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Trockensicherung gegen Sauerstoffrücktritt und Flanunenrückschlag
bei Acetylenanlagen Acetylexierzeugungsanlagen, welche zur Versorgung von Schweiß-
und -Schneidbrennern und ähnlichen Geräten bestimmt sind, mügsen durch eine Sicherheitseinrichtung
geschützt werden, welche das Zurücktreten von Luft oder Sauerstoff in die Entwickler
oder Gasbehälter wirksam verhindern und einen Flammenrückschlag unschädlich machen.
In Deutschland dürfen solche Einrichtungen. nur verwendet werden, wenn ihre Zuverlässigkeit
durch eine Bauartprüfung ;nachgewiesen wird und die Zulassung zum Verkehr durch
dem. Deutschen Acetylenausschuß ausgesprochen ist. Bislang wurde die Zulassung nur
für Einrichtungen mit Flüssigkeitsverschluß, die sog. Wasservorlagen, erteilt. Diesen
an sich zuverlässigen Sicherungen haftet der Mangel an, daß die Zuverlässigkeit
von dem Vorhandensein der ric'htig'en Wasserfüllung, also der Zuverlässigkeit der
Bedienung, abhängt. Das Streben geht daher dahin, eine Sicherung ohne Flüssigkeitsverschluß
und olle Wartungsnotwendigkeit, eine sog. selbsttätige Trockensicherung zu finden,
welche die gleiche Zuverlässigkeit aufweist, wie -eine gute Wasservorlage. Bislang
sind solche Trokkensicherungen in Deutschland noch nicht an Stelle von Wasservorlagen
zugelassen worden.
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Die Bedingungen, welche hierzu erfüllt werden müssen, sind folgende:
i. Die Sicherung muß im Dauerbetrieb dien Rücktritt von Sajwerstoff vom Brenner
her zum Stehen bringen, `sio daß er keinesfalls über die Sicherung hinaus bis in
die Aeetylezianlage möglich ist. Der Sauerstoff kann nur plötzlich zurücktreten
(Sauerstoffrückschlag), -er kann aber auch ganz allmählich, also. schleidWnd, vor
sich gehen (Rücktritt von gahleirhendem Sauerstoff).
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2. Die Sicherung muß eine Rückzündung, also seinen Flammenrückschlag
zuverlässig ablöschen, wenn einmal Sauerstoff bis in die Aaetylena:alage zurückgetreten,
also die Acetylenleitung zwischen .Anläge und Brenner mit einem Knallgasgemisch
gefüllt sein sollte.
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Die zweite Forderung ist bei dem heutigen Stande der Technik bereits
durch trockene Sicherungen erfüllbar. Es sind Vorrichtungen helnt, welche unter
-Zuhilfenahme des Grundsatzes der Verzögerung durch eine Umleitung dies Flammenrückgchlages
zwischen zwei Schaltelementen einen mechanischen Abschluß der Gaszufuhr bewirken,
so daß der .Rückschlag lein geschlossenes Zuströmventil vorfindet und zum Erlöschen
kommt.
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Die ferste Forderung, daß zuverlässig sowohl der plötzliche als auch
der schleichende Sauerstoffrücktritt aufgehalten werden muß, igt bei dem heutigen
Stande der Technik noch nicht ;restlos erfüllt. Die Schwierigkeit besteht darin,
daß mechanischen Verschlüssen,
Ventilen usw. eine gewisse Trägheit
innewohnt, so daß ein zuverlässiger Abschluß .erst dann erfolgt, wenn der Rückdruck
gegenüber dem Zuströmdruck zum Brenner eine gewisse Stärke angenommen hat. Auch
bei leichtester Bauart des Verschlußorgans tritt hierin keine Änderung auf, im Gegenteil
ist hier unter Umständen ein neuer Übelstand zu beobachten, daß im Augenblick des
Druckausgleichs, wenn also der Rückdruck gleich dem Zuströmdruck geworden ist, ein
Vibrieren eintritt, welches das zuverlässige Schließen verhindert. Derartige Sicherungen
sind daher nach bisherigen Erfahrungen nur geeignet, plötzlichen Rücktritt aufzuhalten,
nicht aber schleichenden Rücktritt. Man hat daher versucht, den Rückdruck als Schließkraft
auszuschalten und das Schließmittel durch eigene Schwerkraft schließen zu lassen.
Da derartige Sicherungen, die zuverlässig arbeiten können, einen hohen Strömungsverlust
durch das Anheben des schweren Verschlußmittels, z. B. Ventilteller, verursachen,
hat man sinnreiche Membran- und Differenzmembraneinrichtungen zum Anheben des Verschlußmittels
durchgebildet. Auch diese Sicherungen, welche bereits einen großen Fortschritt bedeuten,
sind noch keine endgültig einwandfreie Lösung.
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Es ist ferner bereits ein Gasrückstromsicherungsventil rinn Schutze
von Gasmessern und Rohrleitungen bekannt, welches aus einem durchs den Differenzdruck
vor und hinter einer Stauscheibe in der Verbrauchs-Leitung von einer Membran gesteuerten,
bei sinkender Ventilspindel sich öffnenden Ventil besteht, bei dem die vor der Stauscheibe
abzweigende Steuerleitung in die obere Membrankammer und die hinter der Stauscheibe
abzweigende Steuerleitung in die untere Membrankammer geführt ist. Um ein sicheres
Schließen. dieses Ventils bei Gasrücktritt zu erreichen, muß über die Stauscheibe
ein tatsächlicher Gasrückstrom -von bestimmter Stärke einsetzen, da nur dann der
zum Schließen ,des Ventils .erforderliche Überdruck in der unteren Membrankammer
auftreten kann. Bei langsamem Rücktritt von Sauerstoff, also bei nur geringem überdruck
in der unteren Membrankammer, tritt jedoch der bekannte Schwebezustand des Ventils
auf, der kein zuverlässiges Schließen des Ventils darstellt.
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Dien Sauerstoffrücktritt .kann auch nicht durch sein weiter bekanntes
Rückschlagventil verhindert werden, bei dem der Ventilkörper aus einer Gummimembran
besteht, welche auf einem Ventilsitz aufliegt. Das Ventilgehäuse wird hierbei zwar
in zwei Kammern unterteilt, jedoch strömt das Gas nicht durch beide Kammern, sondern
nur durch die erste Kammer, in welche :es aus der Zuleitung eintritt und welche
es durch den Ventilsitz verläßt. Die zweite Kammer steht nur durch eine Nebenleitung
mit der Verbrauchsleitung hinter dem Ventil in Verbindung, so daß Während des Fließzustandes
vor und hinter der Membran annähernd der gleiche Druck herrs'c'ht. Auch bei diesem
Ventil würde bei Sauerstoffrücktritt der bekannte Schwebezustand eintreten.
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Auch eine ,weitere Sicherung, bei der ein zum Absperren dts zurücktretenden
Sauerstoffs Feder- oder gewichtsbelastetes Ventil und ein zum Aufhalten von Explosionen
dienendes Rückschlagventil Ober- -und unterhalb zweier mittig und lose miteinander
gekuppelten und in ihrer wirksamen Fläche ungleich großer Membranen angeordnet sind
kund bei der die Räume unter und über den Membianen durch eine Verzögerungsleitung
miteinander verbunden sind, hat mit der vorliegenden Sicherung nichts weiter gemeinsam,
als daß in beiden Fällen ein in Betri@ebsströmrichtung sich öffnendes Ventil, welches
von zwei Membranen gesteuert wird, vorhanden ist. Darm erschöpft sich aber auch
die übereinstimmung mit dem Erfindungsgegenstand. Es trifft nicht zu, daß das Ventil
die Gaszüströmkammer von Gasausströmkammer trennt, da die Gasa@usströmkammer bei
der bekannten Einrichtung von einer Leitung gebildet wird, also dem Leitungsabschnitt,
welcher der Leitung hinter dem Ventil 13 des Erfindungsgegenstandes, in der Betriebsströmrichtung
gesehen, entspricht. Die beiden I,',amm@ern, auf deren Druckdifferenz die Membranen
.ansprechen, werden bei der bekannten Sicherung nicht von. der B.etriebsgasmenge
durchströmt. Dieses geschieht vielmehr durch eine Leitung, welche um die Membranen
heruggeleitet ist. Das öffnen und Schließen des Ventils der bekannten Sicherung
geschieht auch nicht durch eine Momentendiffenenz.
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Schließlich ist @es keineswegs erforderlich, daß der Erfindungsgegenstand
mit zwei Membranen arbeitet, sondern @es genügt auch eine Membran. Schon hieraus
ergibt sich der grundsätzliche Unterschied zwischen der bekannten und der vorliegenden
Einrichtung, denn die bekannte Einrichtung, kann ohne zwei Membranen nicht bestimmungsgemäß
arbeiten. Die bekannte Einrichtung bietet auch keinen ausreichenden Schutz gegen
stärkeren Sauerstoffrücktritt, da infolge der losen Kupplung _der Membranen das
obere Ventil durch die .obere Membran ohne weiteres geöffnet wird.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Trockensicherung, welche
durch ein einziges Verschlußorgan sowohl gegen Sauerstoffrücktritt als auch gegen
Flammenrückschlag Sicherheit bietet. Bei der Sicherung
gemäß der
Erfindung wird im Gegensatz zu den bekannten Sic'he'rungen weder der Rückdruck des'
Gases noch die Schwere des Vers'chlußmittels zur Erreichung dieses Zieles ausgenutzt,
sondern zum Öffnen und Schließen des Verschlußmittels werden Kräftemomente ausgenutzt,
welche in Abhängigkeit vom Zuströmdruck und Strömungszustand des Gases stehen.
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Der Erfindungszweck wird dadurch erreicht, daß das Ventil gewichtsbelastet
und über sein hebelartiges Giestänge mit der öder den Membranen verbunden ist, die
eine Bestandteil der zwischen beiden Kammern angeordneten Trennwand bilden. Das
Ventil wird dabei durch das von der Druckdifferenz in den beiden Kammern bedingte
Moment bzw. die Momentdifferenz der Ventilmembrankupplung gesteuert. Auf dem Hebel
befindet sich ein Gewicht, welches verstellbar ungeordnet ist. Ferner kann -ein
zweites zwischen der Ausströmkammer und der Verbraltung ,angeordnetes Ventil mit
der ;auf den größeren Hebelarm des Hebels wirkenden Membran gekuppelt sein.
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Durch die Trockensicherung gemäß der Erfindung wird im Gegensatz zu
den bekannten Sicherungen bereits ein sicherer Abschlul3 gewährleistet, ehe überhaupt
ein Druckausgleich erfolgt. Es genügt die Unterschreitung eines' bestimmten Druckgefälles
zwischen. Zuströmkamnmer und Ausströmkammer, um ein zuverlässiges Schließen zu gewährleisten.
Zusätzlich besteht xioch die Möglichkeit infolge der verstellbaren Anordnung des
Gewichtes die Schließkraft des Ventils zu erhöhen, ohne das Ventilgewicht selbst
zu ändern.
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Gegenüber den bekannten Sicherungen wird mit Anordnung des zweiten
Ventils zwischen Ausströmkammer und Verbrauchsleitung sein Gasdurchgang durch: die
Membranen wirksam verhindert, wenn. diese undichtwerden. Durch diesen übelstand
@entsteht nämlich Neigung zum Druckausgleich, was zur Folge hat, daß sich das zweite
Ventil.` schließt und damit die Betriebstätigkeit der Sicherung aufhebt.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Trockensicherung gemäß
der Erfindung rein schematisch. dargestellt.
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Das Ventilgehäuse i wird durch eine gasdichte Trennwand a meine Zuströmkammer
,3 und eine Ausströmkammer ¢ geteilt. In der Trennwand z befindet sich ein Ventilsitz
5 mit Ventilteller 6, welcher durch eizi Gestänge 7 und einen ungleicharmigen Hebel
8 mit zwei flächengleichen Membranen 9 gekuppelt ist. Der Hebel 8 ist im Drehpunkt
io gelagert. An ihm greift im Punkt i i ein Gewicht 1z an. Das Gas verläßt dis .Ausströmkammer
und strömt dann durch die Verzögerungsleitung (nicht gezeichnet) über das Ventil.
13, welches durch das Gestänge i q. mit der Membran gekuppelt ist, welche
auf dien größeren Hebelarm des Hebels 8 wirkt. Zur ausgeglichenen Wirkungsweise
der Sicherung sind zwei Membranen vorgesehen; die Sicherung arbeitet auch mit einer
Membran ei:nwandfrei.-Tritt der Zuströmdruck vom Acetylenentwickler her in die Kammer
3 ein, so wirkt er auf die beiden Membranen 9 gleichmäßig ein, und dieselben schlagen.
aus. Zufolge, des ungleichen Hebelarms 8, mit dem sie gekuppelt sind, entstehen
zwei ungleiche Momente; die im Sinne der Zeichnung rechts' liegende Membran schlägt
weiter aus, so daß der Ventilteller 6 ,angehoben wird und das Gas in die Abströmkammer
übertreten kann. Hierbei ist gleichzeitig das Ventil-I3 angehoben, und das Gas kann-
zum Brenner abströmen. Der gleiche Vorgang würde sich, wie bereits erw-ähnt, abspielen,
wenn die im Sinne der Zeichnung links liegende Membran fehlen und nur ein leinarmiger
Hebelarm .am Drehpunkt i o wirken würde.
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Mit dem' Übertritt des, Gases von der Kammer 3 zur Kammer q. tritt
sein weitgehender Druckausgleich zwischen den Kammern Es würde daher das Moment
bzw. die Momentendifferenz, welche das Öffnen der Ventile bewirkt, praktisch gleich
Null werden, rund das' Ventil müßte sich sofort wieder scbließ@e. Um dies zu verhindern,
muß, ein bestimmter Druckabfall zwischen den Kamm= hergestellt werden, damit ein
bestimmtes öffxiungsmoment der Membranen erhalten bleibt. Dies geschielht durch
das Schließmoment, welches durch das Gewicht i a auf den Ventilteller 6 dauernd
ausgeübt wird. Hierdurch entsteht ein Strömungswiderstand, der denn erforderlichen
Druckabfall sicherstellt, so daß das Ventil im Strömungszüstande geöffnet bleibt.
Wird dieser- Strömungs'zustand irgendwie gestört, z. B. durch Schließen des Gasabgangshahnes
am Brenner, Rücktritt von S;auers'toff, Flammenrückschlag u. dgl. m., so schließt
sich das Ventil, sobald der Druckabfall zwischen Zu- und Ausströmkammer die erforderliche
Höhe unterschreitet. Es tritt dann ein. Mömentenausgleich und damit ein Schließen
des Ventils ein, ohne daß überhaupt völliger Druckausgleich in der Sicherung stattzufinden
braucht. Das ursprünglich zur Erhaltung des Strömungszustandes erforderliche Gewichtsmoment
wirkt jetzt zusätzlich schließend, sobald der den Momentenausgleich hindernde Druckabfall
unterschritten wird. Der Abschluß erfolgt also zuverlässig, ehe überhaupt der Sauerstoffrücktritt
oder Flammenrückschlag bis zur Aus'strämkammer zurückgelaufen ist. Im letzten Falle
muß allerdings der Weg zwischen
Ausströmkammer und Brenner genüge;ad
lang bemessen werden, damit nicht bei der großen Zündgeschwindigkeit eines Knallgasgemisches
der Zündfunke die Ausströmkammer erreicht, ehe der Abschluß erfolgt ist. Der Gedanke
der Verzögerung spielt daher auch hier eme Rolle. Es handelt sich aber ,nicht um
eine Verzögerung zwischen zwei Schließelementen, sondern um die Verzögerung zwischen
Zündstelle und dem alleeinigen Schließmittel.
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Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß die gleiche Sicherung
auch als Druckregler, Druckminderer und Sicherheitsventil Verwendung finden kann.