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Hochhubsicherheitsventil mit Hochhubauslöser Die Erfindung hat ein
Sicherheitsventil besonderer Bauart zum Gegenstand, und zwar ist unterhalb der Hochhubfläche
eine Kammer vorgesehen, die durch willkürlich bedienbare Austrittsöffnungen mit
der Atmosphäre verbunden werden kann, so daß der Druck aus der Kammer entweicht
und ein vorzeitiges Schließen des Sicherheitsventils ermöglicht wird.
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Es sind Sicherheitsventile bekannt, bei denen trotz der beim Öffnen
des Ventils stark zunehmenden Federbelastung ein Hochhub dadurch erzielt wird, daß
am Kegelrand eine zusätzliche Fläche angeordnet ist, auf die der austretende Dampf
einen statischen oder dynamischen Druck ausübt. Weiter sind Hochhubsicherheitsventile
mit vergrößertem Kegelrand bekanntgeworden, die im äußersten Rand der seitlich umschließenden
Hohlwand des wirksamen Ventilteils bis zur höchsten Hubstellung zur Regelung des
Dampfauslasses entsprechend geformte Ausschnitte in der Hohlwand besitzen. Diese
Maßnahme stellt zwar schon einen Fortschritt gegenüber den sonst üblichen Hochhubsicherheitsventilen
dar, indem das Nachblasen, d. h. das verspätete Schließen, geringer ist als bei
sonst üblichen Sicherheitsventilen, jedoch muß auch bei diesen Ventilen in Kauf
genommen werden, daß es, wenn das Ventil geöffnet wird, in Hochhubstellung geht
und nach Erreichen dieser Hochhubstellung
erst schließt, wenn der
Kesseldruck unterschritten ist. Nur das Maß, um das der Kesseldruck unterschritten
wird, ist bei diesen Sicherheitsventilen geringer als bei den sonst üblichen Hochhubsicherheitsventilen.
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Durch die erfindungsgemäße Bauart wird nunmehr erreicht, daß der Hochhub
schon vorzeitig, also bevor der Kesseldruck auf seine normale Höhe herabgesunken
ist, unterbrochen werden kann.
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Zwar sind derartige Einrichtungen zum Unterbrechen des Hochhubes bereits
bekannt, jedoch haben sie den Nachteil, daß bei etwaigem Hängenbleiben der Betätigungseinrichtung
des Sicherheitsventils der Kegel nicht mehr in der Lage ist, die Hochhubstellung
zu erreichen. Die Folge davon ist die Gefährdung des Kessels.
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Gemäß der Erfindung sollen diese Nachteile dadurch beseitigt werden,
daß in an sich bekannter Weise die den Austritt aus der Hochhubkammer beim normalen
Abblasen steuernde Kante der Hochhubfläche bzw. die Innenseite des die Hochhubfläche
umgebenden Staurandes so geformt ist, daß in jeder Hubstellung des Ventils nahezu
Gleichgewicht zwischen der auf dem Kegel lastenden Federkraft und der Hubkraft des
Dampfes unterhalb der Hochhubfläche und unterhalb des Kegels besteht. Es soll nur
ein ganz geringer Kraftüberschuß vorhanden sein. Gleichzeitig sollen erfindungsgemäß
die Austrittsöffnungen, durch die willkürlich der Druck aus der Hochhubkammer abgeblasen
werden kann, im Querschnitt so gering bemessen sein, daß bei ihrem Öffnen der Kammerdruck
gerade eben um den Betrag gesenkt wird, um den die Hubkraft größer ist als der Federdruck.
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Durch die erfindungsgemäße Vereinigung einer nach obigen Angaben geformten
Hochhubfläche bzw. eines entsprechend geformten, die Hochhubkammer umgebenden Staurandes
und eines, wie beschrieben, engen Austrittsquerschnittes der Hochhubkammer ergibt
sich einerseits der große Vorteil, daß kleine Absperrorgane zum Ablassen des Druckes
aus der Hochhubkammer genügen, andererseits der Vorteil, daß auch dann, wenn einmal
die Betätigungseinrichtung, durch welche die Austrittsöffnungen der Hochhubkammer
geöffnet und geschlossen werden, versagen sollte, ein selbsttätiges Öffnen des Sicherheitsventils
gewährleistet ist.
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Gemäß der Erfindung werden, um die letztgenannte Wirkung zu erreichen,
die Form des Staurandes und die Größe der willkürlich bedienbaren Austrittsöffnungen
so aufeinander abgestimmt, daß normalerweise, also bei geschlossener Austrittsöffnung
der Hochhubkammer, der Hochhub des Ventils schon etwas unterhalb der zulässigen
Höchstüberschreitung des Kesseldruckes eintritt, hei etwas offengebliebener Austrittsöffnung
dagegen der Kesseldruck, bevor der Hochhub einsetzt, etwas weiter ansteigt, aber
noch innerhalb der höchstzulässigen Höchstüberschreitung des Kesseldruckes Vollhub
erzeugt. Die einzelnen Bauteile und Querschnitte werden also so aufeinander abgestimmt,
daß sich erfindungsgemäß eine Wirkungsweise ergibt, wie sie schematisch durch das
Diagramm der Fig.2 dargestellt ist. Dabei können die Druckstufen P1 und P2 je nach
den Betriebserfordernissen nahe beieinanderliegen oder weiter auseinandergezogen
sein. Die Ausführung wird aber so getroffen, daß die höchste Druckstufenüberschreitung
P2 innerhalb der zulässigen Höchstüberschreitung des Kesseldruckes liegt, also im
allgemeinen ioo/o des Kesseldruckes nicht übersteigt.
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In Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der
Kegel a des Sicherheitsventils wird durch eine Feder b gegen die Dichtungsfläche
des Ventilsitzes c gepreßt und hält dem normalen Kesseldruck das Gleichgewicht.
Übersteigt der Kesseldruck die zulässige Grenze, so öffnet sich der Kegel a etwas,
und der Dampf tritt in die Kammer d ein, aus der er nur durch den Spalt
e endweichen kann. Je enger der Spalt e ist, desto höher ist der Druck
in der Kammer d. Die Kurve f des Staurandes, welche den Spalt bei den verschiedenen
Hubstellungen des Ventilkegels a begrenzt und demzufolge den Druck in der Kammer
d, der auf die Hochhubfläche g wirkt, beeinflußt, ist so geformt; daß bei jeder
Hubstellung die Summe der Drücke unter dem Kegel gleich dem Federdruck ist. Beim
Öffnen des Kegels a tritt infolge des ausströmenden Dampfes eine Druckabsenkung
unterhalb des Kegels a ein. Dieser Druckabfall wird zum Teil durch die dynamische
Energie des Dampfes wieder ausgeglichen. Der verbleibende Rest muß dann durch den
Druck des Dampfes in der Kammer d, der auf die Hochhubfläche ä wirkt, ausgeglichen
werden. Gleichzeitig muß der Druck in dieser Kammer d so hoch und die Fläche g so
groß bemessen sein, daß die auf die Fläche g wirkende Kraft auch die beim Öffnen
des Ventils eintretende Zunahme des Federdruckes überwindet.
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Der die Kurve f tragende und die Kammer d umgebende
Staurand trägt in seinem unteren Teil Austrittsöffnungen h, die bei diesem Ausführungsbeispiel
durch einen Ringschieber i verschlossen werden. Durch ein Zuggestänge od. dgl. kann
der Ringschieber verdreht werden, wobei er dann die Austrittsöffnungen freigibt.
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Erfindungsgemäß ist nun die Kurve f so geformt und die Fläche g so
groß bemessen, daß sich bei jeder Hubstellung ein Spalt e bildet, der so groß bemessen
ist, daß in der Kammer d gerade der Druck entsteht, der notwendig ist, um der Zunahme
der Federkraft das Gleichgewicht zu halten, wobei gleichzeitig der Druckabfall unter
dem Ventilkegel ausgeglichen wird. Dabei werden gleichzeitig die Öffnungen h so
klein gehalten, daß beim Betätigen des Ringschiebers i die Druckabsenkung
im Raum d
nur gerade so groß ist, wie dieses notwendig ist, um das Gleichgewicht
aufzuheben, derart, daß die Kraft der Feder b den Dampfdruck unterhalb der Fläche
g und unterhalb des Kegels a überwindet und das Ventil schließt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß die Öffnungen
la so klein ausgeführt werden können, daß, wie schon erwähnt, einerseits
kleine
Absperrorgane, also in diesem Fall ein kleiner Ringschieber i, zur Betätigung ausreichen;
andererseits wird erreicht, daß auch bei etwas offenbleibendem Ringschieber i bei
gering weiterer Kesseldrucksteigerung trotz der offenen Austrittsöffnungen h Vollhub
erreicht wird, bevor die zulässige Kesseldrucksteigerung überschritten ist, so wie
dieses das Diagramm der Fig. 2 zeigt.
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Damit auch sonst die Abmessungen des Sicherheitsventils so klein wie
möglich ausfallen, wird erfindungsgemäß die Kurve f so geformt, daß bei voll geöffnetem
Ventil innerhalb der Kammer -d der kritische Druck entsteht. Der kritische Druck
ist der bei dieser einfachen Expansion (ohne erweiterte Düse) überhaupt erzielbare
Höchstdruck und ergibt demnach die kleinstmögliche Hochhubfläche.
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Bei sich schließendem Ventilkegel ist der Ausströmspalt e im Verhältnis
zur Kegelöffnung größer, so daß sich in der Kammer d ein niedrigerer Druck bildet,
der aber ausreichend hoch ist, da ja die Federkraft bei sich schließendem Ventil
ebenfalls abnimmt.