-
Vorrichtung zur Druckminderung und Überdrucksicherung Bei technischen
Anlagen und Einrichtungen der verschiedensten Art, bei denen Gase bestimmten Druckes
Verwendung finden, ist es vielfach von Bedeutung, den Gasdruck innerhalb bestimmter
Grenzwerte konstant zu halten. Der Druck darf also weder unter einen gewissen Mindestwert
absinken noch einen maximal zulässigen Höchstwert überschreiten. Wird eine solche
Anlage aus Hochdruckflaschen gespeist, so verwendet man hier bekanntlich Druckreduzierventile.
Diese sind so gebaut, daß ein Ventilkegel durch Drücke von zwei Seiten her betätigt
wird, wobei der Druck auf der einen Seite auf eine große Fläche, auf der anderen
Seite auf eine kleine Fläche ausgeübt wird. Auf der Seite mit der großen Fläche
genügt ein kleiner Druck, um die gleiche Kraft auszuüben, wie sie auf der Seite
mit der kleinen Fläche ein großer Druck ausübt. Steigt der Druck auf der Niederdruckseite
über das gewünschte Maß an, so wird der Ventilkegel geschlossen. Sinkt der Druck
auf der Niederdruckseite unter den Sollwert, so wird der Ventilkegel geöffnet, so
daß Gas von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite strömen kann. Die Einstellung
des gewünschten Niederdruckes erfolgt dabei im allgemeinen mechanisch durch Federdruck.
-
Das einwandfreie Arbeiten derartiger Ventile setzt aber eine verhältnismäßig
starke Gasentnahme auf der Niederdruckseite voraus. Ist dagegen die Gasentnahme
auf der Niederdruckseite nur sehr gering oder findet eine solche überhaupt nicht
statt; wie dies beispielsweise bei Gasdruckkabeln der Fall ist, so wird durch die
unvermeidbaren Undichtigkeiten im Ventilsitz das Gas auch bei geschlossenem Ventil
allmählich
durch die V entildichtungsfläche hindurchkriechen. Trotzdem
also der Ventilteller von der Niederdruckseite her in die geschlossene Stellung
gedrückt wird, wird daher der Druck auf der Niederdruckseite allmählich immer weiter
ansteigen, bis schließlich nach sehr langer Zeit sogar ein Druckausgleich zwischen
der Niederdruck- und Hochdruckseite stattfindet.
-
Man kann nun unzulässig hohe Drücke auf. der Niederdruckseite dadurch
vermeiden, daß man außer dem vorgeschriebenen Druckreduzierventil zusätzlich ein
Sicherheitsventil anordnet. Dieses Sicherheitsventil hat aber den Nachteil, daß
es einerseits nur sehr grob anspricht und andererseits ebenfalls praktisch nie ganz
gasdicht ist. Man wird also während der ganzen Betriebszeit der Anlage, auch wenn
das Sicherheitsventil gerade nicht angesprochen hat, Gasverluste in Kauf nehmen
müssen.
-
Gemäß der Erfindung kann sowohl bei Sicherheitsventilen als auch bei
Druckreduzierventilen ein vollkommen dichter Abschluß dadurch erreicht werden, daß
die Ventilsitze oder sonstigen Abschlußeinrichtungen nach dem Schließen von einer
Sperrflüssigkeit umgeben werden, die im Vergleich zum abzusperrenden Gas eine wesentlich
höhere Viskosität besitzt, so daß im geschlossenen Zustand der Ventilkegel od. dgl.
nicht mehr den Durchtritt des betreffenden Gases, sondern nur den Durchtritt der
Sperrflüssigkeit zu verhindern hat. Als Sperrflüssigkeit kann grundsätzlich jede
Flüssigkeit mit geeigneter Viskosität verwendet werden, so z. B. Öl, Quecksilber
od. dgl. Bei der praktischen Ausgestaltung der Erfindung wird die Anordnung so getroffen,
daß beim Schließen des Ventils die Sperrflüssigkeit auf einer Ventilseite, und zwar
der Hochdruckseite, bis an den Ventilsitz herangeführt wird, während beim Öffnen
des Ventils der Spiegel der Sperrflüssigkeit so weit von dem Ventilsitz entfernt
wird, daß ein ungehinderter Gasübergang stattfinden kann.
-
Im folgenden sollen an Hand der Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele
für die Erfindung näher beschrieben werden. Bei der in Fig. i dargestellten Anordnung
hat die an der Hochdruckseite A angeschlossene Druckflasche das an der Niederdruckseite
B angeschlossene Objekt, beispielsweise eiste Gasdruckkabelanlage über den Ventilkegel
i zu speisen. In der Fig. i ist die Stellung des Ventils im Augenblick der Speisung
gezeigt. Von der Flaschenseite A strömt das Gas über das geöffnete Ventil nach dem
Objekt B einerseits sowie nach einem mit elastischen Wandungen versehenen Gefäß
2 (Dehnungsgefäß) andererseits. Während die Fläche 3 des Atmungsgefäßes 2 feststehend
ist, hat die bewegliche Fläche q., die mit der Ventilachse 5 starr verbunden ist,
durch das Ansteigen des Druckes in B und der damit verbundenen Druckerhöhung in
dem Atmungsgefäß 2 das Bestreben, sich in der angedeuteten Pfeilrichtung nach oben
zu bewegen. Bei einer bestimmten Druckerhöhung schnappt der durch die Feder 7 angedrückte
Kugelsitz 8 durch die Aufwärtsbewegung der Achse 5 über den Nocken 6. Dadurch wird
das Schließen des Ventilkegels i bewirkt. Der Ventilkegel i seinerseits steht durch
die Achse 9 mit dem Dehnungsgefäß io direkt in Verbindung. Dieses Dehnungsgefäß
io, das im übrigen genau f so ausgebildet ist wie das Gefäß 2, enthält die Absperrflüssigkeit
ii. Beim Schließen des Kegels z wird das Dehnungsgefäß io durch die mit der Fläche
ioa in fester Verbindung stehende Achse 9 zusammengedrückt. Hierdurch schiebt sich
der Flüssigkeitsspiegel über die Einströmdüse 12 vor den Kegelsitz. Die Spiegelstellung
nach dem Schließen des Ventils i ist durch die gestrichelten Linien 13a und 13b
angedeutet. Infolge dieser Einstellung der Sperrflüssigkeit hat der Kegel i nunmehr
nur noch gegen die Flüssigkeit abzudichten. Diese wird durch das weitere Einwirken
des Druckes von A her vollkommen gegen den Kegelsitz i gedrückt. Der Spiegel 13'
verschiebt sich hierbei in Richtung der Einströmdüse 12, der Spiegel 13a dementsprechend
in Richtung des Kegelsitzes i. Die Abmessungen der Apparatur müssen so gewählt sein,
daß die Einströmdüse 12 noch unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 13b zu liegen kommt,
wenn der Spiegel 13a den geschlossenen Ventilkegel erreicht hat. Umgekehrt wird
bei Druckverminderung auf der Niederdruckseite die Fläche q. des Atmungsgefäßes
2 das Bestreben haben, sich entgegengesetzt der Pfeilrichtung nach unten zu bewegen.
Bei einem bestimmten Mindestdruck schnappt der durch die Feder 7 angedrückte Kugelsitz
8 durch die Abwärtsbewegung der Achse 5 über den Nocken 6 und bewirkt damit die
Öffnung des Ventils. In der gleichen Zeit wird auch das Atmungsgefäß io durch die
Achse 9 nach unten bewegt. Dadurch gehen die Flüssigkeitsspiegel 13a und 131 in
ihre Ausgangslage zurück und geben die Strömungsdüse i2 wieder frei. Die Gasspeisung
von A nach B kann von neuem beginnen. Ein Einfluß der Druckänderung auf das Atmungsgefäß
io auf der Hochdruckseite wird dadurch unterbunden, daß man durch eine von der Hochdruckleitung
A abgezweigte Verbindungsleitung 14 den Druckbehälter 15, der das Atmungsgefäß io
umgibt, unter dem gleichen Druck hält, der auf das Innere dieses Atmungsgefäßes
ausgeübt wird. Der durch die Verschiebung der Flüssigkeitsspiegel veränderliche
statische Druck ist belanglos. Die Einstellung der zulässigen Mindest- und Höchstdrücke
erfolgt durch geeignete Wahl des auf der Niederdruckseite eingebauten elastischen
Atmungsgefäßes 2. Gegebenenfalls kann man auch die Regulierung des Druckes in bekannter
Weise mechanisch, z. B. mittels eingebauter Federn, vornehmen.
-
Weitere Ausführungsbeispiele stellen die Fig.2 und 3 dar. In Fig.
2 wird bei Drucksteigerung auf der Niederdruckseite B bei geöffnetem Ventil das
Dehnungsgefäß 2 auf Grund seines größeren Flächendruckes das Dehnungsgefäß io in
der angegebenen Pfeilrichtung nach oben schieben. Hat die in dem i Atmungsgefäß
io vorhandene Sperrflüssigkeit ii die Spiegelhöhe e erreicht, so wird durch die
in diesem Augenblick erfolgende Berührung der Kontaktfedern 16 und 17 ein Stromkreis
für die Magnetspule 18 geschlossen und das Ventil durch Anzug des Ventilkegels i
gesperrt. Da jedoch das Kegelventil i nicht absolut gasdicht abschließt, kann noch
Gas über den Kegelsitz nach der Niederdruckseite B bzw. nach dem Dehnungsgefäß 2
strömen. Dadurch wird eine weitere Druckerhöhung im Dehnungsgefäß 2 bewirkt, das
dann seinerseits das Dehnungsgefäß io in der Pfeilrichtung
noch
weiter nach oben bewegt, wodurch schließlich infolge des damit verbundenen weiteren
Ansteigens des Flüssigkeitsspiegels e eine endgültige Absperrung des Kegelsitzes
durch die Flüssigkeit bewirkt wird. Umgekehrt wird bei Druckminderung auf der Niederdruckseite
B das Atmungsgefäß 2 durch Abwärtsbewegung entgegengesetzt der Pfeilrichtung das
Atmungsgefäß io mitnehmen und dadurch den Flüssigkeitsspiegel e so weit senken,
daß zunächst ein freier Gaszutritt zu dem Ventil erreicht wird. Bei weiterem Sinken
des Druckes in B erfolgt eine weitere Abwärtsbewegung des Gefäßes 2 und damit auch
des Gefäßes io, bis schließlich die Öffnung des Kontaktes zwischen den Federn 16
und 17 bewirkt wird. Damit wird der Stromkreis unterbrochen, die Magnetspule 18
gibt den Ventilkegel i frei, so daß wieder ein ungehindertes Durchströmen des Gases
von A nach B stattfinden kann. An Stelle der beschriebenen elektromagnetischen
Ventilbetätigung kann auch ohne weiteres eine elektromechanische Steuerung treten,
z. B. indem das Ventil über ein Getriebe durch einen Motor gesteuert wird.
-
Ähnlich ist die Wirkungsweise der in Fig. 3 dargestellten Anordnung.
Hier wird lediglich an Stelle des Kegelventils ein Filter i9 verwendet, das die
Eigenschaft hat, nur Gas und keine Flüssigkeiten durchzulassen. Zweckmäßigerweise
wird man in diesem Falle als Sperrflüssigkeit Quecksilber nehmen. Das Filter selbst
kann dabei beispielsweise aus einem geeigneten Papier, Ton; Kohle od. dgl. bestehen.
-
Schließlich stellt Fig. q. ein Ausführungsbeispiel für ein Sicherheitsventil
dar, bei dem die Erfindung mit dem gleichen Erfolg zur Anwendung kommen kann. Das
an der Niederdruckseite B angeschlossene Sicherheitsventil gibt bei einem bestimmten
Überdruck durch Absinken des Flüssigkeitsspiegels e das Filter i9 frei, so daß das
überschüssige Gas über das Filter in der Pfeilrichtung nach außen abströmen kann.
Wie bereits erwähnt, hat das Filter die Eigenschaft, nur Gase, aber keine Flüssigkeiten
durchzulassen. Als Flüssigkeit nimmt man hier zweckmäßig Quecksilber.