DE69819500T2

DE69819500T2 - Fluidbetätigtes absperrventil

Info

Publication number: DE69819500T2
Application number: DE69819500T
Authority: DE
Inventors: Inge Jan EIELSEN
Original assignee: FLUCON AS; FLUCON AS HAFRSFJORD
Current assignee: FLUCON AS; FLUCON AS HAFRSFJORD
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: CA2290782A1; OA11218A; CN1257569A; NO972386L; EA001303B1; NO305769B1; TR199902913T2; ES2210745T3; NO972386D0; BR9809469A; AU7240498A; AU734379B2; US20020088871A1; ATE253704T1; DE69819500D1; PT990099E; US6581629B2; CA2290782C; CN1136404C; DK0990099T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein fluidbetätigtes Absperrventil gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE-A-2 026 137 offenbart eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie umfasst einen Ventilkörper und eine Feder, welche den Ventilkörper in der geschlossenen Position hält. Ist die Feder gebrochen oder nicht vorhanden, so ist der Ventilkörper in einer offenen Position. Um einen Rückfluss zu verhindern, besitzt der Ventilkörper einen relativ schmalen Bereich, welcher sich in die Durchflusspassage erstreckt und welcher den Ventilkörper im Fall eines Rückflusses in die geschlossene Position zwingt. Eine erhöhte Durchflussrate oder Änderungen bezüglich Viskosität und/oder Temperatur schliesst das Ventil nicht.
Das Ventil gemäss der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen für eine Rohrleitung, einen Kanal oder dergleichen, welcher ein Fluidum (Luft, Wasser, Öl oder andere Flüssigkeiten oder gasförmige Medien) leitet. Der Ventilkörper ist in Kontakt mit der fliessenden Flüssigkeit und ist Druck- und Reibungskräften ausgesetzt. Der Ventilkörper ist so ausgebildet, dass das Ventil schliesst, wenn die genannten Kräfte einen vorbestimmten Wert überschreiten. Der Wert der Kräfte variiert mit dem Druck des Fluidums, der Dichte des Fluidums, der Durchflussgeschwindigkeit und der Viskosität.
Das Ventil soll es insbesondere ermöglichen, einen Flüssigkeits- oder Gasfluss zu unterbrechen, der vorsätzlich oder irrtümlicherweise eine vorbestimmte obere Geschwindigkeit überschreitet.
Die anhebende Fläche des Ventils ist im Allgemeinen bezogen auf Parameter, die gemäss der folgenden Formel einen Einfluss ausüben:
Schliessen:
Die Formel für die anhebende Kraft: L = 1/2·C_L·☐·A·V², wobei:
L = anhebende Kraft
C_L = Koeffizient (empirisch, drückt die Reibungseigenschaften der anhebenden Kräfte gegenüber der Fluidum-Rheologie aus)
☐ = Fluidumdichte (beeinflusst durch Druck, Temperatur und Kompressibilität des Fluidums)
A = Oberflächenbereich (effektive anhebende Fläche)
V = Geschwindigkeit des Fluidums
Abnormale Fliessgeschwindigkeiten eines fliessenden Fluidums entstehen unter anderem in Zusammenhang mit Rohrleitungsbrüchen, welche durch einen Unfall, wie beispielsweise eine Explosion, durch Feuer und dergleichen entstehen, wobei ungewöhnliche Fliessbedingungen des Fluidums unter anderem zu grösseren Mengen von unerwünschter Flüssigkeit oder Gas führen, welche möglicherweise einer Brandstelle zugeführt werden.
Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Änderung in der Durchflussgeschwindigkeit und möglicherweise auch Änderungen in der Viskosität, Temperatur, Druck bei ungewöhnlichen Fliessbedingungen in einem fliessenden Fluidum zu nutzen. Gemäss der Erfindung wird angestrebt, die Notwendigkeit einer äusseren Kraft zu vermeiden, indem kinetische (und möglicherweise hydraulische, rheologische und thermische) Kräfte verwendet werden, die in der Rohrleitung bzw. im Kanal vorhanden sind, wobei der Verschlusskörper so geformt ist, dass er auf Änderungen der genannten Kräfte antwortet und das Ventil bei abnormalen Fliessbedingungen schliesst.
Nachfolgend werden einige Anwendungen des fluidbetätigten Absperrventils gemäss der Erfindung näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele betreffen lediglich nicht einschränkende Beispiele.
Unfälle auf Installationen, die im Meer montiert sind, haben gezeigt, wie wichtig es ist, die riesigen Gas- und Ölreservoirs, welche in den Transportleitungsnetzen vorhanden sind, unter Kontrolle zu halten. Der gegenwärtige Stand der Technik ermöglicht es, bis zu einem gewissen Grad den Druck und Transport von entflammbaren Gasen oder Flüssigkeiten in der Leitung zu kontrollieren, aber es können Situationen eintreffen, in welchen die Ventile nutzlos sind, da Brüche in Leitungen unmittelbar in Flussrichtung gesehen vor einem Ventil grosse oder kleine Reservoirs in der Rohrleitung nach dem vorausgehenden Ventil freilassen können. Vor einem möglichen Rohrleitungsbruch sind die Ventile offen, um einen Transport des Fluidums durch die Rohrleitung zu ermöglichen. Durch Schliessen des Ventils ist es möglich, eine Öl- oder Gasemission zu unterbinden, Feuer oder das Risiko, dass eine Notsituation entsteht, kann verhindert werden. Dies ist eine Operation, die oft einen bestimmten Zeitaufwand erfordert und in einigen Fällen ist es bei einem solchen Zeitaufwand zu spät, um den möglichen Schaden zu begrenzen.
Im Fall eines Feuers oder einer anderen Notsituation von Installationen im Meer ist es wesentlich, den Flüssigkeitsfluss im Rohrsystem, welches explosive, brennbare Flüssigkeit leitet, unter Kontrolle zu halten.
Heutzutage sind die Flüssigkeiten in den Transportleitungsnetzen der Nordsee im Allgemeinen kontrolliert mittels sogenannter Unterseeventilen, die in zentralen Schnittpunkten des Rohrleitungsnetzwerkes positioniert sind und/oder mittels Ventilen, die in unmittelbarer Nähe der Plattformen angeordnet sind (beim Eingang oder Ausgang der Plattformen). Dies hat zur Folge, dass grosse Reservoirs von Gas oder Flüssigkeiten einer Explosion, starker Hitze oder anderen Spannungen ausgesetzt sind, die ein Bruch im Leitungssystem auf der Plattform zur Folge haben können. Die einzige Alternative hierzu besteht dann, Druck abzulassen, doch dieser Druckablass kann einige Stunden bis zu Tagen beanspruchen. In Verarbeitungsanlagen können Situationen wie oben beschrieben bei einem Rohrleitungsbruch in einer Position vorkommen, in welcher keine Sperre gegenüber Reservoirs von Gas oder entflammbarer Flüssigkeit besteht.
Unterwasserventile, die gegenwärtig verwendet werden, beruhen auf der Verwendung von einer Betätigungsvorrichtung, welche zum Ventil verschifft wird. Auf der Plattform sind sogenannte „Sealine"-Ventile mit der Betätigung von Absperrventilen der Plattform verbunden und werden bei Alarmsignalen automatisch geschlossen. In einer Notsituation ist es möglich, dass ein Unterwasserventil beispielsweise nicht schnell genug geschlossen wird, um zu verhindern, dass Kohlenwasserstoffe der Unfallstelle ausserhalb der Plattform zugeführt werden, da es zu lange dauert, um das Ventil zu betätigen. Hydraulische Vorrichtungen und Betätigungsvorrichtungen müssen zum Untermeerventil verschifft werden, um dieses zu schliessen. Ein „Sea-line"-Ventil ist üblicherweise innerhalb der Plattformkanten angeordnet, was zur Folge hat, dass Teile der Transportleitung einem Feuer, einer Explosion oder einer fallenden Ladung oder dergleichen ausgesetzt ist, so dass keine Möglichkeit besteht, das Ventil bei einem Bruch meerseitig zu schliessen. Grosser Reservoirs an Kohlenwasserstoffen, Öl und/oder Gas können dann auf die Plattform ausgegeben werden und einen Unfall verstärken.
Bei den oben genannten Anwendungen kann ein Absperrventil gemäss der vorliegenden Erfindung mit Vorteil verwendet werden, da es so ausgebildet ist, dass es auf anormale Fliessverhältnisse anspricht, welche in Unfallsituationen, wie beispielsweise grösseren Lecks, Feuer, Explosionen vorkommen, in welchen das Ventil eine schnelle und kontrollierte Schliessung gewährleistet.
Die konstruktiven Eigenschaften, welche es dem Absperrventil gemäss der vorliegenden Erfindung ermöglichen, auf abnormale Fliessverhältnisse des fliessenden Fluids zu antworten und eine Schliesskraft auszuüben, werden nach der Definition der Anwendungen näher erläutert.
Eine andere Anwendung, bei welcher das Ventil gemäss der vorliegenden Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann, ist die Ventilation von Wohnhäusern. Durch Montieren des erfindungsgemässen Ventils in Ventilöffnungen in Fenstern und/oder üblichen rechteckigen Ventilen, wird das windseitige Ventil schliessen, während das windabgewendete Ventil öffnet und offen bleibt. Der vorherrschende Druck innerhalb des Hauses ist entsprechend ein negativer Druck. Dies hat einen vorteilhaften Effekt bezüglich der Zugluftbedingungen im Haus und das Austrocknen des Wandmaterials des Hauses. Gemäss der Erfindung hat das Ventil zudem einen vorteilhaften Effekt während der Entwicklung eines möglichen Feuers. Das Feuer erfordert Sauerstoff in der Anfangsphase. Der Sauerstoff gelangt zum Feuer durch Öffnungen wie beispielsweise Türen, Fenster, Ventile und andere Lecks im Haus. Während das Feuer Sauerstoff aufnimmt, reagiert das Ventil durch den erhöhten Luftfluss durch das Ventil in das Haus mit einer Schliessung. Bei einer Wärmeentwicklung expandiert die Luft und verursacht einen Luftfluss und Rauchgase strömen aus dem Haus heraus.
Eine andere Anwendung, bei welcher das erfindungsgemäss Ventil vorteilhaft verwendet werden kann, ist in Zusammenhang mit der Dämpfung von Explosionen. Eine Explosion erzeugt Druckwellen und erhöht den Luft- bzw. Gasdurchfluss durch Ventilationskanäle oder andere Öffnungen in der Gebäudekonstruktion auch dann, wenn es wünschbar ist, das Feuer an der Ausbreitung zu hindern. Das erfindungsgemässe Ventil antwortet sofort auf Druckwellen, welche durch die Explosion erzeugt werden und schliesst, so dass unerwünschte Ausdehnungen des Feuers verhindert werden können.
Eine andere Anwendung, in welcher das Ventil gemäss der vorliegenden Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann, besteht im Zusammenhang mit Dachgiebeln. Sturmschäden, bei denen in einem Sturm Dächer vom Haus abgehoben werden, werden verursacht durch negativen Druck auf der windabgewendeten Seite des Daches und einen positiven Druck, der sich gleichzeitig auf der windzugewendeten Seite und relativ innerhalb des Hauses aufbaut. Durch das Installieren von erfindungsgemässen Ventilen in beiden Dachflächen eines Giebeldaches, kann der Druck innerhalb des Hauses kontrolliert werden, und zwar durch die Tatsache, dass das windseitige Ventil schliesst und das windabgewendete Ventil öffnet oder offen bleibt. Der Druck innerhalb des Hauses versucht, den gleichen Wert des Druckes auf der windabgewendeten Seite des Daches anzunehmen und dies hat zur Folge, dass der abhebende Effekt auf das Giebeldach abnimmt. Durch Montieren von Ventilen in allen Ventilöffnungen kann der gleiche Effekt für das Haus im Allgemeinen erreicht werden.
In öffentlichen Wasserleitungsnetzwerken bestehen grosse Reservoirs an Wasser, die bei einem Rohrbruch grosse Wasserschäden und Zerstörungen bewirken können. Die Zeit für die Betätigung von Absperrventilen ist hier zur Begrenzung der Schäden kritisch.
Es werden konventionelle manuell betätigbare Kugel- und Drosselklappenventile verwendet, was abhängig ist vom Personal, das alarmiert wird, sobald eine Notsituation auftritt. Der zeitliche Aspekt bei der Betätigung dieser bekannten Absperrventile ist ein wesentliches Problem bei der Begrenzung der Schäden infolge eines Leitungsbruchs.
Absperrventile gemäss der vorliegenden Erfindung können in diesem Fall vorteilhaft verwendet werden. Das erfindungsgemässe Ventil ist ausgebildet, um in üblichen Durchflussbedingungen für das Wasser in der Rohrleitung übliche Durchflussleistungen zu ergeben. Bei einem möglichen Bruch in einer Wasserleitung wird ein nachfolgender Schaden begrenzt indem das erfindungsgemässe Ventil automatisch schliesst, da eine beschleunigte Durchflussgeschwindigkeit des Wassers vorhanden ist, welche sich durch die anormalen Fliessbedingungen nach einem Rohrbruch ergeben. Ventile nach der Erfindung können auch in Abzweigleitungen verwendet werden, die zu einem Gebäude oder zu einem bestimmten Ort im Gebäude führen, um einen Wasserschaden bei einem möglichen Rohrleitungsbruch zu begrenzen. Das Ventil kann auch in Zusammenhang mit einem Gartenschlauch mit handelsüblichen Ventilen und Ausrüstung verwendet werden.
Die verfügbare Energie in einer Leitung bzw. einem Kanalsystem ist die kinetische Energie und die potenzielle Energie in der Form des Druckes bzw. Druckdifferenzen.
Um ein bekanntes Absperrventil zu schliessen, das in einer Rohrleitung oder einem Rohrleitungssystem montiert ist, in welchem ein Fluidum unter abnormalen Bedingungen fliesst, wie beispielsweise eine abnormale Fluidumfliessgeschwindigkeit, ein abnormaler Druck und/oder Temperatur, muss in der Rohrleitung bzw. im Rohrleitungssystem stromaufwärts vom Absperrventil ein Fluidumgeschwindigkeitsindikator, eine Druckmessgerät und ein Thermometer angebracht sein, die möglicherweise audiovisuell überwacht werden, wobei bei kritischen Parameterwerten das Ventil manuell geschlossen wird, oder die entsprechenden Messgeräte sind mit einer Betätigungsvorrichtung verbunden, mit welcher das Ventil geschlossen wird und welche das Absperrventil beispielsweise bei ausserordentlichem Ausschlag eines Zeigers eines Messgerätes aktiviert, das dadurch aktiv wird und das Absperrventil schliesst.
Der Erfindung kann die Aufgabe zugrunde gelegt werden, Änderungen in der Durchflussgeschwindigkeit und möglicherweise auch Änderungen in der Viskosität oder Temperatur oder Druck bei anormalen Durchflussbedingungen eines fliessenden Fluidums direkt für das automatische Schliessen des Ventils in einer sicheren und kontrollierbaren Art zu verwenden, und zwar in einem sehr frühen Zeitpunkt einer anfänglichen Phase der anormalen Fliessbedingung.
Die Erfindung betrifft somit ein Fluidum aktivierbares Absperrventil, das vorgesehen ist, in einem Rohr oder einer Rohrleitung oder einem Kanal montiert zu werden, in denen ein Fluidum geleitet wird. Das Fluidum kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Das Ventil umfasst ein Ventilgehäuse mit einer Durchflusspassage, die im montierten Zustand mit der Rohrbohrung, mit dem Kanal der Leitung usw. fluchtet. Die Durchflusspassage kann prinzipiell irgend einen Querschnitt aufweisen (kreisförmig, oval, polygonal, quadratisch usw.), aber weist vorzugsweise die gleiche Querschnittsform und Querschnittsmasse auf, wie die Rohrleitung bzw. der Kanal, in dem die Durchflusspassage angeordnet ist. In bekannter Weise weist das Ventil zudem einen beweglich gelagerten Ventilkörper auf, welcher zwischen der offenen Ventilposition, in welcher der Ventilkörper im Wesentlichen von der Durchflusspassage zurückgezogen ist, und einer geschlossenen Ventilposition verschwenkbar, in welcher der Ventilkörper direkt den Durchfluss sperrt und das Ventil schliesst.
Bei einem Absperrventil der genannten Art wie definiert im Oberbegriff des Anspruchs 1, wird die Aufgabe realisiert durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
Um die definierten Ziele zu erreichen, die im Wesentlichen darin bestehen, ein automatisches Schliessen des Ventils infolge von anormalen Fliessbedingungen des Fluidums in der Rohrleitung bzw. Kanal oder dergleichen, in welcher das Ventil montiert ist, zu erreichen und wobei die genannte anormale Fliessbedingung sich durch die Fluidflussrate und möglicherweise auch Viskosität ergibt, welche ein wichtiger Parameter in der Wechselwirkung bei der Reibung zwischen der anhebenden Oberfläche und dem Fluidum und/oder Druck und Temperatur, welche die Dichte des Fluidums beeinflussen, wobei der Ventilkörper gemäss der vorliegenden Erfindung so ausgebildet und gelagert ist, dass er in der offenen Position des Ventils in die Durchflusspassage mit einem vergleichsweise kleinen Abschnitt hineinragt, welcher demzufolge dem Fluss in der Durchflusspassage in einer bestimmten Richtung des Flusses bei geöffnetem Ventil ausgesetzt ist. Dieser Abschnitt des Ventilkörpers, welche bei geöffnetem Ventil in die Durchflusspassage hineinragt, ist so ausgebildet, dass er auf anormale Fliessbedingungen des Fluidums in der Durchflusspassage anspricht, und somit beeinflusst wird durch eine zunehmende Fluidflussrate, Änderung in der Viskosität und/oder Temperatur, so dass der Abschnitt und damit der gesamte Ventilkörper durch das Fluidum in die geschlossene Position bewegt wird.
Der genannte Abschnitt, der sich in die Durchflusspassage des Ventilkörpers erstreckt, der sogenannte „anhebende Abschnitt", besitzt vorzugsweise eine konvexe gebogene oder abgewinkelte Erstreckung am stomaufwärtsseitigen Ende. Fliesst ein Fluidstrom entlang der aushebenden Oberfläche des heraushebenden Abschnittes, wird eine heraushebende Bewegung eingeleitet, welche die Tendenz hat, den Ventilkörper in die geschlossene Position zu bewegen. Die Form, das Gewicht und die Lagerung des Ventilkörpers sind so ausgebildet, so dass bei einem normalen Fluidumfluss eine hinreichende Hebewirkung vorhanden ist, welche eine Schliessbewegung einleitet.
Um das Ventil empfindlicher zu machen gegenüber Druck und Temperatur, kann ein Expansionskissen vorgesehen sein, das auf Druck und/oder Temperatur anspricht und das bei einem Druckabfall und/oder Temperaturanstieg expandiert und damit die Frontkante der heraushebenden Fläche weiter in den Fluidstrom hinein bewegt wird, wobei diese mehr dem Fluidstrom ausgesetzt ist und dadurch die heraushebende Kraft im Bereich des heraushebenden Abschnittes zunimmt, was ein früheres Schliessen bewirkt.
Was benötigt wird, um das Absperrventil gemäss der Erfindung zu schliessen, ist eine abnormale Fliessbedingung wie oben erläutert. Der heraushebende Abschnitt des Ventilkörpers, welcher in die Durchflusspassage ragt, ist aufgrund seiner Position in der offenen Position des Ventils und aufgrund seiner Konfiguration (konvex gebogen und/oder abgewinkelt am stromaufwärtsseitigen Ende relativ zur Flussrichtung des Fluidums), entsprechend in einer „Stand-by"-Position, in welcher er sehr schnell anspricht, beispielsweise bei einer Zunahme der Fluidflussrate infolge eines Rohrbruchs oder einer anderen Undichtigkeit.
Der heraushebende Abschnitt des Ventilkörpers, welcher in die Durchflusspassage gerichtet ist, kann im Hinblick auf die Reibung an der Flüssigkeit angepasst werden, wobei die Wirkung des Fluidums auf den genannten heraushebenden Abschnitt und damit auf den Ventilkörper neben der Fluidflussrate bzw. Eigenschaften (Viskosität) auch abhängig ist von der Oberflächenform und Oberflächenreibung des heraushebenden Abschnitts. Bei einer Änderung der Flussgeschwindigkeit, der Dichte oder der Viskositätseigenschaften eines Fluidums ist es möglich, den Schliessmoment des Ventils zu kontrollieren bzw, zu regeln: Es sind dies Eigenschaften des Ventils, welche die Kontrolle des Flüssigkeitsstroms in einem Rohrsystem basierend auf der Verwendung dieser Parameter zur Betätigung des Ventils ermöglichen. In den meisten Anwendungen des Absperrventils gemäss der vorliegenden Erfindung werden seine Eigenschaften benutzt, um auf eine besonders anormale Fluidflussgeschwindigkeit anzusprechen.
Der Ventilkörper wird gebildet als ein Abschnitt der Rohrwand und bildet einen zungenähnlichen Körper, der in einem halbkreisförmigen Zylinder eingesetzt ist, wobei sich dieser Zylinder bezüglich der Flussrichtung quer dazu erstreckt. Der Ventilkörper wird von einem Ventilgehäuse aufgenommen, welcher die untere zylindrische Hälfte des Ventilkörpers umfasst. Das Ventilgehäuse besitzt einen prismatischen Körper, der Kanäle oder ähnliche Durchbrüche besitzt, um bei einer Schliessbewegung des Ventils hydraulisches Fluidum von der einen Kammer zur anderen zu bringen. Diese Anordnung ist im Ventil vorgesehen, um die Schliessbewegung zu kontrollieren, so dass Schockwellen im Rohrsystem vermieden werden. Nach einer ersten Anhebbewegung des Ventilkörpers wird die Schliessgeschwindigkeit bestimmt durch die Geschwindigkeit, mit welcher hydraulische Flüssigkeit von einer Kammer zur anderen gebracht wird.
Die Kanäle dienen somit dem Ausgleich von hydraulischem Fluidum bzw. Druck zwischen den beiden Kammern. Gleichzeitig bilden die Kanäle ein Drosselorgan im Durchgang zwischen den Kammern, so dass eine gewünschte Reduzierung der Schliessgeschwindigkeit des Ventilkörpers erreicht wird, indem das Eintreten von Fluidum in die Kammer gedrosselt wird. Ist die Schliessbewegung des Ventils eingeleitet, so nehmen die Druckdifferenzen und entsprechend die Kräfte, welche die Schlussphase der Schliessung betreffen, überhand.
Bei Ventilen, bei welchen eine grosse Schliessgeschwindigkeit kein Risiko von Schockwellen in Rohrsystemen und entsprechenden Schäden verursachen, ist kein Bedarf für ein Bremsmechanismus für die Schliessbewegung wie oben beschrieben. In solchen Fällen ist eine Dämpfvorrichtung am genannten heraushebenden Abschnitt hinreichend.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein vertikaler Schnitt durch ein Absperrventil der vorliegenden Erfindung, entlang der Linie I-I der 2;
2 ein vertikaler Schnitt entlang der Linie II-II der 1;
3 ein horizontaler Schnitt entlang der Linie III-III der 1;
4 ein vertikaler Schnitt durch das Absperrventil in der geschlossenen Position.
In den Figuren ist das Ventilgehäuse allgemein mit dem Bezugszeichen 1 angegeben. Das Ventilgehäuse bildet eine zentrale Durchflusspassage 2, welche bei der gezeigten Ausführung einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, wobei hier jedoch irgend eine Querschnittsform möglich ist.
Der untere Bereich des Ventilgehäuses bildet einen liegenden Halbzylinder, der sich quer zur Flussrichtung erstreckt. Am Boden dieses Zylindersitzes ist ein prismatischer Körper angeordnet, der hydraulische Kammern in der offenen und geschlossenen Position des Ventils bildet. Der prismatische Körper 8 besitzt gebohrte Kommunikationskanäle 5 zwischen den beiden hydraulischen Kammern 4 und 6, welche hydraulische Flüssigkeit beim Schliessen und Öffnen von der einen Kammer zur anderen transportieren.
Der Ventilkörper 3 besitzt einen zentralen Bereich mit einem Bett 9 zur schwenkbaren Lagerung eines zylindrischen sich quer erstreckenden Ventilkörpers und besitzt eine Zunge, die so ausgebildet ist, dass sie in der geschlossenen Position gemäss 4 den Durchgang 2 vollständig schliesst.
Der Ventilkörper 3 erstreckt sich (relativ unbedeutend) in die Durchflusspassage mit einem Endabschnitt 7, der gemäss 1 stromaufwärtsseitig eine konvexe Kurvatur besitzt (Q gibt die Fliessrichtung des Fluidums an). Anstelle dieser konvexen Kurvatur, welche mit dem Reibungskoeffizient des Endabschnittes 7 für die Funktion des Ventils bei Beginn der Schliessbewegung ist, kann der Endabschnitt, der sogenannte heraushebende Abschnitt der heraushebenden Fläche auch mit einem oder mehreren Winkeln ausgebildet sein.
Bei normalen üblichen Fliessbedingungen in der Durchflusspassage 2 fliesst Fluidum in der Richtung Q bei normaler Fliessgeschwindigkeit, normaler Viskosität und normalem Druck bzw. Temperatur. Der heraushebende Abschnitt 7 des Ventilkörpers 3 ist dem Fluss des Fluidums ausgesetzt, jedoch ist die anhebende Kraft zu klein, um den Ventilkörper in die geschlossene Position anzuheben.
Wenn immer eine anormale Fliessbedingung besteht, welche eine erhöhte Fliessgeschwindigkeit, eine geänderte Viskosität und/oder erhöhte Temperatur und/oder fallenden Druck verursacht, so verursachen diese Änderungen von einer normalen zu anormalen Bedingungen des Flusses ein Herausheben des heraushebenden Oberflächenabschnittes 7 des Ventilkörpers. Erhöhte Durchflussgeschwindigkeit verursacht negativen Druck in der Kammer 6 und positiven Druck in der Kammer 4, was zu einem Herausheben des heraushebenden Abschnittes verursacht, wobei der Ventilkörper 3 gedreht wird. Eine Änderung der Viskosität beeinflusst die heraushebende Oberfläche des Abschnittes 7 direkt, wobei der Radius der Kurvatur und der Reibungskoeffizient an der Oberfläche das Herausheben des heraushebenden Abschnittes 7 verstärken.
Ein Druck- und/oder Temperaturexpansionskissen 10 kann unmittelbar unterhalb des zungenförmigen Bereiches des Ventilkörpers angeordnet sein. Ein Druckabfall oder ein Temperaturanstieg in der Rohrleitung bewirkt dann, dass der zungenförmige Bereich noch weiter die Durchflusspassage 2 hineinragt und heraushebende Kräfte bewirkt.
Das Ventil kann auch geschlossen werden, indem eine externe Quelle verwendet wird, um hydraulisches Fluidum von der Kammer 4 in die Kammer 6 zu bringen.
Nach einem vorläufigen Herausheben bzw. Schwenken des Ventilkörpers bewegt sich der Ventilkörper 3 durch die anhebende Kraft der heraushebenden Fläche 7 in die geschlossene Position, wobei ein grösserer Bereich der Durchflusspassage 2 ausgesetzt ist. Die Schliessbewegung wird zunehmend übernommen durch die Druckunterschiedskräfte entlang der schliessenden Oberfläche. Diese Druckunterschiedskräfte halten das Ventil in der geschlossenen Position bis ein Druckausgleich auf beiden Seiten des schliessenden Bereichs vorliegen.
Das Öffnen des geschlossenen Ventils erfolgt nach einem Druckausgleich auf beiden Seiten des Ventilkörpers 3, wonach der Ventilkörper 3 in die ursprüngliche Position zurücktreten kann. Der Ventilkörper 3 kann in einer möglichen Ausführung so ausgebildet, gestaltet und angeordnet sein, dass er allein durch Schwerkraft in die offene Position zurückfällt, oder der Ventilkörper kann mit einem Stössel in die Ruheposition gebracht werden, wobei dieser Stössel durch das Ventil gegen die übliche Flussrichtung eingebracht wird.

Claims

Fluidbetätigtes Absperrventil mit einem Ventilgehäuse (1), welches mit einer durch es hindurchführenden Durchflusspassage (2) von gewünschter Querschnittsform ausgebildet ist, und mit einem beweglichen gestützten Ventilkörper (3), der zwischen einer offenen Ventilposition, bei der der Ventilkörper (3) im wesentlichen aus der Durchflusspassage (2) zurückgezogen ist, die damit im wesentlichen freigegeben ist, und einer geschlossenen Ventilposition beweglich ist, bei der der Ventilkörper die Durchflusspassage (2) blockiert und das Ventil schliesst, und wobei der Ventilkörper (3), wenn das Ventil offen ist, sich mit einem relativ kleinen Abschnitt (7) in die Durchflusspassage (2) hineinerstreckt und damit dem Fluss eines Fluids unterworfen wird, welches durch die Durchflusspassage (2) in einer vorbestimmten Flussrichtung (Q) hindurchfliesst, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte, relativ kleine Abschnitt (7) des Ventilkörpers (3) eine Gestalt und Gewicht hat, so dass die Fluidkräfte, die von einer normalen Durchflussrate durch das Ventil in der vorbestimmten Flussrichtung (Q) stammen, unfähig sind, den Ventilkörper (3) aus seiner offenen Position zu bewegen, wohingegen dass die Fluidkräfte, die von einer anormalen Durchflussbedingung des Fluids, welches durch die Durchflusspassage (2) in der vorbestimmten Flussrichtung (Q) hindurchfliesst, aus einer erhöhten Fluidflussrate, einem Wechsel in der Fluidviskosität und/oder der Temperatur stammen, den Ventilkörper (3) aus seiner offenen Position herausheben und somit den gesamten Ventilkörper (3) schliessen.
Fluidbetätigtes Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) in dem Ventilgehäuse (1) gehalten wird, welches in seiner offenen Position eine erste Kammer (4) bildet, die mit einem hydraulischen/pneumatischen Fluid gefüllt ist und mit einer zweiten Kammer (6) über Drosselkanäle (5) kommuniziert, so dass in der Schliessbewegung des Ventilkörpers (3) das hydraulische/pneumatische Fluid durch die Drosselkanäle (5) aus der ersten Kammer (4) in die zweite Kammer (6) gezwungen wird.
Fluidbetätigtes Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) mit Stopfen (11) versehen ist, die während der Verschlussbewegung in sequentieller Weise die Drosselkanäle (5) zum Passieren des hydraulischen/pneumatischen Fluids zwischen den Kammern (4, 6) abschliessen, um die Verschlussgeschwindigkeit in der letzten Phase der Verschlussbewegung abzusenken.
Fluidbetätigtes Absperrventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (7) des Ventilkörpers (3), der sich in der offenen Position des Ventils in die Durchflusspassace (2) erstreckt, eine konvexe Kurvenform an seinem stromaufwärts gelegenen Ende relativ zur Durchflussrichtung (Q) des Fluids aufweist.
Fluidbetätigtes Absperrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (7) des Ventilkörpers (3), der sich bei einem offenen Ventil in die Durchflusspassage hineinerstreckt, einen im Winkel stehenden Abschnitt an seinem stromaufwärts gelegenen Ende relativ zur Durchflussrichtung (Q) des Fluids aufweist.
Fluidbetätigtes Absperrventil nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilbett (9) zur gleitenden Aufnahme des Ventilkörpers (3) im wesentlichen die Form eines Zylinderabschnittes aufweist, und dass der Ventilkörper (3) im wesentlichen eine entsprechende Umkreisform umfasst.
Fluidbetätigtes Absperrventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3), der teilweise als ein Zylinderabschnitt ausgebildet ist, in verschwenkbarer Weise in dem Ventilgehäuse (1) gestützt wird, in welchem zu diesem Zweck ein zentrales zylindrisches Bett (9) ausgebildet ist, in welchem der Ventilkörper (3) in gleitender Weise gestützt wird und das mit dem verbleibenden Teil des Ventilkörpers (3) verbunden ist.
Fluidbetätigtes Absperrventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte zylindrische Bett (9) mindestens einen Teil des Abschnittes (7) des Ventilkörpers (3) bildet, der sich bei einem offenen Ventil in die Durchflusspassage hineinerstreckt.