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Federbelastetes Sicherheitsventil für Dampfkessel Bei Dampfkesselsicherheitsventilen
mit Hochhubwirkung des Ventilkegels treten während des Abblasens besonders große
Dampfmengen aus, die in starker Wolke das Sicherheitsventil umhüllen und dadurch
eine Beobachtung der Hubbewegtmg des Ventilkegels im praktischen Betriebe nahezu
unmöglich machen. Auch kann nicht überwacht werden, ob die Hochhubeinrichtung des
Sicherheits ventils richtig eingestellt ist und die Hochhubwirkung voll zur Auswirkung
kommt; denn die Stärke der Dampfwolke läßt keine einwandfreien Rückschlüsse zu.
Besondere Schwierigkeiten bereitet aber die Einstellung solcher Hochhubsicherheitsventile
auf den richtigen Abblasedruck. Bei einem einfachen Sicherheitsventil kann bei in
Betrieb bafindlichen Dampfkesseln die Stellschraube der Feder so lange geregelt
werden, bis dass Sicherheitsventil abzublasen beginnt. Die dann austretenden Dampfmengen
sind verhältnismäßig gering unrd dem Bedienungspersonal nicht gefährlich. Anders,
ist es dagegen bei einem Hochhubventil. Sobald die Einstellung richtig erfolgt ist,
öffnet das Ventil schlagartig und stößt große Dampfmengen aus, die ein Verweilen
in der Nähe des Ventils unmöglich machen. Die Einstellung erfordert deshalb meist
besondere Zusatzeinrichtungen und muß unter Beachtung besonderer Vorsichtsmaßregeln
erfolgen. Diese Schwierigkeiten, die oft die richtige praktische Ausnutzung und
die .einwandfreie Einstellung des Hochhubventils gefährden, sollen durch die Erfindung,
die aber auch für einfache Sicherheitsventile anwendbar ist und dort Vorteile bietet,
beseitigt werden.
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Gemäß der Erfindung wird zwischen der Schließfeder und :dem zugehörigen
Federteller .ein an sich bekannter, mit Flüssigkeit gefüllter Membrankörper angeordnet,
der den Druck der Einstellschraube durch einen napfartigen Zwischenteller auf die
Feder überträgt und dessen Innendruck durchein Manometer meßbar ist. Der Membrankörper
ist zweckmäßig im Napf des Zwischentellers im Innenraum der Schraubenfeder untergebracht.
Zwischen dem auf der Feder aufliegenden Rand des Zwischentellers und dem üblichen
Federteller, auf den die Einstells.chrauble wirkt, befindet sich ein geringer Zwischenraum,
der so klein bemessen wird, daß bei einem etwaigen Bruch des Membrankörpiers die
Veränderung der Federspannung nicht zu sehr ins Gewicht fällt. Der Zwischenraum
muß also um so größer sein, je schlanker die
Charakteristik, und
muß um so kleiner sein, j- steiler die Charakteristik der Schließfeder ist.
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Der Membrankörp.er ist mit einer frost- und hitzebeständigen Flüssigkeit
gefüllt, de, da sie praktisch unkomprimierbar ist, den durch die Einstellschraube
auf den Federteller und über diesen auf den Membrankörper übertragenen Druck in
vollem Umfange auf die Feder weiterleitet, so daß also die Kraft der Einstellschraube
genau so wirkt, als wenn sie unmittelbar durch den Federteller auf die Feder übertragen
würde.
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Das Manometer ermöglicht eine einwandfreie Einregelung des Ventils
auch bei ,einem unter Druck stehenden Kessel. Es zeigt hei entsprechender Einteilung
der Skala unmittelbar an, auf «-elchen Abblasedruck das Ventil eingestellt ist;
denn der im M:embranriörper entstehende Druck entspricht der Fe:d@erspannun:g und
diese wieder dem auf den Ventil.-kegel wirkenden Kesseldruck, der der Federspannung
das Gleichgewicht hält. VVtiterhri ermöglicht das Manometer die Beobachtung der
Arbeitsweise des Ventils bei unter Druck stehendem Kessel. Dieses wird dadurch erreicht,
daß am Manometer eine Skala vorgesehen wird, die. proportional der Federcharakteristik
geeicht ist. Jeder Zu.sammendrückung der Feder entspricht ein der Federkraft gleicher
Flüssigkeitsdruck im Membrankörper, so daß der Druck im Membrankörper auch ein Maßstab
für die Federspamiung ist und damit einen Maßstab für die Zusammendrückung der Feder
und dadurch wiederum auch den Ve@ntilkegelhub .ergibt.
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An derManometerslala kann also unmittelbar die Zusammendrückung der
Feder und damit der Hub des. Ventilkegels abgelesen werden. Der Kesselwärter ist
also ohne v-eit.eres in der Lage, sich jederzeit beim Abblasen des Sicherheitsventils
davon zu überzeugen, ob die Hochhubwirkung richtig eingesetzt hat und voll zur Auswirkung
kommt. Jede, Veränderung, die: etwa durch Abnutzung der Dichtungsfläche entsteht,
wird sofort zur Anzeige gebracht. Damit die Einsstellung des Sicherheitsventils
auf den gewünschten Abblasedruck einwandfrei .durchgeführt werden kann, isst das
Manometer, wie schon erwähnt, mit einer zweiten Skala versehen, die genau anzeigt,
mit welcher Kraft die Feder bei der jeweiligen Einstellung der Stellschraube auf
den Ventilkegel drückt. Da die Kraft der Feder immer dem auf die Kegelfläche wirkenden
Abblasedruck das. Gleichgewicht halten muß, kann die Einteilung der zweiten Skala
des Manometers unmittelbar in AtmosphärenkesseIdruckerfolgen, so daß die Stellschraube
nur so lange verstellt zu werden braucht, bis das Manometer den als Abblasedruck
gewünschten Kesseldruck anzeigt. Sobald diese Einstellung erreicht ist, drückt die
Feder auf den Ventilkegel :mit einer Kraft, die dem engestellten Abblasiedruck das
Gleichgewicht hält. In dem Membrankörper selbst herrscht ein höherer Druck, der
aber der Federkraft verhältnisgleich ist, so daß dessen Absolut--wert ohne Interesse
ist. Die andere Skala, die die Hubbewegung des Ventilkegels anzeigt, kann erfindungsgemäß
verdrehbar angeordnet werden, so daß sie so eingestellt werden kann, daß ihr Anfangs-
oder Nullpunkt gegenüber dem jeweiligen AbbIasedruck liegt, der auf :der zweiten,
Skala angezeigt wird. Der Zeiger des Manometers steht infolge der entsprechenden
Einstellung der Stellschraube normalerweise auf dem dem Abblasedruck .entsprechenden
Skalateil der zweiten Skala und bei der oben beschriebenen Einstellung der ersten
Skala darin gleichzeitig auf dem Nullpunkt dieser ersten Skala, so daß bei eintretendem
Abblasen des Sicherheits.ventils unmittelbar der Hub abgelesen «-erden kann.
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Es ist bereits eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der die Zusammenpressung
der Feder eines. Sicherheitsventils durch eine Skala angezeigt wird. Eine solche
Anzeige der Zusammenpr essung der Feder ermöglicht aber keinen eindeutigen Rückschluß
auf die tatsächliche Spannung der Federkraft, also auf den Abblasedruck des Sicherheitsventils.
Die Feder des Sicherheitsventils kann nicht als Meßorgan angesehen werden; denn
die Kraft, mit der die Feder auf den Ventilteller wirkt, ist keine. eindeutige Funktion
der Zusammenpressung der Feder. Die Erfahrung beweist, daß die Spannung einer Feder
Änderungen unterliegt; es treten Ermüdungen ein, außerdem entstehen Spannungsänderungen
der Feder durch Temperaturänderungen. Das wirkt sich gerade bei Sicherheitsventilen
äußerst schädlich aus. Eine Feder, die auf ein bestimmtes Maß zusammengepreßt ist,
übt je nach der Temperatur, unter der diese Feder steht, eine ganz. verschiedene
Kraft aus. Es ist deshalb nicht möglich, durch Anzeigen der Zusammenpressung der
Feder eindeutige Rückschlüsse auf den Druck zri ziehen, mit dem der Ventilteller
jeweils gegen seinen Sitz gepreßt wird.
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Die vorbeschriebene erfindungsgemäße Einrichtung hat dagegen den großen
Vorteil, daß jede Änderung der Federspannung durch Erwärmung infolge Ausstrahlung
des Kessels oder infolge Abkühlung, die z. B. bei Lokomo,tiven während der Winterperiode
eintritt. sofort eindeutig angezeigt und durch entsprechende Verstellung der Einstellschraube
berücksichtigt werden kann. Bei Lokomotiven ist es deshalb ein ganz besonderer Vorteil,
daß
das Manometer mit den erfindungsgemäßen Skalaeinteilungen im Führerhaus angebracht
werden kann, so daß seine Beobachtung und Kontrolle der Arbeitsweise des Sicherheitsventils
auch während .der Fahrt möglich ist.
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Das Manometer kann in einem unter Verschluß liegenden, mit Glasscheiben
versehenen Kasten untergebracht werden, so daß eine Fälschung der Anzeige unmöglich
ist. Dadurch hat das Überwachungspersonal die Möglichkeit, jederzeit die richtige
Einstellung des Sicherheitsventils mit einem Blick zu prüfen. Es, ist also nicht
möglich, daß, wie dies sonst bei Sicherheitsventilen leicht vorkommen kann, vom
Kesselpersonal unbefugterweise am Sicherheitsventil herumgestellt wird. Das Kesselpersonal
neigt ja erfahrungsgemäß sehr leicht dazu, das Sicherheitsventil zu verstellen,
um das lästige Abblasen bei nachlässiger Feuerführung zu vermeiden, ohne daß ich
das Kesselpersonal über die großen Gefahren, die damit verbunden sind, im. klaren
ist. Wenn ein registrierendes Manometer angewendet wird, kann eine nachträgliche
Überprüfung der Arbeitsweise des Ventils und aller Einstellungen ierfolgen.
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In Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In
dem. Gehäuse des Sicherheitsventils ist der Ventilkegel b auf seinem Sitza dichtend
:ei!ngeschlffen. Die Belastung des Ventilkegels. b erfolgt durch die Feder m, welche
durch einen unteren Federteller n auf den Ventilkegel b drückt. Der obere
Federteller g wirkt erfindungsgemäß nicht unmittelbar auf die Feder in, sondern
ist mit einem Membrankörper g1 verbunden, der mit seinem unteren geschlossenen Boden
gegen .einen napfförmig gestalteten Zwischenteller y drückt,- der sich innerhalb
des durch die Federwindungen geschaffenen Hohlraumes befindet und mit ,einem oberen
Randre über die Fe.derm greift. Der na.pfförmige Teil des Zwischentellers r ist
so tef ausgeführt, daß zwischen dem Rand t^1 und dem oberen Federteller g nur ein
geringer Zwischenraums vorhanden ist, der-erfindungsgemäß nur unwesentlich größer
ist als die sich aus der Flüssigkeitsverdrängung durch die Nachgiebigkeit des Manometers
bei den praktisch vorkommenden Druckveränderungen ergebende Längenänderung cles
Memibrankörpers., so. daß bei einer etwaigen Beschädigung es Membrankörpers die
dann gegen den oberen Ventilteller c/ zurückweichende Feder ihren Druck auf den
Ventilkegel b ausübt und damit .den Abblasedruck nur wenig ändert.
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Von dem Innenraum des Membrankörpers führt eine Rohrleitung
1 durch die axial durchbohrte Einstellschraube t, aus der die Feder überdeckenden
Kappe ta heraus zu einem Manometer v, das zweckmäßig in der Nähe des Heizerstandes
oder an sonstiger geeigneter Stelle so, angebracht wird, daß -es jederzeit leicht
beobachtet werden kann. Bei Lokomotiven wird dieses Manometer zweckmäßig im Führerstand
der Lokomotive auf der Heizerseite angebracht. Das Manometer ist mit einer Skala
w versehen, welche beim Abblasen des Sicherheitsventils die Hubbewegung des Ventilkegels
anzeigt. Diese Hubbewegung hat eine Zusammenpressung der Feder und damit eine Steigerung
des Flüssigkeitsdruckes in dem Membrankörper g, zur Folge. Da die Zusammendrückung
der Feder und der im Membrankörper entstehende Flüssigkeitsdruck verhältnisgleich
sind, kann die Skala w unmittelbar in Millimeterhubhöhe des Ventilkegels b eingeteilt
werden. Die zweite Skala ivl ist so eingeteilt, da.ß sie den durch die Feder
m auf den Ventilkegel b übertragenen Druck in Atmosphären, bezogen
auf die Kesselfläche, anzeigt, also :ein unmittelbares Ablesen des Abblasedruckes
gestattet. Die Skala w ist gegenüber der Skala tvl verschiebbar, so daß der Nullpunkt
x so eingestellt werden kann, daß er gegenüber dem jeweils eingestellten Abblasedruck
x1 liegt. Verstellungen des Zeigers y, die ohne gleichzeitiges Abblasen von Dampf
erfolgen, bedeuten eine Veränderung der Einstellung des Abblasedruckes; Verstellungen
des Zeigersy dagegen, die unter gleichzeitigem Abblasen von Dampf erfolgen, kennzeichnen
die Hubbewegung des Ventilkegels b. , Während Abb. i das Sicherheitsventil in geschlossenem
Zustande zeigt, ist dieses in Abb.2 in geöffnetem Zustande dargestellt. Die Feder
ist gespannt, der Zeiger y des Manometers entsprechend dem Ventilhub vorgerückt.
Der Abstand s hat sich dadurch, daß die Manom.eterfeder .etwas nachgibt, eine Kleinigkeit
geändert. Da diese Änderung des Abstandes, aber je nach dem verwendeten Manometer
(Plattenfeder- oder Röhrenfeder-Manometer) sehr gering ist, kann der Ab-
stands
überhaupt, wie aus dieser Abbildung hervorgeht, sehr klein ausgeführt werden, so
daß selbst eine Zerstörung des Membrankörp:ers g, keinerlei nennenswerte Veränderungen
der Wirkungsweise des Sicherheitsventils zur Folge hat. Da auf keinen Fall eine
Erhöhung des. Abblas.edruckes, sondern nur eine Verringerung stattfindet, ist Lein
Bruch :der Metallmembran unbedenklich für die Betriebssicherheit des Kessels.
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Die Einstellung des Sicherheitsventils isst außerordentlich einfach.
Die Einstellschraube ti wird so@ lange verdreht, bis der Zeigery auf der Skalawi
den gewünschten
Abblas.edruck anzeigt. Die Skala tv wird dann so
lange verdreht, bis. ihr Anfangspunkt gegenüber dem Abblasedruck liegt. Das Sicherheitsventil
ist dann betriebsfertig.
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In Abb.3 ist noch ein weiteres: Ausführungsbeispiel der Erfindung
gezeigt, bei -dein durch die axial durchbohrte Einstellschraube zwei, Rohrleitungen
geführt sind, die die im M:embrankörper eingeschlossene Flüssigkeit mit einer Kühlfläche
z in Verbindung bringen, so daß eine übermäßige Erwärmung der Füllflüssigkeit vermieden
wird.