DE8890019U1 - Rohrbruchsicherheitsventil - Google Patents

Description

- 1 -ROHRBRUCHSICHERHEITSVENTIL

Diese Erfindung gehört dem Gebiet der leitungsgebundenen Transport-, Pneumatik-.und Hydrauliksysteme an.

Die praktischen Erfahrungen zeigen uns immer wieder, dass leider viel zu oft solche Systeme einen Schaden erleiden. Die meisten Schaden entstehen durch Rohrbrüche, die entweder durch natürliche Erscheinungen - wie z.B. Korrosion, Einfrieren, Schwingungen etc. - oder durch irgendeinen menschlichen Sedienungsfehler hervorgerufen werden.

Die Auswirkungen eines P.ohrbruches -können z.B. in Form einer Wohnungsüberschwemmung, einer Strassenbeschädigung, eines Stillstandes eines verfahrenstechnischen Betriebsprozesses, eines Ausfalls einer hydraulischen Vorrichtung eintreten. Die Folgeschäden können oft unüberschaubare Ausmasse annehmen.

Bis heute werden die Rohrbrüche mit Hilfe sehr aufwendiger und teurer Vorrichtungen hauptsächlich im Bereich Hydraulik und in Systemen, die mit explosiven -jnd giftigen Medien arbeiten, eingesetzt, lien ist dabei auf Fremdenergiequellen - elektrischer C Strom, Magnete etc. - angewiesen. Durch die komplexe Ausführung solcher Geräte, die den Rohrbruch zu bewältigen haben, wird ihre Zuverlässigkeit und Steuerung aufwendig.

Die Tendenz dieser neuen Erfindung ist, viele verschiedenartige, leitungsgebundene Transport-, Pneumatik- und Hydraulik-Systeme vor den Rohrbruchschäden zu schützen. Dem neuen Sicherheitsventil werden -Hinsichtlich seiner Anwendung -keine Grenzen gesetzt, so dass der Aggregatzustand des Arbeitsmediums, eier Systemdruck und die -temperatur sowie die Grosse und das Material des Ventils eine untergeordnete Rolle spielen.

Die Haupta-jfcscs dieser Erfindung liegt also darin, einerseits das £r,:i\e:c.~.ei des Arteitsff.ediu.rs aus dem Svstem und

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andererseits den unausweichlichen Folgeschaden zu verhindern.

BESCHREIBUNG DCR TECHNISCHEN LÖSUNG DER ERFINDUNG

Das Rohrbruchsicherheitsventil besteht aus Ventilgehäuse (1), Ventilgehäusedeckel (2), Teller <3), Einstellmutter (4), Feder (5) sowie Dichtungen (6), (7), (14) und (15).

Das Ventilgehäuse (1) ist so ausgeführt, dass eine hohe Durchflusszahl - praktisch ein Mass für den Druckverlust durch Reibung und WirbelbiLdung, der sich beim Durchströmen eines Ventils ergibt - erzielt wird. Zusammen mit der Fläche der Nennweite des Ventils bilden sich sehr günstig« Ventilkennwerte, k -Wert genannt. Laut Definition ist der k -Wert diejenige Durchflussmenge in m'/h des Mediums bei S - 30° C, die bei einem Druckverlust von 1 bar durch das Ventil fliesst. Dieses Ventil besitzt einen sehr hohen k -Wert.

Der Ventilgehäuserfeckel (2), welcher mittels mehrerer Schrauben und dazwischen gesetzter Dichtung (14) mit dem Ventilgehäuse (1) fest verbunden ist, ist konstruktiv so gestaltet, dass in seinem unteren, breiteren Teil der Ventilteller (3) untergebracht ist. Seine Führung übernimmt die Bohrung, die sich im mittleren Teil des Ventilqehäusedeckels (2) befindet. Somit kann der Schaft des Ventiltellers (3) exakt geführt werden.

Der Druckregler besteht aus einer Feder (5) und einer Einstellmutter (4). Die beiden Teile sind im oberen Teil des Vcnc.ilgehäusedeckels (2) untergebracht. Die Verbindung zwischen der Einstellt butter (6) und des Ventilgehäusedtckels (2) erfolgt durch das Ceivinde.

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Dichtung (7") stellt einen O-Ring dar. Dieser dicht.it gegenüber Hülsendichtung (6), die aus einem Material mit seh- niedrigem Reibungskoeffizienten besteht, ab.

Dichtung (15) ist ebenfalls aus einem sitzdichtend-jm Material (z.B. NBR [Perbunan]). Ihre Aufgabe ist, die absolute Dichtung zwischen dem Ventilteller (3) und dem Ventilsitz zj erzielen.

Arbeitsprinzip

Das Ventil arbeitet auf folgende Art und Weise: Das ankommende Medium passiert die Zuleitung (8) am Ventilgehäuse (1) und über die Umlenkkammer (9) erreicht es die Tellerkammer (10). Die feder (5) wird durch die Einstellmutter (4) belastet und übt Druck gemäss BILD 1 auf den Ventilteller (3) aus. Dieser ist bestrebt, eine Bewegung nach unten auszuüben, kann er aber nicht, da der aus der Richtung der Ableitung (13) und Ausoleichskammer (12) herwirkende Druck auf der unteren Seite des Ventiltellers (3) eine Gegenkraft ausübt. Sie ist grosser als die Federkraft, so dass beim Stillstand des zu transportierenden Mediums (v = 0) das Ventil geöffnet ist. Die Federcharakteristik wird so gewählt, dass die Feder eine geringfügig kleinere Kraft besitzt als die Kraft, die der Druck in der Ausgleichskammer (12) auf die projizierte Tellerschaftfläche ausübt. Das heisst mit anderen Worten, dass nur die Fläche des Tellerschaftes im Zusammenhang mit dem Druck in der Ausgleichskammer (12) entscheidend bei der Wahl der Feder ist. Alle anderen Wirkkräfte werden fast völlig eliminiert, weil der Druck ober- und unterhalb des Tellersitzes annähernd gleich gross ist. Obwohl die Strömung durch das Ventil dynamische Charakteristiken aufweist, dürfen die Kräftegleichgewichte als statisch betrachtet werden. Bei grösseren nassenstroffidicnten wird die Fliessgeschwindigkeit durch die Ausgleichskammer (12; grosser und damit der in ihr herrschende Druck kleiner. Durch

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die geringere Gegenkraft, die sich jetzt eingestellt hat, nirrtmt die feder selbständig eine neue Gleichgewichtslage ein. Der Kolben ist um einen äquivalenten Betrag nach unten versenkt, wodurch die Feder ihre ursprüngliche Kraft verliert und sich einer neuen Gegenkraft anpasst. Dieses Gleichgewichtsspiel ist nur dann möglich, wenn die Änderungen der Strömungsverhältnisse unterhalb eines kritischen Wertes ablaufen; Di«? ist bei fast allen technisch kontrollierbaren Fliessprozessen der Fall. Nur dort, wo es zu Gewaltbrüchen der Leitungen kommt, ist das Erreichen des kritischen Wertes zu erwarten. In diesem Fall entfällt die Gegenkraft, da der Druck in der Ausgleichskammer (12) prompt abgebaut w^irde, und die Federkraft bewirkt das Schliessen des Ventils. Dieser Schliessprozess wird verzögerungsfrei und ohne einen hydraulischen Stoss zu verursachen erfolgen. Dafür sorgt die Schliessdämpfung, die die besondere Ausführung des Ventiltellers und der Deckel ermöglichen. Sie wird dadurch erreicht dass der Ventilteller einen um einiges geringeren Durchmesser hat als die Bohrung des Ventilgehäusedeckels im unteren Teil. Will man die Schliesszeit verkürzen/verlängern, ist grösserer/kleinerer Ventilteiierdurchmssser anzustreben, tine weitere Möglichkeit, sie zu kontrollieren ist, s. Fig. 4, durch die spezielle Ausführung des Ventiltellers gegeben. Die Bestimmung der Schliessgeschwindigkeit wird durch die Anzahl der Bohrungen definiert.

Unabhängig davon, welche der möglichen Massnahmen für die Schliesszeitbestimmung zu ergreifen sind, ist es wichtig darauf zu achten, dass ein völliges Verschliessen in den Ventilgehäusedeckel (2)_z_ur Funktionsstörung führt.

Bohrung (11) dient erstens dazu, die Bruchstelle der Leitung schneller und leichter zu finden und zweitens, falls Schliessen verursacht wurde, durch überschreiten der maximal erlaubten Durchflussmenge dss automatische Öffnen des Ventils zu ermöglichen. Dies ivird dadurch erreicht, dass die

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Entnahmestelle zugemacht wird, wodurch sich die Drücke in Tellerkammer (10) und Ausgleichskammer (12) ausgleichen und die Gegenkraft die Federkraft bewältigt und die Bewegung des Ventil tellers (3) nach oben - Offnen - ermöglicht. Bei gasförmigen, giftigen und extrem heissen/kalter. Medien entfallen die Bohrungen (11) und (47). Die Abwesenheit von Bohrung (47) kann durch Bypasss (37) ersetzt werden, wenn es sich um Rohrbruchsicherheitsventile grösserer Nennweiten handelt. Bei kleineren Nennweiten wird mit Hilfe des Hebels (16), im BILD 3 dargestellt, das Ventil manuell geöffnet.

Wird eine höhere Leckagesicherheit verlangt, werden anstelle von O-Ringen (7) andere technische Lösungen herangezogen. Eine davon ist der Einbau eines Balges (17) zwischen dem Teller (3) und dem Ventilgehäusedeckel (2), dargestellt im BILD 5, bzw. bei grösseren Nennweiten zwischen dem Teller (21) und der Ventilgehäusedeckelplatte <44), dargestellt im BILD 6. Durch feste und dichtungssichere Verbindungen der Bälge (17) und (43), z.B. durch Löten, Kleben etc. erzielt, wird eine 100S-ige Ventilabdichtung erreicht.

Claims (7)

1. nsprüche

   .1. Rohrbruchsicherheitsventil, bestehend aus einer

   Ventilteller (3) mit einem Ventilsitz und einer Ableitung (13) mit einem Ableitungsdruck (p2), dadurch \5 gekennzeichnet, daß auf die Oberseite des frei

   beweglichen Ventiltellers (3) die einstellbare Kraft einer Feder (5) und eine obere Flächenkraft, bestehend aus deir· Umgebungsdruck auf eine obere Fläche (FL) und auf die Unterseite des Ventiltellers (3) eine untere Flächenkraft (F2p2), bestehend aus dem Ableitungsdruck

   (p2) auf eine untere Fläche (F2), wirkt, wobei die obere Fläche (Fl) und die untere Fläche (F2) mit dem Ventilsit>;-Öffnungsquerschnitt (FNW) übereinstimmen und im güö£Chüten Normalzustand des Ventils die Kraft de. Feder (5; kloinor ist als die untere Flächenkraft (F2p2) =
2. 2. Rohrbruchsicherheitsventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Leitung (18) zwischen der Zuleitung (8) und dem Raum (41) auf der Oberseite des Ventiltellers (3), wobei der Querschnitt der Leitung (18) die Schließzeit des Ventils bestimmt.

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3. 3. Rohrbruchsicherheitsventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet

   durch eine Bohrung (11) oder einen Bypass (37) zum Druckausgleich zwischen Zuleitung (3) und Ableitung (13)

   zur automatischen Öffnung des Ventiltellers (3) nach Beseitigung eines Rohrbruchs.

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4. 4. Rohrbruchsicherheitsventil nach Anspruch 3, gekennzeichnet
   durch einen externen, durch ein Ventil (37)
   absperrbaren Bypass (36) (Fig. 2).
5. 5. Rohrbruchsicherheitsventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet i

   durch einen Hebel (16) zur manuellen Öffnung des >|

   Ventiltellers (3) Hach Beseitigung eines Rohrbruches. |
6. 6. Rohrbruchsicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 -

   . bis 5, gekennzeichnet durch Dichtungen (7, 29) im |

   Ventiltellerschaft (3, 51) sowie eine Dichtung (14, 30) |

   zwischen dem Ventilgehäuse (&lgr;, 19) und dem I

   Ventilgehäusedeckel (2, 20) (Fig. 1, 2).
7. 7. Rohrbruchsicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 J

   bis 5,gekennzeichnet durch einen Balg (17, 43), welcher %

   einerseits mit dem Ventilgehäusedeckel (2, 44) und ' andererseits mit der Oberseite des Ventiltellers (3, 21)

   gas-dicht verbunden ist. |

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