ablassmechanismus, eine ausgewählte Größe übersteigt. Nachdem die lineare Kraft die ausgewählte Größe erreicht hat, hält eine Verriegelung den Linearisierungsmechanismus so, dass das Ventil frei zwischen seiner offenen und geschlossenen Position schwenkbar ist.
  • Unter Anbetracht des Vorstehenden ist ein Erfordernis nach einer Druckablassvorrichtung vorhanden, die (1) so kalibriert werden kann, um ein Druckablassen über einen weiteren Bereich von Drücken zu ermöglichen, unter Verwendung von Standardteilen, (2) einen großen Strömungspfad für Fluid, um es abzulassen, erzielt, (3) eine verbesserte Dichtung in sowohl seinem Arbeits-Design als auch zu Zwecken einer Ersetzung vor Ort besitzt, und (4) in Niederdrucksystemen ebenso wie in Hochdrucksystemen verwendet werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf eine Druckablassvorrichtung nach Anspruch 1 gerichtet.
  • Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auf eine Druckablassvorrichtung gerichtet, die eine oder mehrere der vorstehenden Einschränkungen und Nachteilen von Druckablassvorrichtungen nach dem Stand der Technik vermeidet. Die Vorteile und die Zwecke der Erfindung werden zum Teil in der Beschreibung, die folgt, angegeben, und werden teilweise aus der Beschreibung ersichtlich werden, oder können durch Umsetzen der Erfindung in die Praxis erlernt werden. Die Vorteile und Zwecke der Erfindung werden durch die Teile und die Kombinationen, die insbesondere in den beigefügten Ansprüchen angegeben sind, realisiert und erhalten.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen, die hier eingeschlossen sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, stellen eine Ausführungsform der Erfindung dar, und dienen, zu sammen mit der Beschreibung, dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen:
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Druckablassvorrichtung für ein unter Druck stehendes System gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung, einen Stopfen in einer geschlossenen Position darstellend;
  • 3 zeigt eine Teil-Querschnittsansicht des Ventils der 2, eine Welle und eine Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellend;
  • 4 zeigt eine Explosionsansicht eines Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 5 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den Eingriff eines Ventils und eines Verbindungs-Anordnungs-Gehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 6a zeigt eine perspektivische Ansicht einer Verbindungs-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 6b zeigt eine Explosionsdarstellung der Verbindungs-Anordnung der 6a;
  • 7 zeigt eine Querschnittsansicht eines Stifts, der einen geschwächten Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt;
  • 8 zeigt eine Querschnittsansicht eines schmelzbaren Stopfens gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 9 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ablassvorrichtung, umfassend einen sich wölbenden Stift und eine schmelzbare Legierung, gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • 10 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ablassvorrichtung, umfassend eine sich wölbende Scheibe, gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Es wird nun im Detail Bezug auf die derzeit bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genommen, wobei ein Beispiel davon in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Wenn immer es möglich ist, werden dieselben Bezugszeichen durch die Zeichnungen hinweg dazu verwendet, dieselben oder ähnliche Teile zu bezeichnen. Eine beispielhafte Ausführungsform einer Druckablassvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Druckablassvorrichtung für ein System geschaffen, das ein unter Druck stehendes Fluid enthält. Die Druckablassvorrichtung umfasst ein Ventil, das einen Ventilkörper besitzt, der einen Fluid-Durchgangsweg definiert. Der Körper ist mit dem unter Druck stehenden System in Eingriff bringbar, um das unter Druck stehende Fluid durch den Strömungsweg zu richten. Vorzugsweise umfasst der Körper einen Flansch, der eine Reihe von Schraubenlöchern entsprechend zu dem Standard-Schraubenmuster an einem Rohrflansch besitzt, um zu ermöglichen, dass der Körper leicht mit dem unter Druck stehenden System verbunden werden kann. Allerdings sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die Druckablassvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit dem unter Druck stehenden System in irgendeiner anderen Art und Weise, die leicht für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich ist, verbunden werden kann.
  • So, wie sie hier ausgeführt und in 1 dargestellt ist, umfasst eine Druckablassvorrichtung 20 ein Ventil 22, das einen Körper 23 besitzt. Der Körper 23 besitzt einen Flansch 36, der eine Reihe von Schraubenlöchern 24 enthält. Vorzugsweise sind die Schraubenlöcher 24 in dem Flansch 36 so positioniert, um mit dem Standard-ANSI-Schraubenmuster (oder einem anderen, standardisierten Schraubenmuster) für einen Rohrflansch mit einer ähnlichen, nominalen Größe übereinzustimmen. Schrauben oder andere Verbindungsvorrichtungen können dazu verwendet werden, den Flansch 36 mit einem entsprechenden Rohrflansch in Eingriff zu bringen, der mit einem unter Druck stehenden System verbunden ist (das nicht dargestellt ist). Die Struktur der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Verwendung des gesamten ANSI-Standard-Schraubenmusters, wenn das Ventil installiert wird, und ist deshalb gegenüber Anordnungen nach dem Stand der Technik bevorzugt, wo dies nicht praktikabel war (aufgrund der Größe des sich drehenden Mechanismus).
  • Wie in 2 dargestellt ist, umfasst der Körper 23 eine innere Fläche 98, die einen Flüssigkeitsweg 50 definiert, der einen Einlass 52 und einen Auslass 54 besitzt. Vorzugsweise besitzt die innere Oberfläche 98 des Körpers 23 eine sphärische oder gekrümmte Form. Wenn der Flansch 36 mit einem Rohrflansch eines unter Druck stehenden Systems in Eingriff gebracht ist, führt der Systemrohrflansch unter Druck stehendes Fluid in der Richtung, angegeben durch einen Pfeil 93, und in einen Körper 23 hinein, der das unter Druck stehende Fluid in einen Einlass 52 richtet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Ventil einen Schaft, drehbar befestigt an dem Körper, und einen Stopfen, angeordnet in dem Fluid-Durchgangsweg, umfassen. Der Stopfen ist an dem Schaft befestigt und ist zwischen einer geschlossenen Position, wo der Stopfen verhindert, dass unter Druck stehendes Fluid durch den Fluid-Durchgangsweg fließt, und einer offenen Position, wo dem unter Druck stehenden Fluid ermöglicht wird, durch den Fluid-Durchgangsweg zu fließen, drehbar. In der dargestellten Ausführungsform ist der Stopfen an dem Schaft in einer versetzten Art und Weise so montiert, dass dann, wenn sich der Stopfen in der geschlossenen Position befindet, das unter Druck stehende Fluid auf den Stopfen einwirkt, um ein Drehmoment auf den Schaft auszuüben, um den Stopfen von der geschlossenen Position zu der offenen Position zu drehen.
  • Wie in 2 dargestellt ist, ist ein Schaft 56 drehbar in dem Körper 23 befestigt. Der Schaft 56 umfasst ein äußeres Ende 58, das sich durch den Körper 23 hindurch erstreckt, und ein inneres Ende 59, das sich in den Stopfen hinein erstreckt. Wie in größerem Detail in 3 dargestellt ist, ist ein Lager, wie beispielsweise ein Rollenlager 74 oder eine Buchse, zwischen dem Schaft 56 und dem Körper 23 positioniert, um eine Drehung des Schafts innerhalb des Körpers 23 zu erleichtern.
  • Wie auch in 3 dargestellt ist, ist eine Dichtung 82 zwischen dem Schaft 56 und dem Körper 23 positioniert. Die Dichtung 82 verhindert, dass unter Druck stehendes Fluid aus dem Ventil zwischen Oberflächen des Schafts und des Körpers entweicht. Vorzugsweise ist, wie in 2 dargestellt ist, eine Buchse 86 in dem Körper 23 angeordnet. Der Innendurchmesser der Buchse 86 ist so dimensioniert, um eng dem äußeren Durchmesser des Schafts 56 zu entsprechen.
  • Wie wiederum 2 zeigt, ist eine zweite Welle 60 drehbar in dem Körper 23 gegenüberliegend des Schafts 56 befestigt. Wie bei dem Schaft 56 umfasst der Schaft 60 ein inneres Ende 88, das sich in den Fluid-Strömungspfad 50 hinein erstreckt, und ein Lager, wie beispielsweise ein Rollenlager 94 oder eine Buchse, ist zwischen dem Schaft 60 und dem Körper 23 positioniert, um eine Drehung des Schafts 60 innerhalb des Körpers 23 zu erleichtern.
  • Eine Dichtung 92 ist auch zwischen dem Schaft 60 und dem Körper 23 angeordnet. Die Dichtung 92 verhindert, dass unter Druck stehendes Fluid von dem Ventil zwischen den Oberflächen des Schafts 60 und des Körpers 23 entweicht. Vorzugsweise ist eine Buchse 90 in dem Körper 23 angeordnet. Der innere Durchmesser der Buchse 90 ist so dimensioniert, um eng dem äußeren Durchmesser des Schafts 60 zu entsprechen.
  • Eine Abdeckplatte 62 ist mit dem Körper 23 verbunden, um zu verhindern, dass der Schaft 60 in Bezug auf den Körper gleitet. Ein O-Ring ist zwischen der Abdeckplatte 62 und dem Körper 23 positioniert. Der O-Ring 96 erzeugt eine Dichtung zwischen dem Körper 23 und der Abdeckplatte 62, um irgendein Eindringen von Fremdmaterial zwischen der Welle und dem Lager zu verhindern.
  • Wie auch in 2 dargestellt ist, ist ein Stopfen 65 innerhalb des Fluid-Durchgangswegs 50 angeordnet. Vorzugsweise umfasst der Stopfen 65 gegenüberliegende Seiten mit einem inneren Durchgangsweg dazwischen. In einer bevorzugten Ausführungsfonn umfasst der Stopfen eine Einlassplatte 68 und eine Auslassplatte 66, die miteinander verbunden sind. Die Einlassplatte 68 umfasst einen äußeren Umfang 95 und die Auslassplatte 66 umfasst einen äußeren Umfang 97. Vorzugsweise besitzen die äußeren Umfänge 95 und 97 der Einlass- und Auslassplatten eine gekrümmte Querschnittsform, die allgemein mit der Kontur der inneren Oberfläche 98 des Körpers 23 übereinstimmt. Die vorliegende Erfindung sieht allerdings vor, dass die innere Oberfläche 98 des Körpers 23 eine gerade Bohrung an einer oder mehreren Seiten bilden kann. Zusätzlich kann der Stopfen alternative Konfigurationen haben, einschließlich eines Aufbaus einer einzelnen Platte oder eines Aufbaus einer Mehrfach-Platte.
  • Die Einlassplatte 68 umfasst auch einen zentralen Vorsprung 71 und die Auslassplatte 66 umfasst einen entsprechenden Vorsprung 70. Vorzugsweise ist, wie in 4 dargestellt ist, eine Reihe von Säulen 100 zwischen der Einlass- und der Auslassplatte positioniert. Die Säulen 100 greifen in entsprechende Öffnungen in der Einlassplatte und der Auslassplatte ein, um sicherzustellen, dass die Platten geeignet ausgerichtet sind. Zentrale Vorsprünge 70 und 71 richten sich so aus, um einen Querbalken zu bilden, der Fluid-Durchgangswege 72 definiert. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass die Einlass- und die Auslassplatte als ein einzelnes Teil gegossen werden können, das einen oder mehrere Fluid-Durchgangsweg(e) dazwischen definiert.
  • Wie in 2 dargestellt und zuvor diskutiert ist, ist der Stopfen 65 an Schäften 56 und 60 befestigt. Da die Schäfte 56 und 60 drehbar in dem Körper 23 moniert sind, ist der Stopfen 65 ähnlich in Bezug auf den Körper 23 drehbar. Der Stopfen 65 kann zwischen einer geschlossenen Position, wo sich der Stopfen im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Fluid-Strömung befindet, und einer offenen Position, wo sich der Stopfen im Wesentlichen parallel zu der Richtung der Fluid-Strömung befindet (wie dies durch einen Pfeil 93 in 2 und 4 angezeigt ist), gedreht werden.
  • Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass die beschriebene Druckablassvorrichtung als eine wieder verschließbare Druckablassvorrichtung und eine nicht wieder verschließbare Druckablassvorrichtung verwendet werden kann. In der nicht wieder verschließbaren Ausführungsform dreht sich der Stopfen 65 um ungefähr 90° bei seiner Bewegung von der geschlossenen Position zu der offenen Position. Dies versetzt die Einlass- und die Auslassplatte im Wesentlichen parallel zu der Richtung einer Fluid-Strömung (wie dies durch einen Pfeil 93 in den 2 und 4 angezeigt ist), um die höchste Fluid-Strömungsrate zu erreichen, um am effizientesten den Druck innerhalb des Systems zu verringern. In der sich wieder verschließenden Ausführungsform dreht sich der Stopfen 65 um ungefähr 85° bei seiner Bewegung von der geschlossenen Position zu der vollständig offenen Position. In dieser Position sind die Einlass- und die Auslassplatte so positioniert, dass das Fluid fortfährt, eine Kraft auf den Stopfen auszuüben. Wenn der Druck des Fluids, und die sich ergebende Kraft auf den Stopfen, unterhalb einer bestimmten Grenze abfällt, wird eine Feder oder ein anderer Mechanismus den Stopfen zurück zu der geschlossene Position drehen. Vorzugsweise ist der Stopfen 65 so ausgelegt, um sicherzustellen, dass der Strömungs-Widerstandsfaktor (Kr) des offenen Ventils geringer als ungefähr 6,0 ist.
  • Ein Positions-Indikator (nicht dargestellt) kann an dem Schaft 60 befestigt sein. Vorzugsweise erstreckt sich der Positions-Indikator entweder durch die Abdeckplatte 62 hindurch oder ist durch diese hindurch sichtbar. Die Stelle des Positions-Indikators wird anzeigen, ob sich der Stopfen in der offenen Position oder in der geschlossenen Position befindet.
  • Vorzugsweise besitzen, wie in 4 dargestellt ist, die inneren Enden 59 und 88 der Schäfte 56 und 60 jeweils eine quadratische Form und die Einlassplatte 68 und die Auslassplatte 66 umfassen jeweils ein Paar von Kerben 102, 104, 106 und 108 (siehe 2 und 4). Wenn die Einlassplatte 68 an der Auslassplatte 66 befestigt ist, verbinden sich die Kerben 102 und 104 so, um in das innere Ende 59 der Welle 56 einzugreifen, und die Kerben 106 und 108 verbinden sich so, um in das innere Ende 88 der Welle 60 einzugreifen.
  • Die Drehachse des Stopfens 65 wird durch die Lage der Kerben 102, 104, 106 und 108 bestimmt. Vorzugsweise sind diese Kerben so angeordnet, dass die Drehachse des Stopfens 65 von der Mittellinie des Stopfens verschoben ist. Diese versetzte Befestigung des Stopfens führt dazu, dass ein größerer Bereich der Einlassplatte 68 an einer Seite der Drehachse als an der anderen Seite der Drehachse angeordnet ist.
  • Die Kraft, ausgeübt auf die Einlassplatte durch das unter Druck stehende Fluid, ist gleich zu dem Druck des Fluids mal dem Flächenbereich der Platte. Da ein größerer Flächenbereich der Platte an einer Seite der Drehachse positioniert ist, wird die sich ergebende Kraft des unter Druck gesetzten Fluids einen Momentenarm um die Drehachse herum erzeugen, der dahingehend wirkt, den Stopfen 65 in der Richtung, angezeigt durch den Pfeil 91 (siehe 4), zu drehen, um ein Drehmoment auf die Wellen 56 und 60 auszuüben. Demzufolge wird der Betrag einer Verschiebung der Drehachse des Stopfens von der Mittellinie des Stopfens und der Druck des Fluids die Größe eines Drehmoments, ausgeübt auf die Welle bzw. den Schaft, bestimmen. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass die Wellen 56 und 60 in dem Gehäuse 23 angeordnet werden können, um die Drehachse des Stopfens an irgendeiner Stelle von der Mittellinie des Stopfens (0% Versetzung) zu dem Umfang des Stopfens (100% Versetzung) zu positionieren.
  • Wie in 4 dargestellt ist, ist eine Spindel 140, die eine Keilwelle 142 besitzt, mit dem äußeren Ende 58 der Welle 56 in Eingriff bringbar. Das äußere Ende 58 der Welle 56 umfasst eine Reihe von Kerben und Stegen, und die Spindel 150 umfasst komplementäre Öffnungen, angeordnet so, um die Kerben und Nuten des äußeren Endes aufzunehmen. Die Kerben und Nuten stellen sicher, dass die Welle 56 und die Spindel 150 fest so gekoppelt sind, dass irgendeine Drehung der Welle 56 zu einer entsprechenden Drehung einer Spindel 140 umgesetzt wird.
  • Die Spindel 140 ist drehbar innerhalb eines Spindelgehäuses 150 montiert, das mit dem Körper 23 in Eingriff bringbar ist. Wenn das Spindelgehäuse 150 an dem Körper 23 befestigt ist, erstreckt sich die Keilwelle 152 außerhalb des Spindelgehäuses 150. Zusätzlich verhindert ein Eingriff des Spindelgehäuses 150 mit dem Körper 23, dass die Spindel 140 außer Eingriff von dem äußeren Ende 58 der Welle 56 gelangt. Ein Paar Lager 144, die durch ein Abstandsteil 146 getrennt sind, trägt die Spindel 140 und ermöglicht, dass die Spindel einfach mit dem Spindelgehäuse 150 gedreht wird. Vorzugsweise ist ein O-Ring 148 zwischen dem Spindelgehäuse 150 und dem Körper 23 platziert, um ein Eindringen von Fremdkörpern zwischen der Welle 56 und den Lagern 144 zu verhindern.
  • Vorzugsweise umfasst die Keilwelle 142 auch einen Antrieb 143. Vorzugsweise ist der Antrieb 143 sechseckig, so dass ein Standard-Schlüssel oder eine Standard-Fassung mit dem Antrieb 143 in Eingriff gebracht werden kann, um die Spindel 140, und demzufolge die Welle 56 und den Stopfen 65, zu drehen. In dieser Art und Weise kann der Stopfen 65 manuell von der offenen Position zu der geschlossenen Position gedreht werden, um die Druckablassvorrichtung zurückzustellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Dichtung in dem Körper angeordnet. Die Dichtung ist so aufgebaut, um eine Liniendichtung, in Eingriff bringbar mit einem Bereich des äußeren Umfangs des Stopfens, zu erzielen, um zu verhindern, dass das unter Druck gesetzte Fluid zwischen dem Stopfen und dem Körper fließt. Vorzugsweise greift die Dichtung in den Stopfen zwischen ungefähr 1,5° und 5° einer Drehung des Stopfens zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position ein. Die Verwendung einer Liniendichtung mit einer kugeligen oder sphärischen Oberfläche führt zu einem Ventil mit geringem Drehmoment, das leichter geöffnet oder wieder verschlossen wird. Als solches ist das Ventil in Niederdruckanwendungen nützlich. Dies ist insbesondere der Fall in Verbindung mit einem Hohlstopfen, der die Masse reduziert, die zwischen der offenen und geschlossenen Position bewegt werden muss.
  • Wie in 3 dargestellt ist, ist eine Dichtung 84 in dem Körper 23 angeordnet. Die Dichtung 84 erstreckt sich um den Umfang der inneren Oberfläche 98 des Körpers 23 herum. Vorzugsweise ist die Dichtung 84 aus einem weichen, elastischen Material, wie beispielsweise VITON, hergestellt.
  • In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Dichtung 84 zwei Vorsprünge 120 und 122, die sich divergierend von dem Körper 23 aus erstrecken, und sind so aufgebaut, um in einen Bereich des äußeren Umfangs der Einlassplatte 68 um den gesamten Umfang der Einlassplatte herum einzugreifen. Die vorliegende Erfindung sieht allerdings vor, dass die Dichtung angrenzend an die Auslassplatte so positioniert werden kann, dass Vorsprünge 120 und 122 in einen Bereich des äußeren Umfangs der Auslassplatte 66 eingreifen. Alternativ können zwei Dichtungen in dem Körper 23 angeordnet werden, eine so aufgebaut, um eine Dichtung mit der Einlassplatte zu bilden, und die andere so aufgebaut, um eine Dichtung mit der Auslassplatte zu bilden.
  • Der Vorsprung 120 erstreckt sich von dem Körper 23 zu dem äußeren Umfang 95 der Einlassplatte 68 und ist zu dem Gehäuseeinlass 52 hin angewinkelt. Da der äußere Umfang 95 der Einlassplatte 68 gekrümmt ist, wird ein Vorsprung 120 in Kontakt mit dem äußeren Umfang verbleiben und die Dichtung beibehalten, bis sich der Stopfen 95 durch den ersten Bereich einer Drehung von der geschlossenen Position zu der offenen Position dreht. Vorzugsweise verbleibt der Vorsprung 120 in Kontakt mit dem äußeren Umfang der Einlassplatte zwischen ungefähr 1,5° und 5° einer Drehung des Stopfens.
  • Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, ist ein ersetzbarer Sitz 99 vorzugsweise an der äußeren Kante der Einlassplatte 68 angeordnet. Der Sitz 99 kann aus Metall, vorzugsweise aus demselben Material wie die Einlassplatte 68, aufgebaut sein, oder der Sitz 99 kann ein weicher Sitz sein, vorzugsweise aufgebaut aus demselben Material wie die Dichtung 84. Es ist vorgesehen, dass der äußere Umfang 95 des ersetzbaren Sitzes 99 eine Beschichtung, wie beispielsweise TEFLON, umfassen kann, um die Reibung zwischen der Dichtung und dem Stopfen zu verringern und zu ermöglichen, dass sich der Stopfen freier in Niederdruckanwendungen öffnen kann.
  • Wie diskutiert ist, ermöglicht die gekrümmte Oberfläche des äußeren Umfangs 95 der Einlassplatte 68, dass die Dichtung leicht mit Energie beaufschlagt werden kann und einen Eingriff mit niedrigem Drehmoment des Vorsprungs 120 mit der Einlassplatte 68 ermöglicht. Der Winkel des Vorsprungs 120 ermöglicht auch, dass das unter Druck stehende Fluid von der Einlassseite der Vorrichtung aus den Vorsprung 120 berührt und eine Kraft ausübt, um die Wirkungsweise der Dichtung zu erhöhen.
  • Zusätzlich ermöglichen die Niederenergiedichtung und das einfache Offset-Design des Stopfens, dass das Ventil mit dem unter Druck stehenden System in einer Orientierung verbunden werden kann, die ermöglicht, dass die Schwerkraft auf den Stopfen einwirkt, um das Ventil wieder zu verschließen, nachdem der Druck in dem System abgelassen worden ist. Alternativ kann das Ventil durch die Schwerkraft ausbalanciert sein, so dass die Ventilvorrichtung in irgendeiner Orientierung installiert werden kann, wie beispielsweise horizontal, vertikal, oder schräg, und das Gewicht der Vorrichtung wird nicht den Einstelldruck beeinflussen.
  • Der Dichtungs-Vorsprung 122 erstreckt sich von dem Körper 23 zu dem äußeren Umfang 95 der Einlassplatte 68 und ist zu dem Körperauslass 54 hin angewinkelt. Der Vorsprung 122 wird den Druck zurückhalten, wie ein solcher, der durch ein Vakuum von der Einlassseite 52 aus erzeugt werden würde, oder einen Fluiddruck an der Auslassseite 54. Alternativ kann eine separate Dichtung in dem Körper 23 angeordnet werden, und so aufgebaut werden, um in die Auslassplatte 66 einzugreifen, um den Druck zurückzuhalten.
  • Wie in 4 dargestellt ist, ist ein Rückhaltering 64 mit dem Körper 25 in Eingriff bringbar, um die Dichtung 84 an Ort und Stelle zu halten. Vorzugsweise sind der Körper 23 und der Rückhaltering 64 so aufgebaut, dass der Rückhaltering 64 mit dem Körper 23 mit einer Presspassung in Eingriff gebracht werden kann. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass der Rückhaltering mit dem Körper durch andere Verfahren, wie, zum Beispiel, entsprechende Gewinde an dem Rückhaltering und dem Körper, in Eingriff gebracht werden kann.
  • Wie in 3 dargestellt ist, umfasst der Rückhaltering 64 eine Kerbe 130, die im Wesentlichen von derselben Form wie die Dichtung 84 ist. Die passenden Flächen des Rückhalterings 64 und des Körpers 23 sind so ausgelegt, um sicherzustellen, dass der Rückhaltering 64 den Körper 23 berührt, bevor der Rückhaltering die Dichtung 84 zu stark komprimiert. Zusätzlich kann ein O-Ring 124 zwischen dem Rückhaltering 64 und dem Körper 23 angeordnet sein, um irgendeine nicht erwünschte Leckage von Fluid von dem Ventil zu verhindern, und um den Körper und den Rückhaltering zusammenzuhalten.
  • In der dargestellten Ausführungsform greift der Rückhaltering in die Einlassseite des Ventilkörpers ein. Dieser Aufbau ist bevorzugt, da er ein einfaches Ersetzen der Dichtung ermöglicht. Um die Dichtung zu ersetzen, wird das Ventil nur soweit notwendig auseinander montiert, um einen Zugang zu dem Rückhaltering zu erreichen. Der Rückhaltering wird dann von dem Körper entfernt, während die Stopfen- und die Schaftanordnung intakt gelassen werden. Ein Entfernen des Rückhalterings legt die Dichtung frei und ermöglicht, dass die benutzte Dichtung gegen eine neue Dichtung ersetzt werden kann. Während dies die bevorzugte Ausführungsform des Rückhalterings ist, ist vorgesehen, dass der Rückhaltering in die Auslassseite des Körpers eingreifen könnte, um die Dichtung an Ort und Stelle zu halten.
  • Wie in 2 dargestellt ist, umfasst der Rückhaltering 64 vorzugsweise eine Nut 126 in seiner äußeren Kante. Der Körper 23 umfasst Schraubenlöcher 128, aufgebaut so, um sich zu der Nut 126 auszurichten, wenn der Rückhaltering 64 vollständig in den Körper 23 eingesetzt ist. Schrauben 63 (siehe 4) greifen in Schraubenlöcher 128 ein und erstrecken sich in die Nut 126 hinein. Der Eingriff der Schrauben 63 mit der Nut 126 verhindert, dass der Rückhaltering 64 irgendeine seitliche Bewegung während des Betriebs des Ventils vornimmt, wodurch sichergestellt wird, dass die Dichtung mit der Einlassplatte in Eingriff verbleiben wird.
  • Zusätzlich ermöglichen diese Schrauben, dass der Hauptstopfen versiegelt wird, und zwar mit einem Draht oder einem anderen Verschluss, entsprechend zu ASME-Praktiken. Die anwendbaren ASME-Code-Abschnitte erfordern, dass einen abbaubaren Druck enthaltende Teile mit einem Verschluss versiegelt werden, vorzugsweise mit Blei, um einen Beweis einer Manipulierung oder einer Veränderung gegenüber dem „eingebauten" Zustand zu erhalten. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass eine solche Bleiversiegelung an diesen Schrauben angeordnet werden kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verbindungs-Anordnung vorgesehen. Die Verbindungs-Anordnung ist mit dem äußeren Ende des Schafts in Eingriff bringbar, um das Drehmoment, ausgeübt auf den Schaft, in eine Ausgangskraft zu überführen. Die vorliegende Erfindung sieht viele Verbindungs-Anordnungen von vielen, unterschiedlichen Aufbauten vor. Vorzugsweise ist die Verbindungs-Anordnung während einer Einstelldruck-Kalibrierung der Vorrichtung einstellbar, um die Größe der Ausgangskraft, die einem bestimmten Schaftdrehmoment entspricht, zu variieren. Wie in 5 dargestellt ist, ist eine Verbindungs-Anordnung (bezeichnet allgemein mit 26), die ein Gehäuse 27 besitzt, mit einem Ventil 22 in Eingriff bringbar. Ein Spindelgehäuse 150 umfasst einen Flansch 154, der eine Reihe von Schraubenlöchern 156 besitzt, die so positioniert sind, um in entsprechende Schraubenlöcher 158 an dem Gehäuse 27 einzugreifen. Vorzugsweise umfasst der Flansch 154 eine Reihe von Schraubenlöchern so, dass das Gehäuse der Verbindungs-Anordnung mit dem Ventil in mehreren, unterschiedlichen Orientierungen verbunden werden kann. Die Orientierung des Gehäuses der Verbindungs-Anordnung in Bezug auf das Ventil kann in Abhängigkeit von dem verfügbaren Raum des unter Druck stehenden Systems variiert werden. Zusätzlich kann das Verbindungs-Anordnungs-Gehäuse so orientiert sein, um einen einfachen Zugang zu dem Gehäuse zu ermöglichen, um das Ventil zurückzusetzen. Vorzugsweise sind die Schrauben, die das Ventil 22 mit der Verbindungs-Anordnung 26 verbinden, so aufgebaut, um eine Versiegelung, mit einem Draht oder mit einem anderen Verschluss, entsprechend zu ASME-Praktiken, zu ermöglichen, um einen Beweis einer Manipulierung oder einer Veränderung gegenüber dem „eingebauten" Zustand zu erhalten.
  • Wie in den 6a und 6b dargestellt ist, umfasst die Verbindungs-Anordnung 26 einen Eingangsarm 160. Der Eingangsarm 160 besitzt eine Öffnung 170, die so aufgebaut ist, um eine Keilwelle 142 (siehe 4 und 5) aufzunehmen. Die Keilwellen-Verbindung zwischen der Spindel 140 und dem Eingangsarm 160 ermöglicht, dass das Verbindungs-Anordnungs-Gehäuse unter einer Vielzahl von Winkeln in Bezug auf das Ventil orientiert werden kann, während eine feste Verbindung zwischen der Keilwelle 142 und der Öffnung 170 beibehalten wird, so dass irgendeine Drehbewegung oder ein Drehmoment der Spindel 140 direkt auf den Eingangsarm 160 übertragen wird.
  • Der Eingangsarm 160 ist mit einem Trigger 172 verbunden. Wie in 6b dargestellt ist, umfasst der Eingangsarm 160 eine Säule 202, die drehbar eine Rolle 204 befestigt. Die Rolle 204 greift in ein Ende 173 des Triggers 172 ein. Die Verbindung zwischen der Rolle 204 und dem Triggerende 173 überträgt irgendein Drehmoment, aufgebracht auf den Eingangsarm, in eine im Wesentlichen lineare Kraft auf den Trigger 172.
  • Der Trigger 172 berührt einen Hebelarm 178. Der Hebelarm 178 umfasst ein erstes Ende 177 und ein zweites Ende 179. Wie in 6b dargestellt ist, umfasst der Trigger 172 eine Säule 208, die eine Rolle 212 befestigt. Die Rolle 212 berührt ein erstes Ende 177 des Hebelarms, um die Kraft, ausgeübt auf den Trigger, durch den Eingangsarm gegen Hebelarm, zu übertragen.
  • Wie dargestellt ist, ist ein Fulkrum bzw. Drehpunkt 174 angrenzend an dem Körper des Hebelarms 178 angeordnet. Der Drehpunkt 174 umfasst ein Gehäuse 175 und einen Einstellblock 176. Der Einstellblock 176 umfasst eine Säule 222, die schwenkbar ein Rollenlager 224 verbindet. Die Oberfläche des Rollenlagers 224 berührt den Körper des Hebelarms 178 und bildet einen Tragepunkt, um den sich der Hebelarm dreht.
  • Demzufolge überträgt, wenn das unter Druck stehende Fluid ein Drehmoment auf den Schaft 56 ausübt, der Schaft das Drehmoment auf den Eingangsarm 160, der eine entsprechende Kraft auf den Trigger 172 ausübt. Der Trigger 172 überträgt die Kraft auf ein erstes Ende 177 des Hebelarms 178. Der Hebelarm 178 dreht sich um den Drehpunkt 174 so, um eine Ausgangskraft, die durch das zweite Ende 179 des Hebelarms 178 wirkt, zu erzeugen. Auf diese Art und Weise wird das Drehmoment, ausgeübt auf den Schaft, in eine Ausgangskraft übertragen.
  • Vorzugsweise ist die Verbindungs-Anordnung 26 während einer Einstellungs-Kalibrierung der Vorrichtung einstellbar, so dass die Größe der Ausgangskraft, erzeugt durch ein bestimmtes Drehmoment, einfach variiert werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Drehpunkt 174 in Bezug auf den Hebelarm 178 bewegbar, um die Größe der Kraft, ausgeübt auf die Ablassvorrichtung 181, zu steuern. Noch bevorzugter dient die Verbindungs-Anordnung für große oder kleine Einstellungen der Drehpunkt-Stelle.
  • Große Einstellungen in Bezug auf die Drehpunkt-Stelle werden durch Einstellungen der Stelle des Drehpunkt-Gehäuses in Bezug auf die Grundplatte vorgenommen. Wie in den 6a und 6b dargestellt ist, ist das Drehpunkt-Gehäuse 175 mit einer Basisplatte 192 mit Säulen 226 verbunden. Die Basisplatte 192 umfasst eine Reihe von Positionierungslöchern 185. Das Drehpunkt-Gehäuse 175 kann relativ zu dem Hebelarm 178 bewegt werden, indem die Säulen 226 mit unterschiedlichen Sätzen von Positionierungslöchern 185 in Eingriff gebracht werden. In der bevorzugten Ausführungsform ergeben die Positionierungslöcher 185 vier unterschiedliche Positionen des Drehpunkt-Gehäuses 175. Die Zahl und die Stellen solcher Positionierungslöcher können variieren, um die erwünschte Einstellbarkeit des Systems zu erreichen.
  • Vorzugsweise werden, wenn einmal das Drehpunkt-Gehäuse 175 mit dem geeigneten Satz von Positionierungslöchern 185 positioniert ist, um die geeignete Größe einer Kraft basierend auf dem erwünschten Ablassdruck zu erzeugen, die verbleibenden Positionierungslöcher 185 verstopft, um zu verhindern, dass ein Benutzer große Einstellungen in Bezug auf die Lage des Drehpunkt-Gehäuses vornimmt. Alternativ kann die Basisplatte 192 mit nur einem Satz von Positionierungslöchern gefertigt werden, um eine Lage des Drehpunkt-Gehäuses zu erreichen, die die geeignete Größe einer Kraft erzeugen wird.
  • Kleine Einstellungen in Bezug auf das Drehpunkt-Gehäuse können durch Einstellen der Lage des Einstellblocks innerhalb des Drehpunkt-Gehäuses vorgenommen werden. Wie in den 6a und 6b dargestellt ist, befestigt das Drehpunkt-Gehäuse 175 ein Paar von Schrauben 186, die den Einstellblock 176 in Bezug auf das Drehpunkt-Gehäuse fixieren. Die Einstellschrauben 186 bewegen den Einstellblock 176 und das Lager 224 relativ zu dem Hebelarm 178. Da sich das Lager 224 in Bezug auf das Gehäuse 175 drehen kann, kann der Einstellblock 176 einfach relativ zu dem Hebelarm 178 ohne Lösen des Hebelarms von dem Rollenlager bewegt werden.
  • Demzufolge können, in der bevorzugten Ausführungsform, große Einstellungen in Bezug auf die Lage des Lagers 224 durch Einstellen der Position des Drehpunkt- Gehäuses 175 relativ zu der Basisplatte 192 vorgenommen werden und kleine Einstellungen können durch Einstellen der Lage des Einstellblocks 176 relativ zu dem Drehpunkt-Gehäuse 175 vorgenommen werden. Ein Bewegen des Lagers 224 näher zu dem ersten Ende 177 des Hebelarms 178 hin wird die Größe der Ausgangskraft verringern, während ein Bewegen des Lagers näher zu dem zweiten Ende 179 des Hebelarms 178 hin die Größe der Ausgangskraft erhöhen wird.
  • Vorzugsweise umfasst das Gehäuse 175 Verriegelungsstifte 183. Nachdem der Drehpunkt geeignet positioniert worden ist, um die erwünschte Ausgangskraft, basierend auf dem Eingangs-Drehmoment der Welle, zu erzeugen, können die Verriegelungsstifte 183 mit Schrauben 186 und/oder der Basisplatte 192 in Eingriff gebracht werden, um irgendeine weitere Einstellung des Solldrucks zu verhindern. Dies wird ein Manipulieren der Einheit, um den Solldruck des Ventils zu verändern, verhindern.
  • Die vorliegende Erfindung sieht auch vor, dass eine Feder, wie beispielsweise eine Torsionsfeder (nicht dargestellt), mit der Welle verbunden werden kann. Die Torsionsfeder kann so aufgebaut sein, um die Kraft, ausgeübt durch den Eingangsarm, entweder zu erhöhen oder zu verringern. Zum Beispiel kann die Torsionsfeder so orientiert werden, um eine „Vorbelastungs"-Kraft auf die Welle auszuüben, d. h. zu dem Drehmoment, ausgeübt auf die Welle durch das unter Druck stehende Fluid, hinzuzufügen. Ein Vorsehen der Feder wird dadurch den Fluiddruck, notwendig, um die Ausgangskraft, notwendig, um die Ablassvorrichtung zu triggern und das Ventil zu öffnen, verringern. Wenn einmal die Ablassvorrichtung getriggert ist bzw. anspricht, wird die Kraft der Feder auch dahingehend wirken, zu helfen, den Stopfen zu der offenen Position zu drehen. Alternativ kann die Feder so orientiert werden, um dem Drehmoment an der Welle entgegenzuwirken. Ein Einsetzen der entgegenwirkenden Feder wird den Fluiddruck, notwendig, um die erforderliche Ausgangskraft zu erzeugen, erhöhen, da der Widerstand der Feder zu dem Widerstand der Ablassvorrichtung beiträgt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Ablassvorrichtung, oder eine Aktivierungs-Komponente, mit der Verbindungs-Anordnung verbunden. Die Ablassvorrichtung verhindert, dass sich die Welle dreht, bis die Ausgangskraft eine vorbestimmte Grenze übersteigt. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Ablassvorrichtung einen Stift, der einer Druckkraft unterworfen wird, und der sich entsprechend dem Euler'schen Gesetz wölbt, wenn die Ausgangskraft die vorbestimmte Grenze erreicht. Eine solche Vorrichtung wird typischerweise als eine „Buckling Pin Non Reclosing Pressure Relief Device" bezeichnet. Die vorliegende Erfindung sieht allerdings vor, dass die Ablassvorrichtung eine Feder, einen Magnet, eine Berstscheibe, oder irgendeine andere Vorrichtung umfassen kann, die verhindern wird, dass sich die Welle dreht, bis die Ausgangskraft eine vorbestimmte Grenze erreicht. Weiterhin erzeugt, wie dargestellt ist, die Verbindungs-Anordnung der dargestellten Ausführungsform eine Ausgangsdruckkraft, obwohl vorgesehen ist, dass die Verbindungs-Anordnung eine Zugkraft oder eine Scherausgangskraft erzeugen kann.
  • Wie in den 6a und 6b dargestellt ist, ist eine Ablassvorrichtung 181 mit der Verbindungs-Anordnung 26 verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ablassvorrichtung 181 einen sich wölbenden Stift 182, der innerhalb eines Stiftgehäuses 180 durch eine Gewindeschraube 188 und einen Stifthalter 236 gehalten ist. Vorzugsweise stellt ein Paar von Buchsen 234 sicher, dass der Stifthalter 236 und der sich wölbende Stift 182 in Ausrichtung zueinander in dem Stiftgehäuse 180 verbleiben. Die Gewindeschraube 188 greift in das gegenüberliegende Ende des sich wölbenden Stifts 182 ein.
  • Die Ablassvorrichtung 181 ist betriebsmäßig mit einem zweiten Ende 179 des Hebelarms 178 verbunden. Wie in 6b dargestellt ist, umfasst das zweite Ende 179 des Hebelarms 178 eine Säule 216, die ein Rollenlager 214 trägt. Das Rollenlager 214 berührt den Stifthalter 236. Diese betriebsmäßige Verbindung überträgt die Ausgangskraft, ausgeübt durch das zweite Ende 179 des Hebelarms 178, auf den Stifthalter 236.
  • Der sich wölbende Stift 182 ist so aufgebaut, um einer vorbestimmten Kraft standzuhalten. Wenn die Ausgangskraft die vorbestimmte Kraft übersteigt, wird sich das Material des sich wölbenden Stifts deformieren, oder wölben. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass die Kraft, unter der sich der Stift deformieren wird, in einer Anzahl von Arten und Weisen kontrolliert werden kann, einschließlich, allerdings nicht eingeschränkt darauf, Vorsehen von Stiften, die unterschiedliche Größen und Materialien haben, und Vorsehen eines geschwächten Bereichs an dem Stift. Wie in 7 dargestellt ist, kann ein Stift 182 einen geschwächten Bereich, wie beispielsweise eine Kerbe 250, umfassen. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass der geschwächte Bereich in den Stift durch lokales Anritzen, eine Wärmebehandlung, Ätzen oder eine Vordehnung mindestens eines Bereichs des Stifts erreicht werden kann.
  • Die Ablassvorrichtung kann einen Magneten, z. B. einen Elektromagneten oder einen Permanentmagneten, umfassen, der verhindert, dass sich die Welle dreht, bis die Ausgangskraft das vorbestimmte Niveau erreicht. Der Magnet kann in der Ablassvorrichtung angeordnet sein, um zu verhindern, dass sich die Welle dreht, mit entweder einer magnetischen Anziehung oder einer magnetischen Abstoßung. Es sollte angeführt werden, dass die Einstellbarkeit des Ventils der vorliegenden Erfindung ein Design mit einem niedrigen Drehmoment/einer niedrigen Kraft ermöglichen wird, die besonders nützlich bei der Benutzung von einer magnetischen Ablassvorrichtung ist.
  • Diese Ablassvorrichtung kann auch einen Federmechanismus zum Öffnen und/oder Schließen des Ventils umfassen. Der Federmechanismus kann eine Zug-, Druck-, Torsions-, Scheiben-, Elastomer- oder Speichermetall-Feder umfassen. Die vorliegende Erfindung sieht auch vor, dass die Ablassvorrichtung eine Kombination eines Stifts, eines Magnets oder einer Feder sein kann.
  • Zusätzlich kann die Ablassvorrichtung eine Berstscheibe oder eine ähnliche Struktur umfassen, die so aufgebaut ist, um sich zu deformieren, zu brechen bzw. zu bersten oder die Form zu ändern, wenn eine vorbestimmte Kraft darauf ausgeübt wird. Wie in 10 dargestellt ist, umfasst eine Berstscheibe 270 eine domförmige Struktur, die eine konkave Seite 272 und eine konvexe Seite 274 umfasst. Ein Stab 276 ist zwischen dem zweiten Ende 179 des Hebelarms 178 und einer konvexen Seite 274 der Berstscheibe 270 angeordnet. Der Stab 270 überträgt die Kraft des Hebelarms auf die Berstscheibe. Die Größe, die Form und das Material der domförmigen Struktur sind so ausgelegt, dass die Berstscheibe einer vorbestimmten Kraft standhalten wird. Wenn die Kraft, ausgeübt durch den Hebelarm, die vorbestimmte Kraft übersteigt, wird sich die domförmige Struktur wölben und dem Hebelarm ermöglichen, sich zu bewegen, um dadurch die Welle freizugeben. Während die dargestellte Ausführungsform eine sich umgekehrt wölbende Berstscheibe zeigt, sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die Berstscheibe auch eine Spannungs belastete Scheibe sein kann, wo der Stab 276 die konkave Seite 272 berührt. Zusätzlich sieht sie vor, dass die Berstscheibe eine flache Membran, aufgebaut aus einem Material, wie beispielsweise Kohlenstoffgraphit, sein kann.
  • Es ist vorgesehen, dass die Ablassvorrichtung einen Befehlfreigabe-Mechanismus umfassen kann, der ermöglichen wird, das Ventil zu öffnen, ungeachtet des Fluiddrucks. Vorzugsweise ist der Befehlfreigabe-Mechanismus ein auf einen Solenoid basierender oder ein auf Pyrotechnik basierender Aktuator, der den Stift, auf einen Befehl hin, deformiert, um die Ablassvorrichtung zu triggern bzw. auszulösen. Alternativ kann der Befehlfreigabe-Mechanismus eine Vorrichtung sein, die sicherstellt, dass eine Ausgangskraft, ausreichend, um den Ablass-Mechanismus auszulösen, erzeugt wird, wie beispielsweise ein Aktuator, der auf den Hebelarm oder den Schaft einwirkt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Ablassvorrichtung eine schmelzbare Legierung umfassen, die sich verflüssigt, wenn sie Wärme ausgesetzt wird. Ein Einsetzen der schmelzbaren Legierung in der Ablassvorrichtung wird sicherstellen, dass sich das Ventil öffnet, wenn ein Feuer oder eine andere Notfallsituation in der Nähe des Ventils auftritt. Zusätzlich kann die schmelzbare Legierung angrenzend an eine steuerbare Wärmequelle angeordnet werden, so dass ein Bediener die Legierung erwärmen kann, um das Ventil, bei Bedarf, zu öffnen, sollte sich eine Notfallsituation irgendwo in dem unter Druck stehenden System entwickeln. Demzufolge sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die schmelzbare Legierung in die Ablassvorrichtung integriert werden kann, um zu bewirken, dass sich das Ventil in Abhängigkeit von Wärme, erzeugt durch das Heizelement (auf Befehl), in Abhängigkeit von Wärme, erzeugt durch eine Notfallsituation, in Abhängigkeit einer Überdrucksituation, oder aufgrund von irgendeiner Kombination davon, öffnet.
  • Die schmelzbare Legierung kann als ein Teil des Stifts oder als ein Teil des Stifthalters vorhanden sein, so dass die Aussetzung gegenüber Wärme die schmelzbare Legierung verflüssigen wird und bewirken wird, dass sich der Stift deformiert, oder ermöglichen wird, dass sich der Stift bewegt, um dadurch den Hebelarm freizugeben, und um zuzulassen, dass sich der Stopfen öffnet. Vorzugsweise ist die schmelzbare Legierung eutektisch, um einen einzelnen Temperatursollpunkt vorzusehen, an dem das Ventil ablassen wird, obwohl die vorliegende Erfindung vorsieht, dass nicht eutektische, schmelzbare Legierungen auch verwendet werden können.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Ablassvorrichtung einen schmelzbaren Stopfen 258, wie dies in 8 dargestellt ist. Der schmelzbare Stopfen 258 umfasst ein Gehäuse 262, das eine Öffnung 263 besitzt, die eine schmelzbare Legierung 266 umfasst. Eine Trageplatte 268, die eine Reihe von Perforationen 269 umfasst, ist an einer Seite der schmelzbaren Legierung 266 angeordnet. Die Trageplatte 268 kann integral mit dem Gehäuse 262 oder als ein getrenntes Teil, das zu dem Gehäuse 262 passt, vorliegen.
  • Die Ablassvorrichtung umfasst auch einen Kolben 264, der betriebsmäßig mit einem zweiten Ende 179 des Hebelarms 178 (siehe 6a und 6b) verbunden ist. Der Kolben 264 greift in die schmelzbare Legierung 266 ein, was verhindert, dass sich der Kolben 264, und demzufolge der Hebelarm 178, bewegt. Wenn die Temperatur des Gehäuses ein bestimmtes Niveau erreicht, verflüssigt sich die schmelzbare Legierung 266. Die verflüssigte, schmelzbare Legierung 266 fließt durch die Perforation 269 oder um den äußeren Durchmesser 265 des Kolbens 264 herum, um dadurch zu ermöglichen, dass sich der Kolben 264 bewegt. Eine Bewegung des Kolbens ermöglicht, dass sich der Hebelarm bewegt und schließlich den Schaft freigibt, um dem Stopfen zu ermöglichen, sich zu der offenen Position zu drehen. Auf diese Art und Weise kann das Ventil dann geöffnet werden, wenn die Temperatur ein vorbestimmtes Niveau erreicht.
  • Die vorliegende Erfindung sieht auch vor, dass eine Heizspule oder eine andere, Wärme erzeugende Vorrichtung in dem Stopfengehäuse 262 angeordnet sein kann. Vorzugsweise wird die beheizbare Spule fernbetätigt, um einem Bediener zu ermöglichen, oder einem automatisierten Steuersystem, die Heizspule zu aktivieren und die schmelzbare Legierung zu erwärmen, um das Ventil zu öffnen, wenn eine Notfallsituation irgendwo in dem System auftritt. Dies ist besonders vorteilhaft in großen, unter Druck stehenden Systemen, wo die schmelzbare Legierung nicht notwendigerweise einer direkten Beheizung durch ein Feuer oder einem anderen, gefährlichen Zustand unterworfen wird.
  • In der Ausführungsform der Ablassvorrichtung, dargestellt in 9, ist eine schmelzbare Legierung 266 als Teil des Stifthalters 236 vorhanden. In dieser Ausführungsform wird die Ablassvorrichtung den Schaft freigeben, wenn die Temperatur der schmelzbaren Legierung eine bestimmte Temperatur erreicht, oder wenn die Kraft, ausgeübt auf den Stift, die Materialfestigkeit des Stifts übersteigt. Demzufolge wird diese Ausführungsform eine Druckablassung in entweder einem Zustand eines Überdrucks oder einer Übertemperatur vorsehen.
  • Wie vorstehend diskutiert ist, kann der Drehpunkt der vorliegenden Erfindung einfach eingestellt werden, um die Größe der Ausgangskraft, erzeugt durch einen gegebenen Fluiddruck und ausgeübt auf die Ablassvorrichtung, zu variieren. Dies führt zu einer erhöhten Flexibilität der Druckablassvorrichtung. Zum Beispiel kann, falls die Ablassvorrichtung einen sich wölbenden Stift, aufgebaut so, um sich bei einer bestimmten Kraft zu deformieren, umfasst, der Fluiddruck, der eine Ausgangskraft erzeugen wird, ausreichend, um den Stift zu deformieren, nur durch Einstellen der Stelle des Drehpunkts relativ zu dem Hebelarm variiert werden. Falls ein unterer Freigabedruck erwünscht ist, wird der Drehpunkt zu dem zweiten Ende des Hebelarms bewegt. Ähnlich kann, falls ein größerer Ablassdruck erwünscht ist, der Drehpunkt näher zu dem ersten Ende des Hebelarms bewegt werden.
  • Dieses Merkmal der Einstellbarkeit ist aus vielen Gründen vorteilhaft. Es ermöglicht eine Standardisierung von Teilen, wodurch die Herstellung und die vorgesehenen Kontrollen vereinfacht werden. Das System kann auch vor Ort eingestellt werden, wenn Funktionserfordernisse für die Installation geändert werden. Das Design ermöglicht, dass das kompakte Offset-Ventil für einen Bereich von Drücken geeignet ist. Zum Beispiel kann ein 8'' Einheits-Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung Drücke aufnehmen, die von ungefähr 5 psi bis ungefähr 300 psi reichen, wogegen von einer herkömmlich drehbaren Vorrichtung mit 8'' erwartet werden könnte, Drücke aufzunehmen, die von ungefähr 5 psi bis ungefähr 50 psi reichen.
  • Vorzugsweise umfasst, wie in 6a und 6b dargestellt ist, der Trigger 172 eine gekrümmte Oberfläche 187 eines proximalen Endes 173 des Triggers 172 und der Trigger 172 ist schwenkbar mit einer Verbindung 228 durch eine Säule 206 befestigt. Wenn sich der sich wölbende Stift 182 in Abhängigkeit der Ausgangskraft deformiert, wird dem Hebelarm 178 ermöglicht, sich um den Drehpunkt 174 so zu schwenken, dass sich das zweite Ende 179 und das erste Ende 177 des Hebelarms 178 in entgegengesetzten Richtungen bewegen. Eine Bewegung des ersten Endes 177 des Hebelarms 178 entfernt eine Stützung für den Trigger bzw. Auslöser 172. In Abhängigkeit der fortführenden Kraft auf den Eingangsarm schwenkt sich der Auslöser 172 um die Säule 206 und die Rolle 204 des Eingangsarms 160 löst sich von dem Ende 173 von 172. Demzufolge beginnt der Eingangsarm 160 eine Drehbewegung, um der Welle und dem Stopfen zu ermöglichen, sich zu der offenen Position zu drehen. Die gekrümmte Oberfläche 187 des Auslösers 172 bildet einen Freiraum für den Eingangsarm 160, um sich über seinen vollen Bewegungsweg zu drehen.
  • Vorzugsweise wird eine kleine Drehung des Eingangsarms 160 von ungefähr 1° ermöglichen, dass sich die Rolle 404 von dem Ende 173 des Auslösers 172 löst und das Ventil öffnet. Demzufolge muss die Ablassvorrichtung nur eine kleine Bewegung des Hebelarms zulassen, um das Ventil freizugeben. Dieses Merkmal sieht die Verwendung ei nes wieder verwendbaren Stifts vor. Zum Beispiel kann ein relativ langer, sich wölbender Stift in dem Stifthalter platziert sein. Wenn der Druck in dem System eine ausreichend hohe Ausgangskraft erzeugt, wird der Stift damit beginnen, sich elastisch vor einem Wölben zu deformieren. Die elastische Deformation wird den Stift ausreichend verkürzen, um den kleinen Grad (ungefähr 1°) einer Drehung zuzulassen, um das Ventil zu öffnen. Die Vorrichtung kann dann erneut zur Wiederverwendung mit demselben Stift eingestellt werden. Das System kann dann unter Druck gesetzt werden und der Stift kann wieder verwendet werden.
  • Wie in den 6a und 6b dargestellt ist, verbindet eine Zugfeder 184 vorzugsweise den Auslöser 172 mit der Verbindung 228. Die Zugfeder 184 wirkt auf den Auslöser 172 so ein, um den Auslöser zurück zu seiner ursprünglichen Position zu bewegen, um den Auslöser wieder zu dem Hebelarm 178 auszurichten, wenn der Eingangsarm 160 zurück zu seiner Ausgangsposition gedreht wird, um die Vorrichtung zurückzusetzen.
  • Eine Verriegelung ist vorgesehen, um in den Eingangsarm der Verbindungs-Anordnung dann einzugreifen, wenn sich der Stopfen zu der offenen Position bewegt. Die Verriegelung hält den Stopfen in der offenen Position. Vorzugsweise umfasst die Verriegelung einen Energie-Absorber, um die Energie des Eingangsarms, der die Verriegelung berührt, zu absorbieren. Der hohle Stopfen der vorliegenden Erfindung dient für eine Trägheitsverringerung, was die Notwendigkeit eines Stoßabsorbers verringert.
  • Wie in den 6a und 6b dargestellt ist, ist eine Verriegelung 164 schwenkbar in einem Verriegelungs-Gehäuse 240 angeordnet. Die Verriegelung 164 umfasst eine Kerbe 166, die so angeordnet ist, um in einen Vorsprung 162 an dem Eingangsarm 160 einzugreifen. Vorzugsweise wirkt eine Feder 238 auf die Verriegelung 164, um die Verriegelung 164 in eine verriegelte Position zu drücken. Wenn sich der Eingangsarm 160 zu der offenen Position dreht, berührt der Vorsprung 162 die Verriegelung 164 und schwenkt die Verriegelung 164. Wenn der Vorsprung in die Kerbe 166 eingegriffen hat, führt die Feder 238 die Verriegelung zu der verriegelten Position zurück, um zu verhindern, dass sich der Eingangsarm 160 zurück zu der geschlossenen Position dreht.
  • Vorzugsweise ist ein Energie-Absorber 168 an dem Verriegelungs-Gehäuse 240 positioniert. Der Vorsprung 162 des Eingangsarms 150 berührt den Energie-Absorber, wenn sich der Eingangsarm zu der offenen Position bewegt. Der Energie-Absorber 168 ist aus einem elastischen Material hergestellt, das nachgibt, wenn es durch den Vorsprung 162 berührt wird. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass der Energie-Absorber auch ein Dämpfer-Mechanismus sein kann, wie beispielsweise ein hydraulischer Stoßdämpfer, ein pneumatischer Stoßdämpfer, oder ein Nocken-Mechanismus, der auf die Welle einwirkt, um die Drehung der Welle zu verlangsamen.
  • Nachdem die Energie, erzeugt durch den Kontakt des Vorsprungs mit dem Energie-Absorber, weggenommen ist, kehrt der Energie-Absorber 168 zu seiner ursprünglichen Form zurück und verriegelt den Vorsprung 162 gegen die Kerbe 166. Der Vorsprung 162 kann von der Kerbe 166 durch manuelles Schwenken der Verriegelung 164 befreit werden, um den Vorsprung 162 des Eingangsarms 160 freizugeben und den Eingangsarm zu seiner Ausgangs-Position zurückzuführen. Es ist vorgesehen, dass ein Mechanismus zum Freigeben der Verriegelung vorhanden sein kann, um die Verriegelung freizugeben und dem Stopfen zu ermöglichen, zu der geschlossenen Position dann zurückzukehren, wenn der Druck des Fluids auf ein sicheres Niveau verringert worden ist.
  • Es sollte angemerkt werden, dass die Druckablassvorrichtung der vorliegenden Erfindung auch für eine Zweiwege-Druckablassung verwendet werden kann. In dieser Ausführungsform könnte eine zweite Verbindungs-Anordnung mit der Welle verbunden werden, und könnte so angepasst werden, um zu verhindern, dass sich die Welle in der entgegengesetzten Richtung dreht. Da die Verbindungs-Anordnungen getrennt einstellbar sind, könnte der Druck, unter dem sich das Ventil öffnet, unabhängig für jede Richtung gesteuert werden. Demzufolge würde sich das Ventil dann öffnen, wenn der Fluiddruck auf einer Seite des Ventils ein erstes Niveau erreicht, und würde sich auch öffnen, wenn der Druck auf der anderen Seite des Ventils ein zweites Niveau erreicht, wodurch eine Druckablassung in beiden Richtungen erreicht wird.
  • Die Betriebsweise der vorstehend erwähnten Druckablassvorrichtung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Wie 1 zeigt, ist das Ventil 22 der Druckablassvorrichtung 20 mit einem Rohrflansch eines Drucksystems durch Eingreifen von Schrauben durch Schraubenlöcher 24 und die entsprechenden Schraubenlöcher des Systemflanschs in Eingriff gebracht. Ein Betrieb des unter Druck stehenden Systems richtet unter Druck stehendes Fluid in den Fluideinlass 52 des Körpers 23. Wie 2 zeigt, übt das unter Druck stehende Fluid eine Kraft auf eine Einlassplatte 68 des Stopfens 65 aus. Da die Drehachse des Stopfens gegenüber der Mitte des Stopfens versetzt ist, erzeugt die sich ergebende Kraft, ausgeübt durch das unter Druck stehende Fluid auf die Einlassplatte 68, ein Moment um die Drehachse des Stopfens herum, und übt ein Drehmoment auf die Welle 56 aus.
  • Das Drehmoment an der Welle 56 wird über die Spindel 140 zu dem Eingangsarm 160 der Verbindungs-Anordnung 26 übertragen (siehe 6a und 6b). Das Drehmoment an dem Eingangsarm 160 wird in eine lineare Kraft an dem Auslöser 172 übertragen. Der Auslöser 172 überträgt die lineare Kraft auf den Hebelarm 178, der eine entsprechende Kraft auf die Ablassvorrichtung 181 ausübt.
  • Wenn die Kraft, ausgeübt auf den sich wölbenden Stift 182, die Festigkeit des Materials übersteigt, deformiert der sich wölbende Stift 182, oder wölbt sich, um die Freigabe des Ventils auszulösen. Vorzugsweise wird, in der wiederverschließenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das Ventil innerhalb von ±3% des Solldrucks ausgelöst. Die Deformation des sich wölbenden Stifts 182 gibt den Hebelarm 178 frei, was, wiederum, den Auslöser 172 frei gibt. Eine Freigabe des Auslösers 172 gibt den Eingangsarm 160 frei und ermöglicht, dass sich die Welle 56 und der Stopfen 65 drehen.
  • Das unter Druck stehende Fluid fährt fort, eine Kraft auf die Einlassplatte 68 des Stopfens 65 auszuüben, was bewirkt, dass sich der Stopfen 65 zu der offenen Position hin dreht. Wie zuvor beschrieben ist, verbleibt die Dichtung 84 mit der Einlassplatte 68 für mehrere Grade der Drehung des Stopfens 65 in Eingriff. Nachdem sich der Stopfen durch diesen ersten Bereich der Drehung dreht und die Dichtung innerhalb des Körpers gebrochen ist, wird ermöglicht, dass Fluid von dem System über den Ventilauslass 54 entweicht. Wenn sich der Stopfen 65 zu der offenen Position dreht, werden Durchgangswege 72 im Wesentlichen zu der Strömung des Fluids ausgerichtet. Demzufolge schafft der Stopfen der vorliegenden Erfindung einen großen Strömungsweg, durch den Fluid entweichen kann, wodurch ein effizienter Strömungsweg mit einem niedrigen Widerstands-Koeffizienten erreicht wird.
  • Wenn sich der Stopfen 65 innerhalb des Körpers 23 dreht, folgt ein Eingangsarm 160 einer entsprechenden Drehung. Wenn der Stopfen 65 die offene Position erreicht, berührt der Vorsprung 162 den Energie-Absorber 168, der dabei hilft, die Energie der Ventilöffnung wegzunehmen. Die Energie, erzeugt durch die Öffnung des Ventils, wird weiterhin durch das Vorhandensein der Durchgangswege 72 in dem Stopfen 65 verringert. Diese „hohlen" Bereiche des Stopfens verringern die Masse des Stopfens, und, demzufolge, die Trägheitskraft, erzeugt durch den sich bewegenden Stopfen. Da die Trägheitskraft niedriger ist, wird die Kraft des Aufpralls auf dem Energie-Absorber auch verringert. Dies verringert die Abnutzung an der Druckablassvorrichtung und wird eine Wartung und Reparatur der Vorrichtung verringern.
  • Zusätzlich greift der Vorsprung 162 in die Verriegelung 164 ein. Die Verriegelung 164 schützt den Stopfen 65 gegen irgendeine umgekehrte Drehung, die potenziell das Ablassen des Fluids behindern könnte. Vorzugsweise ist die Verriegelung 164 so aufgebaut, um den Stopfen 65 derart zu halten, dass diese Durchgangswege 72 geeignet zu dem Fluid-Strömungsweg 50 ausgerichtet sind.
  • Nachdem das Fluid von dem System abgelassen ist und der Druck verringert ist, kann die Druckablassvorrichtung wieder zurückgestellt werden. Dies wird durch Freigeben der Verriegelung 164 und Zurückführen des Eingangsarms 162 zu der Ausgangs-Position durchgeführt.
  • Es ist vorgesehen, dass das Verschlussventil der vorliegenden Erfindung einen geeigneten Mechanismus, wie beispielsweise einen federbelasteten Mechanismus vom Pilot-Typ, oder einen an dem Schaft befestigten, federbelasteten Mechanismus, umfassen kann, um automatisch das Ventil wieder zu schließen, wenn der Druck in dem System unterhalb von ungefähr 95% des Solldrucks abfällt. Vorzugsweise schließt sich das Ventil wieder entsprechend zu ASME Section VIII. Als solches würde die Dichtung wieder zurück in den Sitz versetzt werden.
  • Ein Schlüssel oder eine Nuss kann mit dem Antrieb 143 in Eingriff gebracht werden, um beim Drehen des Stopfens zu der geschlossenen Position zu unterstützen. Wenn der Stopfen 65 zu der Ausgangsposition zurückgeführt ist, greift der äußere Umfang 95 der Einlassplatte 68 in Vorsprünge 120 und 122 der Dichtung 84 ein. Die gekrümmte Querschnittsform des äußeren Umfangs 95 ermöglicht, dass die Dichtung einfach mit dem Stopfen in Eingriff gebracht werden kann. Demzufolge kann die Dichtung der vorliegenden Erfindung mit einem relativ geringen Drehmoment in Wirkung versetzt werden.
  • Nachdem die Dichtung 84 mit dem Stopfen 65 in Wirkung gebracht ist, kann die Lösevorrichtung 181 zurückgesetzt werden. Der sich wölbende Stift 182 kann durch Entfernen einer Gewindeschraube 188 und Einsetzen eines neuen, sich wölbenden Stifts 182 in den Stifthalter 192 hinein ersetzt werden. Die Gewindeschraube 188 wird dann festgezogen, um den neuen, sich wölbenden Stift an Ort und Stelle zu klemmen, und die Rückstellung der Vorrichtung ist abgeschlossen.
  • Es wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass verschiedene Modfikationen und Variationen in der Anordnung der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Andere Ausführungsformen der Erfindung werden für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet unter Berücksichtigung der Beschreibung und die praktische Umsetzung der Erfindung, die hier offenbart ist, ersichtlich werden. Es ist vorgesehen, dass die Beschreibung und die Beispiele als nur beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Schutzumfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angegeben ist.

Claims (60)

  1. Druckablassvorrichtung für ein System, das unter Druck stehendes Fluid enthält, die umfasst: ein Ventil (22) mit einem Körper (23), der einen Fluid-Strömungsweg bildet, einem Schaft (56), der drehbar in dem Körper angeordnet ist und ein äußeres Ende hat, das sich durch den Körper hindurch erstreckt, sowie einem Stopfen (65), der an dem Schaft (56) angebracht ist, wobei der Körper mit dem System in Eingriff gebracht werden kann, um den Stopfen (65) dem unter Druck stehenden Fluid auszusetzen, und das unter Druck stehende Fluid auf den Stopfen (65) wirkt, um ein Drehmoment auf den Schaft (56) auszuüben und den Stopfen (65) aus einer geschlossenen Position in eine offene Position zu drehen; eine Kopplungsbaugruppe (26), die mit dem äußeren Ende des Schafts (56) in Eingriff gebracht werden kann, wobei die Kopplungsbaugruppe (26) so ausgeführt ist, dass sie das auf den Schaft (56) ausgeübte Drehmoment in eine Ausgangskraft umwandelt; eine Freigabeeinrichtung (181), die funktionell mit der Kopplungsbaugruppe (26) verbunden ist, um zu verhindern, dass sich der Schaft (56) dreht, bis die Ausgangskraft eine vorgegebene Grenze übersteigt; und eine Klinke (164), die so ausgeführt ist, dass sie mit der Kopplungsbaugruppe (26) in Eingriff kommt, wenn sich der Stopfen (65) in die offene Position dreht, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinke (164) den Stopfen (65) in der offenen Position hält.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kopplungsbaugruppe (26) einen Drehpunkt (174) und einen Hebelarm (178) mit einem ersten Ende sowie einem zweiten Ende enthält und das erste Ende des Hebelarms (178) funktionell mit dem äußeren Ende des Schaftes (56) gekoppelt ist, um das Drehmoment an dem Schaft (56) in eine im Wesentlichen lineare Kraft umzuwandeln, die auf das erste Ende des Hebelarms (178) wirkt, um den Hebelarm (178) um den Drehpunkt (174) herum zu schwenken.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Drehpunkt (174) relativ zu dem Hebelarm (178) bewegt werden kann, um den Abstand zwischen dem Drehpunkt (174) und dem ersten sowie dem zweiten Ende des Hebelarms (178) einzustellen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Drehpunkt (174) eine Rolle enthält, die drehbar in einem Gehäuse angebracht ist, und die Rolle einen Stützpunkt für den Hebelarm (178) bildet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Rolle des Drehpunktes (174) in dem Gehäuse bewegt werden kann, um den Abstand zwischen dem Stützpunkt und dem ersten sowie dem zweiten Ende des Hebelarms (178) einzustellen.
  6. Baugruppe nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse des Drehpunktes (174) in Bezug auf den Hebelarm (178) bewegt werden kann, um den Abstand zwischen dem Stützpunkt und dem ersten sowie dem zweiten Ende des Hebelarms (178) einzustellen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Rolle des Drehpunktes (174) in dem Gehäuse bewegt werden kann, um den Abstand zwischen dem Stützpunkt und dem ersten sowie dem zweiten Ende des Hebelarms (178) weiter einzustellen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 4, die des Weiteren Haltestifte (183) umfasst, die mit dem Gehäuse des Drehpunktes (174) in Eingriff gebracht werden können, um zu verhindern, dass sich der Drehpunkt (174) in dem Gehäuse bewegt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Freigabeeinrichtung (181) einen Magneten enthält, der so ausgeführt ist, dass er verhindert, dass sich der Hebelarm (178) bewegt, bis die Ausgangskraft die vorgegebene Grenze übersteigt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Freigabeeinrichtung (181) ein Knickbolzen ist und die Ausgangskraft eine Druckkraft ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Freigabeeinrichtung (181) ein Bolzen mit einem verdünnten Bereich ist und der verdünnte Bereich des Bolzens bewirkt, dass sich der Bolzen verformt, wenn die Ausgangskraft die vorgegebene Höhe übersteigt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, die des Weiteren einen zweiten Bolzen umfasst, der gegen den ersten Bolzen ausgetauscht werden kann, wobei der zweite Bolzen einen verdünnten Bereich hat, der so ausgeführt ist, dass sich der zweite Bolzen verformt, wenn die Kraft darauf einen zweiten vorgegebenen Pegel erreicht.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Drehmoment des Schaftes (56) in eine Druckkraft auf den ersten Bolzen umgewandelt wird.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Drehmoment des Schaftes (56) in eine Zugkraft auf den ersten Bolzen umgewandelt wird.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Drehmoment des Schaftes (56) in eine Scherkraft auf den ersten Bolzen umgewandelt wird.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das äußere Ende des Schaftes (56) ein Keilprofil (142) enthält und die Kopplungsbaugruppe (26) einen Eingangsarm (160) enthält, der so ausgeführt ist, dass er das Keilprofil aufnimmt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Kopplungsbaugruppe (26) einen Drehpunkt (174) und einen Hebelarm (178) mit einem ersten Ende, das funktionell mit dem Eingangsarm (160) gekoppelt ist, sowie einem zweiten Ende, das mit dem ersten Bolzen gekoppelt ist, enthält, und der Eingangsarm (160) auf das erste En de des Hebelarms (178) wirkt, um den Hebelarm (178) um den Drehpunkt (174) herum zu schwenken und die Ausgangskraft auf den ersten Bolzen auszuüben.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die funktionelle Kopplung einen Eingangsarm (160), der mit dem äußeren Ende des Schaftes (56) in Eingriff gebracht werden kann, und einen Auslöser (172) enthält, der zwischen dem Eingangsarm (160) und dem ersten Ende des Hebelarms (178) angeordnet ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Eingangsarm (160) eine Rolle enthält und der Auslöser (172) drehbar an einem Zapfen angebracht ist und ein erstes Ende sowie eine gekrümmte Fläche an das erste Ende angrenzend enthält, und die Rolle mit dem ersten Ende des Auslösers (172) in Kontakt kommt, wenn sich der Stopfen (65) in der geschlossenen Position befindet, und an der gekrümmten Fläche des Auslösers (172) entlang rollt, wenn sich der Stopfen (65) in die offene Position dreht, um so den Auslöser (172) um den Zapfen herum zu schwenken.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Drehpunkt (174) relativ zu dem Hebelarm (178) bewegt werden kann, um den Abstand zwischen dem Drehpunkt (174) und dem ersten sowie dem zweiten Ende des Hebelarms (178) einzustellen und so die Stärke der Ausgangskraft zu ändern, die aufgrund des auf den Schaft (56) ausgeübten Drehmomentes auf den ersten Bolzen ausgeübt wird.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der verdünnte Bereich eine Einkerbung enthält, durch die sich die Breite des Bolzens im Querschnitt verringert.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Bolzen eine Schmelzlegierung enthält, die so ausgeführt ist, dass sie sich verflüssigt und Verformung des Bolzens ermöglicht, wenn die Schmelzlegierung eine vorgegebene Temperatur erreicht.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Freigabeeinrichtung (181) eine Berstscheibe ist, die so ausgeführt ist, dass sie sich verformt, wenn die Ausgangskraft die vorgegebene Höhe übersteigt.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Berstscheibe eine rückwärtsknickende Berstscheibe ist und die Ausgangskraft auf eine konvexe Fläche des kuppelförmigen Abschnitts ausgeübt wird.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die funktionelle Verbindung einen Eingangsarm (160), der mit dem äußeren Ende des Schaftes (56) in Eingriff gebracht werden kann, sowie einen Auslöser (172) enthält, der zwischen dem Eingangsarm (160) und dem ersten Ende des Hebelarms (178) angeordnet ist.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der Auslöser (172) drehbar an einem Zapfen angebracht ist und ein erstes Ende mit einer gekrümmten Fläche enthält, und der Eingangsarm eine Rolle aufweist, die mit dem ersten Ende des Auslösers (172) in Eingriff gebracht werden kann, und sich der Auslöser (172) an dem Zapfen dreht, wenn die Ausgangskraft die vorgegebene Grenze übersteigt, und die gekrümmte Fläche Zwischenraum erzeugt, so dass sich der Eingangsarm (160) und der Schaft (156) drehen und den Stopfen (165) in die offene Position bewegen können.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das äußere Ende des Schaftes (56) ein Keilprofil (142) enthält und der Eingangsarm (160) so ausgeführt ist, dass er das Keilprofil (142) aufnimmt.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei eine Rolle zwischen dem Eingangsarm (160) und der Stützeinrichtung angeordnet ist und eine Rolle zwischen der Stützeinrichtung und dem ersten Ende des Hebelarms (178) angeordnet ist.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 25, die des Weiteren eine Klinke (164) umfasst, wobei der Eingangsarm (160) einen Vorsprung enthält, der so ausgeführt ist, dass er mit der Klinke (164) in Eingriff kommt, wenn sich der Stopfen (65) in die offene Position dreht.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stopfen (65) eine Einlassplatte (68) und eine Auslassplatte (66) enthält und die Einlassplatte sowie die Auslassplatte (66) einen Durchlass bilden, durch den unter Druck stehendes Fluid strömt, wenn sich der Stopfen (65) in der offenen Position befindet.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 30, die des Weiteren eine Dichtung umfasst, die in dem Körper angeordnet und so ausgeführt ist, dass sie mit der Einlassplatte (68) des Stopfens (65) in Eingriff kommt, um zu verhindern, dass unter Druck stehendes Fluid aus dem unter Druck stehenden System entweicht, wenn sich der Stopfen (65) in der geschlossenen Position befindet.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die Dichtung einen Vorsprung enthält, der so ausgeführt ist, dass er Gegendruck widersteht.
  33. Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei der Vorsprung einem Vakuum widersteht, das auf die Auslassplatte (66) wirkt.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 31, die des Weiteren einen Haltering (64) umfasst, der so ausgeführt ist, dass er mit dem Körper in Eingriff kommt, um die Dichtung in dem Körper zu halten.
  35. Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die Einlassplatte (68) einen austauschbaren Sitz enthält, der so ausgeführt ist, dass er mit der Dichtung in Eingriff kommt.
  36. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Freigabeeinrichtung (181) eine Schmelzlegierung enthält, die so ausgeführt ist, dass sie sich bei einer vorgegebenen Temperatur verflüssigt und Drehung des Schaftes (56) zulässt.
  37. Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Freigabeeinrichtung (181) einen Bolzen enthält, der die Schmelzlegierung enthält, und der Bolzen funktionell mit dem Schaft (56) verbunden ist, so dass Verflüssigung der Schmelzlegierung bewirkt, dass sich der Bolzen verformt und sich der Schaft (56) drehen kann, wenn die Temperatur die vorgegebene Grenze übersteigt.
  38. Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Kopplungsbaugruppe (26) verstellt werden kann, um die Stärke der Ausgangskraft entsprechend einem bestimmten Drehmoment des Schaftes (56) zu ändern.
  39. Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Freigabeeinrichtung (181) einen Bolzen enthält, der in einem Bolzenhalter angeordnet ist, und der Bolzen so ausgeführt ist, dass er sich verformt und sich der Schaft (56) drehen kann, wenn die Ausgangskraft eine vorgegebene Grenze übersteigt.
  40. Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei der Bolzenhalter einen Sitz enthält, der ein Ende des Bolzens stützt, und der Sitz die Schmelzlegierung enthält und so ausgeführt ist, dass sich der Bolzen bewegen und den Schaft (56) freigeben kann, wenn die Temperatur der Legierung die vorgegebene Grenze erreicht.
  41. Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei die Freigabeeinrichtung (181) ein Heizelement enthält, das an die Schmelzlegierung angrenzend angeordnet ist, und das Heizelement so betätigt werden kann, dass die Temperatur der Schmelzlegierung auf die vorgegebene Grenze erhöht wird, um den Schaft (56) freizugeben.
  42. Vorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren einen Befehlsausgabemechanismus umfasst, der betätigt werden kann, um das Ventil (22) unabhängig vom Druck des Systems zu öffnen.
  43. Vorrichtung nach Anspruch 42, wobei der Befehlsausgabemechanismus ein Stellglied enthält, das so betätigt werden kann, dass es mit der Freigabeeinrichtung (181) in Eingriff kommt, so dass sich der Schaft (56) drehen kann.
  44. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Klinke (164) einen Energieabsorber (168) enthält und die Kopplungsbaugruppe (26) einen Eingangsarm (160) enthält, und der Eingangsarm (160) einen Vorsprung enthält, der so ausgeführt ist, dass er mit dem Energieabsorber (168) in Kontakt kommt, wenn sich der Bolzen (65) in die offene Position dreht.
  45. Vorrichtung nach Anspruch 44, wobei der Energieabsorber (168) ein Dämpfer ist, der aus einem elastischen Material aufgebaut ist.
  46. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Energieabsorber (168) ein hydraulischer Stoßdämpfer ist.
  47. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Energieabsorber (168) ein pneumatischer Stoßdämpfer ist.
  48. Vorrichtung nach Anspruch 44, wobei die Klinke (164) eine Feder enthält, die auf die Klinke (164) wirkt, um die Klinke (164) mit dem Vorsprung des Eingangsarms (160) in Eingriff zu bringen.
  49. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Körper, der einen Fluidstromweg bildet, eine Innenfläche mit einer gekrümmten Form enthält und der Stopfen (65) einen Außenumfang enthält, der einen gekrümmten Querschnitt hat, der im Wesentlichen komplementär zu der gekrümmten Form der Innenfläche des Körpers ist; und die des Weiteren eine Dichtung umfasst, die in dem Körper angeordnet ist, wobei die Dichtung so ausgeführt ist, dass sie eine Liniendichtung erzeugt, die mit einem Teil des Außendurchmessers des Stopfens (65) in Eingriff gebracht werden kann, um zu verhindern, dass unter Druck stehendes Fluid zwischen dem Stopfen (65) und dem Körper strömt, und die Dichtung mit dem Stopfen (65) zwischen ungefähr 1,5° und 5° der Drehung des Stopfens (65) in Eingriff gebracht werden kann.
  50. Vorrichtung nach Anspruch 49, wobei der Stopfen (65) an dem Schaft (56) so angebracht ist, dass das unter Druck stehende Fluid auf den Stopfen (65) wirkt, um ein Drehmoment auf den Schaft (56) auszuüben, und den Stopfen (65) aus der geschlossenen Position in die offene Position zu drehen.
  51. Vorrichtung nach Anspruch 50, die des Weiteren eine Kopplungsbaugruppe (26) umfasst, und wobei der Schaft (56) ein äußeres Ende enthält, das sich durch den Körper hindurch erstreckt, und die Kopplungsbaugruppe (26) funktionell mit dem Schaft (56) verbunden ist, um zu verhindern, dass sich der Stopfen (65) in die of fene Position dreht, bis die auf den Stopfen (65) durch das unter Druck stehende Fluid ausgeübte Kraft eine vorgegebene Grenze übersteigt.
  52. Vorrichtung nach Anspruch 50, wobei der Stopfen (65) durch Gravitation im Gleichgewicht ist, so dass das Gewicht des Stopfens (65) den Druck, bei dem sich der Stopfen (65) in die offene Position dreht, nicht beeinflusst.
  53. Vorrichtung nach Anspruch 49, die des Weiteren eine Einrichtung umfasst, die das Ventil (22) entsprechend den Anforderungen von ASME, Abschnitt VIII, wieder schließt, um so das Ventil (22) zurückzusetzen.
  54. Vorrichtung nach Anspruch 49, die des Weiteren einen Haltering (64) umfasst, der mit dem Körper in Eingriff gebracht werden kann und so ausgeführt ist, dass er die Dichtung in dem Körper hält.
  55. Vorrichtung nach Anspruch 54, wobei der Körper eine Einlassseite und eine Auslassseite enthält und die Einlassseite so ausgeführt ist, dass sie den Haltering (64) aufnimmt.
  56. Vorrichtung nach Anspruch 49, wobei der Stopfen (65) eine Einlassplatte (68) und eine Auslassplatte (66) enthält und die Einlass- sowie die Auslassplatte einen Durchlass bilden, durch den unter Druck stehendes Fluid strömt, wenn sich der Stopfen (65) in der offenen Position befindet, wobei die Dichtung mit einem Teil des Außenumfangs der Einlassplatte (68) in Eingriff kommt.
  57. Vorrichtung nach Anspruch 56, die des Weiteren eine zweite Dichtung umfasst, die in dem Körper angeordnet ist, wobei die zweite Dichtung so ausgeführt ist, dass sie eine Liniendichtung erzeugt, die mit einem Teil des Außenumfangs der Auslassplatte (66) in Eingriff gebracht werden kann.
  58. Vorrichtung nach Anspruch 49, wobei der Stopfen (65) einen austauschbaren Sitz enthält, der den Außenumfang des Stopfens (65) bildet.
  59. Vorrichtung nach Anspruch 49, wobei der Schaft (56) so in dem Körper angeordnet ist, dass das unter Druck stehende Fluid auf den Stopfen (65) wirkt, um ein Drehmoment auf den Schaft (56) auszuüben und den Stopfen (65) aus der geschlossenen Position in die offene Position zu drehen.
  60. Vorrichtung nach Anspruch 57, wobei der Außenumfang des Stopfens (65) eine Beschichtung enthält, die Reibung zwischen der Dichtung und dem Stopfen (65) verringert.
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