DE970951C - Bruchsicherung fuer Druckraeume, insbesondere bei Gasturbinen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 13. NOVEMBER 1958

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DES DEUTSCHEN

PATENTAMTES

B₂₃₃₉S XI1147 g

Es sind für unter Druck stehende Räume, in denen mit unvorhergesehenen Drucksteigerungen gerechnet werden muß, schon Bruchsicherungen in Form von ebenen Platzscheiben oder tellerbodenförmigen Reiß folien bekannt, die insbesondere auch bei heißen Druckmedien Anwendung finden. Derartige Bruchsicherungen werden in erster Linie dort angewendet, wo sich plötzliche Drucksteigerungen durch Sicherheitsventile nicht mehr beherrschen lassen oder wo die Temperatur des Druckmediums und damit auch der Umgebung so hoch ist, daß federbelastete Sicherheitsventile durch Erwärmung der Feder in ihrer Spannung nachlassen. Gewichtsbelastete Sicherheitsventile können wegen der zu großen Gewichte meist nicht angeordnet werden.

Müssen große Mengen des Druckmediums plötzlich entspannt werden, so tritt bei der Verwendung einer einzigen Platzscheibe, insbesondere bei höherem Betriebsdruck, ein sehr heftiger Druckstoß beim Aufreißen der Scheibe ein, der für die gesamte Apparatur sehr schädlich sein kann. Um diesem Nachteil zu begegnen, ist schon vorgeschlagen worden, zwei Platzscheiben hintereinander anzuordnen und den Raum zwischen den beiden Platzscheiben mit der Atmosphäre durch eine feine Öffnung zu verbinden. Diese Öffnung soll ein langsames Entweichen des unter Druck stehenden Mediums ermöglichen und dem Bruch der nachgeordneten zweiten Scheibe vorbeugen. In ähnlichem Zusammenhang ist es auch bekannt, eine Druckumkehrsicherung von zwei hintereinandergeschal-

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teten Platzscheiben vorzusehen, jedoch Scheiben zu verwenden, die in wesentlichem Umfang gewölbt sind, wobei deren konvexe Flächen einen geschlossenen Raum begrenzen, der evakuiert ist. Zur Sicherung größerer Leitungsquerschnitte, die unter hohen Betriebsdrücken stehen, müssen die Platzscheiben eine erhebliche Wandstärke besitzen, welche die Sicherheit bzw. Genauigkeit des Ansprechens bei einer kritischen Druckerhöhung wesentlieh herabsetzt. Dieser Nachteil ist sowohl bei der Anwendung nur einer Platzscheibe als auch bei der obenerwähnten Hintereinanderschaltung von zwei Scheiben gegeben·.

Nach der Erfindung ist nun vorgesehen, die An-Sprechgenauigkeit von zur Sicherung von Druckräumen hintereinandergeschalteten Platzscheiben dadurch zu verbessern, daß der Druck zwischen den Scheiben durch die Zufuhr eines Mediums geregelt wird, und zwar derart, daß der Druck hinter jeder Scheibe kleiner ist als vor der Scheibe. Eine derartige Anordnung ermöglicht nicht nur, den Druckunterschied für jede einzelne Scheibe gegenüber dem vollen Druckunterschied bei Anwendung einer einzigen Scheibe gering zu halten, sondern läßt sich auch ohne Schwierigkeiten dazu verwenden, in an sich bekannter Weise die Temperatur der Platzscheiben durch ein Kühlmittel herabzusetzen. Durch eine Regeleinrichtung wird erreicht, daß der auf jede Scheibe wirkende Druckunterschied zwischen dem Druck vor und dem hinter der Scheibe bzw. die auf jede Scheibe wirkende Spannungsbeanspruchung etwa gleich groß ist. Es empfiehlt sich ferner, für die Sicherung von mit heißen Medien gefüllten Druckräumen die Anordnung nach der Erfindung noch dadurch zu verbessern, daß das zur Druckregelung verwendete Druckmedium zur Kühlung der inneren Scheibe fortlaufend abgeführt wird. Die Kühlung des auf die Scheibenaußenseite wirkenden Druckmediums wird dadurch besonders einfach. Die unmittelbar gegen den abzudichtenden Raum angeordnete Platzscheibe kann ferner auch durch eine Isolierschicht abgeschirmt werden. Sämtliche Vorkehrungen gegen die Wärmeeinwirkung heißer Medien auf die innerste Platzscheibe lassen sich einzeln oder gemeinsam bzw. wahlweise anwenden. Der beschriebene Aufbau einer Bruchsicherung für Druckräume hat besondere Bedeutung bei Gasturbinen, weil die heißen Druckgase an ihrem Entstehungsort un-5u mittelbar abgeführt werden können, ohne daß die Festigkeit der Platzscheiben durch Hitzeeinwirkung beeinträchtigt wird.

Zur Regelung des Druckes hinter den Platzscheiben bzw. zur Regelung des auf jeder einzelnen Scheibe lastenden Druckunterschieds wird unmittelbar hinter die erste Platzscheibe, auf deren Vorderseite der Betriebsdruck wirkt, ein Medium mit geringerem Druck geleitet, das z. B. über eine Drossel und unter Einschaltung einer Kühlung auch aus dem Druckraum entnommen sein kann. Der Druck in den hintereinanderliegenden Druckräumen zwischen den einzelnen Platzscheiben wird durch Reduzierventile mit Differenzdruckregelung von einem zum anderen Raum möglichst konstant gehalten. Die letzte, das ist die vom abzusichernden Druckraum am weitesten entfernte Platzscheibe, besitzt als Gegendruck lediglich den der Außenatmosphäre. Bei gleicher Größe und Form sämtlicher Platzscheiben ist die Einstellung eines gleichen Druckunterschieds für jede Platzscheibe die günstigste. Sofern jedoch das nach außen führende Entspannungsrohr eine der Expansion des Druckmediums entsprechende konische Erweiterung besitzt, empfiehlt es sich, den Druckunterschied so zu regeln, daß bei sämtlichen Platzscheiben die gleiche Spannungsbeanspruchung vorliegt.

Platzt durch Überschreitung des zulässigen Vordruckes im Druckraum die erste, also innerste Platzscheibe auf, so erhöht sich der Druck vor der zweiten Platzscheibe auf den Betriebsdruck. Diese Platzscheibe erhält somit einen erhöhten Vordruck, der weder durch die Leitung für die Abführung des Kühlmediums noch durch die Reduzierleitung sofort abgeführt werden kann, weshalb sie ebenfalls aufreißt. Dieses Spiel setzt sich für alle hintereinandergeschalteten Platzscheiben fort, wobei allerdings dann für die letzte oder die letzten Platzscheiben im allgemeinen die Abführleitung für das Kühlmedium entfällt. Durch zweckdienliche Gestaltung der Druckräume zwischen den einzelnen Platzscheiben wie auch der Leitung für die Abführung des Kühlmediums und der Reduzierleitungen kann man die zeitliche Aufeinanderfolge des Aufplatzens der einzelnen Scheiben beeinflussen. Es ist auch möglich, durch geringe Verstärkung der nachfolgenden Platzscheiben den zeitlichen Ablauf des Aufreißens zu verlängern. Spllte aus betrieblichen Gründen auch noch die Verwendung von Sicherheitsventilen wünschenswert sein, so können diese an Stelle der letzten Platzscheibe oder einer der vorletzten eingebaut werden.

Der Einbau der Platzscheiben in das Entspannungsrohr kann beliebig erfolgen, z. B. können die Platzscheiben mit einem Außen- oder Innenflansch gehalten oder eingeschweißt werden. Das Ansprechen der Bruchsicherung, also das Zerreißen oder auch nur das Durchbiegen der ersten oder einer der nachgeordneten Platzscheiben läßt sich ferner zur Auslösung von Regelvorgängen oder von Signalen verwenden.

Die Erfindung sei nachfolgend an Hand der Abbildung an einem Beispiel näher erläutert: In das Entspannungsrohr 1 ist. als Abschluß des Druckraumes die Platzscheibe 2 eingebaut, die nach dem Druckraum 3 zu, falls dieser sehr heiß ist, mit einer Isolierschicht 4 versehen ist. Ferner sind in dem Entspannungsrohr 1 zwei weitere hintereinandergeschaltete Scheiben 5 und 6 vorhanden. Das gegebenenfalls als Kühlmittel wirkende Gegendruckmedium wird durch die Leitung 7 über das Reduzierventil 8 in den Druckraum p2 eingeleitet. Der Differenzdruckregler 9 steuert das Reduzierventil 8 so, daß zwischen den Druckräumen pi und p2 ein konstanter einstellbarer Druckunterschied auf der Platzscheibe 2 lastet. Die Leitungen 10 verbinden den Druckraum p2 mit dem Druckraum />3, wobei

wiederum der Differenzdruckregler 11 mittels des Reduzierventils 12 den auf der Platzscheibe 5 lastenden Druckunterschied regelt. Schließlich wird der Druckunterschied zwischen dem Druckraum p3 und dem Außenraum /»4 durch die ins Freie entspannende Leitung 13 mit dem zugehörigen Differenzdruckregler 14 nebst Reduzierventil 15 ebenfalls geregelt bzw. konstant gehalten.

Die Kühlung der innersten Platzscheibe 2 wird, falls eine solche erforderlich ist, dadurch erreicht, daß ein Teil des durch die Leitung 7 strömenden Druckmediums durch die Leitung 16 abströmt. Dabei kann die abströmende Menge mittels des Temperaturreglers 17 und des Mengenregelventils 18 so gesteuert werden, daß die Platzscheibe 2 eine bestimmte Temperatur nicht überschreitet. Selbstverständlich kann der auf den Regler 17 wirkende Temperaturimpuls auch unmittelbar durch die Platzscheibe 2 gegeben werden. Mit Einbauten, wie

z. B. der Schürze 19, kann die Strömung des Kühlmediums so geleitet werden, daß die Platzscheibe 2 gleichmäßig gekühlt wird. Erforderlichenfalls kann die Strömung auch so geführt werden, daß die Scheibe 5 ebenfalls noch gekühlt wird. Selbstverständlich kann eine beliebige Zahl von Platzscheiben von beliebiger Form Verwendung finden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Bruchsicherung für Druckräume mit mehreren hintereinandergeschalteten Platzscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zwischen jeweils zwei Scheiben durch Einführen und gegebenenfalls Abführen eines Mediums geregelt wird, und zwar derart, daß vom gesicherten Druckraum aus der Druck hinter jeder Scheibe kleiner ist als vor der Scheibe.
2. 2. Bruchsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf jede Scheibe wirkende Druckunterschied zwischen dem Druck vor und nach der Scheibe oder daß die auf jede Scheibe wirkende Beanspruchung etwa gleich groß ist.
3. 3. Bruchsicherung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Druckregelung verwendete Medium zur Kühlung der inneren Scheibe fortlaufend abgeführt wird.
4. 4. Bruchsicherung mit Platzscheiben für Räume mit heißem Druckmedium, insbesondere für Gasturbinen, nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platzscheibe gegen den abzusichernden Raum durch eine Isolierschicht abgeschirmt ist.
5. 5. Bruchsicherung nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwirkung des Gegendruckmediums geregelt werden kann.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 91750, 513067, 656756, 881592, 88159s;

   USA.-Patentschrift Nr. 2 387 353.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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