DK171444B1 - Trykaflastningsventil til trykudligning mellem et lukket rum og den omgivende atmosfære - Google Patents

Description

i DK 171444 B1

Opfindelsen angår en trykaflastningsventil til trykudligning mellem et lukket rum og den omgivende atmosfære. Et særlig vigtigt anvendelsesområde for sådanne trykaflastningsventiler er til tankskibe for olieprodukter og kemikalier, og i den følgende forklaring og 5 beskrivelse skal dette anvendelsesområde lægges til grund, omend det vil forstås, at de samme principper kan finde tilsvarende anvendelse for andre anvendelsesområder, f.eks. til stationære lagertanke og rullende transporttanke for flydende petroleumsprodukter eller kemikalier.

10 Når der på en tank påfyldes en vis vol umetrisk produktmængde pr. tidsenhed, f.eks. målt i m3/h, skal trykaflastningsventilen åbnes, når trykket i tanken kommer op over et i forvejen indstillet lukketryk, og derefter skal der pr. tidsenhed udblæses en gasmængde lig 15 med den pr. tidsenhed påfyldte produktmængde med et eventuelt tillæg for dampdannelse fra væskeoverfladen i tanken. Udblæsningsmængden pr. tidsenhed afhænger af ventilens strømningsmodstand - og dermed af ventilens løftehøjde - og af trykket i tanken. Den maksimale udblæsningsmængde pr. tidsenhed - med eventuelt fradrag for dampdan-20 nel se - som kan opnås, uden at trykket i beholderen overskrider en vis sikkerhedsgrænse, kaldes trykaflastningsventilens kapacitet, der således er et mål for den maksimalt tilladelige påfyldningsmængde pr. tidsenhed (f.eks. m3/h).

25 Den vol umetriske produktmængde, der påfyldes pr. tidsenhed, skal i det følgende betegnes som påfyldningsstrømmen (f.eks. m3/h), og den volumetriske gasmængde, der udblæses pr. tidsenhed, skal betegnes som udblæsningsstrømmen (ligeledes f.eks. m3/h). Denne sidste må ikke forveksles med udblæsningshastigheden, som betegner den lineære 50 hastighed, med hvilken gassen udblæses gennem ventilåbningen, f.eks. målt i m/sek.

Nærmere bestemt angår opfindelsen en trykaflastningsventil, der omfatter et ventilhus, der foroven har en udblæsningsåbning, der er 55 udformet med et opadvendende, i hovedsagen konisk ventilsæde, et dråbeformet legeme, der er egnet til at koncentrere en mod dets underside strømmende gasstrøm til en opadrettet stråle, en på den nedad vendende del af det dråbeformede legemes krumme overflade tildannet i hovedsagen konisk ventilflade til lukning mod det nævnte DK 171444 B1 2 ventilsæde, og en løfteskive, der er forbundet med det dråbeformede legeme og er beliggende i et lavere niveau i huset og har en yderdiameter større end inderdiameteren af ventilsædet, stopmidler til fastlæggelse af en fuldt åben stilling af ventilen, hvorhos løfte-5 skiven er omgivet af en fri gennemstrømningsspalte i ventilens lukkede stilling.

En sådan trykaflastningsventil er omhandlet i international patentansøgning PCT/DK90/00050, offentliggjort den 7. september 1990 under 10 nr. W0 90/10168.

Ved den beskrevne udformning flyttes løftetrykket ved den begyndende åbning fra det mindre areal af det dråbeformede legemes underside indenfor ventilsædet til det større areal af løfteskiven, hvorved 15 der fås en større løftehastighed.

Ved den i WO 90/10168 beskrevne udførelsesform har ventil huset en sådan indre udformning, at det fri gennemstrømningsareal udenom løfteskiven forøges, når det dråbeformede legeme og løfteskiven 20 løftes, hvorved der også ved forøgelse af udblæsningsstrømmen fås et lavere tryk end det ellers ville være muligt, indtil ventilen nærmer sig sin fuldt åbne stilling.

Man har imidlertid fundet, at der under visse omstændigheder, alt 25 efter arten af det påfyldte produkt og påfyldningsstationens faciliteter og praksis, navnlig ved forholdsvis lave påfyldningsstrømme og tilsvarende lave udblæsningsstrømme fra den tank, der lastes, kan indtræde situationer, hvor det af det dråbeformede legeme og løfteskiven bestående udblæsningskontrol element bliver udsat for fluktu-30 ationer af udblæsningsstrømmen, f.eks. hidrørende fra turbulens eller uensartet fordeling af strømningen. Den deraf følgende vibrationsbevægelse af udblæsningskontrolelementet virker tilbage på udblæsningsstrømmen, og derved kan der opstå en gensidigt forstærkende virkning, som kan bringe ventilen til at svinge frem og 35 tilbage mellem den fuldt åbne og den lukkede stilling. Ventilen kan derved blive udsat for en hurtig rækkefølge af kraftige slag af metal mod metal, hvilket i sig selv er uønskeligt af mekaniske grunde og desuden kan frembringe en kraftig støj, der endog kan blive forstærket af tankvæggen som resonator.

DK 171444 B1 3

Det er formålet med opfindelsen af afhjælpe eller reducere denne ulempe, og ifølge opfindelsen opnås dette ved, at ventilhuset har en sådan indre udformning, at det frie gennemstrømningsareal omkring løfteskiven aftager, når det dråbeformede legeme og løfteskiven 5 løftes fra den fuldt lukkede til den fuldt åbne stilling.

Ved denne udformning bibeholdes den store hastighed af ventilens åbning i det øjeblik, da åbningstrykket nås, men så snart ventilen er åbnet, vil det på udblæsningskontrolelementet virkende udblæs-10 ningstryk over et stort område være langt mindre afhængigt af udblæsningsstrømmen og derfor mindre følsomt for fluktuationer af denne, så at svingning af ventilen frem og tilbage mellem den fuldt åbne og den lukkede stilling kan undgås eller i det mindste vil blive reduceret i styrke og hastighed.

15

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en udførelsesform for en trykaflastningsventil ifølge 20 opfindelsen, set fra siden og delvis i snit, idet ventilen er vist i sin lukkede stilling, fig. 2 er en tilsvarende illustration af ventilen i dens fuldt åbne stilling, og 25 fig. 3 og 4 er grafer, der repræsenterer henholdsvis tanktrykket og udblæsningshastigheden som funktion af udblæsningsstrømmen, bestemt for en prototype af en trykaflastningsventil udført i henhold til opfindelsen.

30 På tegningen betegner 1 et lodret orienteret ventilhus, der ved sin nederste ende har en flange 2, der er boltet til en flange 3 på en rørsokkel 4, som forneden har en flange 5, der kan boltes til en trykaflastningsstuds på en olietank eller til den øverste ende af et 35 trykaflastningsrør, der er sluttet til et eller flere tankrum. Rørsoklen 4 har ved den viste udførelsesform en sideåbning 6, til hvilken der er sluttet en vakuumaflastningsventil 7, der ikke skal beskrives nærmere, da den ikke udgør nogen del af opfindelsen.

DK 171444 B1 4

Ventil huset har forneden en cylindrisk vægdel 8, der i retning opad efterfølgende af en konvergerende vægdel 9 og derefter en cylindrisk vægdel 10. Ved sin top er ventilhuset afsluttet med en udblæsningsåbning 11.

5 I udblæsningsåbningen 11 er der monteret en mundingsring 12, på hvis inderside der er tildannet et konisk ventilsæde 13. I udblæsningsåbningen 11 er der anbragt et dråbeformet legeme 14, på hvis underside der er tildannet en konisk ventilflade 15, som i ventilens 10 lukkestilling ligger tætnende an mod ventilsædet 13. Til forbedring af tætningen kan der på mundingsringen 12's inderside være anbragt en ringformet elastisk pakning 16 med en læbe 17, der ligger an mod det dråbeformede legeme 14's underside, som beskrevet i WO 90/10168.

15 Til det dråbeformede legeme 14 er der fastgjort en spindel 18, som strækker sig ned gennem ventilhuset og er styret i et øvre spindelstyr 19 i ventil huset og et nedre spindelstyr 20 i rørsoklen 4.

På spindelen 18 sidder der en løfteskive 21, som i ventilens lukkede stilling er beliggende i den cylindriske vægdel 8's inderrum og har 20 en lidt mindre diameter end dette, så at der omkring løfteskiven fremkommer en fri gennemstrømningsspalte 22. Under spindelen 18's nederste ende er der anbragt en vippevægtstang 24 til brug ved checkløftning af ventilen.

25 Spindelen 18 bærer en vægtbelastning 23 mellem spindelstyret 19 og løfteskiven 21. Den af det dråbeformede legeme 14, spindelen 18, vægtbelastningen 23 og løfteskiven 21 bestående konstruktionsdel, i det følgende betegnet som udblæsningskontrolorganet, påvirkes således af en nedadrettet lukkekraft lig med den samlede vægt af 30 alle konstruktionsdelens elementer. Vægtbelastningen 23 kan suppleres med eller erstattes af en trykfjeder, som beskrevet i W0 90/10168.

Hvis der i tanken opstår et overtryk, vil dette overtryk på grund af 35 lækagen gennem spalten 22 forplante sig til rummet over løfteskiven 21, og denne vil derfor være påvirket af samme tryk fra oven og fra neden. En løftekraft frembringes derfor alene af overtrykkets påvirkning af det dråbeformede legemes underside. Denne løftekraft er lig med overtrykket multipliceret med tværsnitsarealet af DK 171444 B1 5 udblæsningsåbningen indenfor ventilsædet.

Når løftekraften overskrider den tidligere nævnte lukkekraft, åbnes ventilen. Når udblæsningen begynder ved åbning af ventilen, falder 5 trykket på oversiden af løfteskiven, og nettoværdien af løftekraften bliver lig med tanktrykket multipliceret med løfteskivens areal. Da dette er større end udblæsningsåbningens areal, forstærker løftekraften, og dermed forøges løftehastigheden.

10 Når løfteskiven således løftes, bliver det frie gennemstrømningsareal rundt om skiven, som styrer ventilens strømningsmodstand, formindsket på grund af vægdelen 9's konvergens.

Da gennemstrømningsarealet omkring løfteskiven bestemmer ventilens 15 strømningsmodstand, og dermed trykfaldet over ventilen for en given udblæsningsstrøm, vil der eksistere en bestemt relation mellem tanktrykket og udblæsningsstrømmen, som illustreret i fig. 3, idet bemærkes, at tanktrykket er lig med atmosfæretrykket plus trykfaldet over ventilen, som er praktisk taget det samme som trykfaldet i 20 gennemstrømningsarealet omkring løfteskiven.

Hastigheden af udblæsningsgassen bestemmes af udstrømningsstrømmen og gennemstrømningsarealet omkring løfteskiven og kan derfor ligeledes bestemmes, som illustreret i fig. 4.

25

Fig. 3 illustrerer, at ved udblæsningsstrømme varierende fra 0 op til en vis grænseværdi varierer trykket efter en flad kurve først opad og derefter tilbage til lukketrykkets værdi. Når grænseværdien overskrides, falder trykket brat til den samme værdi, som trykket 30 ville have haft, hvis ventilen havde været fuldt åben fra begyndelsen, som antydet ved den punkterede kurvestrækning. Ved fortsat stigning af udblæsningsstrømmen forbliver ventilen fuldt åben, og tanktrykket stiger yderligere, og når det antager værdien P , har udblæsningsstrømmen nået den maksimalt tilladelige værdi, der 35 betegnes som trykaflastningsventilens kapacitet. Hvis man under lastning af tanken holder påfyldningsstrømmen med eventuelt fradrag for fordampning, under trykaflastningsventilens kapacitet, er tanken med en betragtelig sikkerhedsmargin beskyttet mod eksplosion.

DK 171444 B1 6

Den nævnte grænseværdi af udblæsningsmængden opdeler det til rådighed stående område af udblæsningsstrømmen i et nedre område, hvor indvirkning af udblæsningsstrømmen på tanktrykket, og dermed på den på ventilen virkende løftekraft, er meget lille, og et øvre område, 5 hvor trykaflastningsventilen er konstant i sin fuldt åbne stilling.

I hvert af disse områder vil faren for svingning af ventilen frem og tilbage mellem den fuldt åbne og den lukkede stilling som følge af tilfældige fluktuationer af gasudblæsningsstrømmen være praktisk 10 taget elimineret.

Som illustreret i fig. 4 vil gasudblæsningshastigheden gennem ventilen ved meget små udblæsningsstrømme være så høj, at den unddrager sig illustration. Ved voksende udblæsningsstrøm falder den 15 til en minimumsværdi ved eller i nærheden af grænseværdien af udblæsningsstrømmen. Dimensioneringen bør være en sådan, at denne minimumsværdi ligger rimeligt over den minimumsværdi V„. , der er min foreskrevet for højhastighedsventiler, f.eks. 30 m/sek.

20 25 1 35

Claims (1)

1. 7 DK 171444 B1 Trykaflastningsventil til trykudligning mellem et lukket rum og den omgivende atmosfære, omfattende et ventilhus (1), der foroven har en 5 udblæsningsåbning (11), der er udformet med et opadvendende i hovedsagen konisk ventilsæde (13), et dråbeformet legeme (14), der er egnet til at koncentrere en mod dets underside strømmende gasstrøm til en opadrettet stråle, en på den nedad vendende del af det dråbeformede legemes (14) krumme overflade tildannet i hovedsagen 10 konisk ventilflade (15) til lukning mod det nævnte ventilsæde (13), og en løfteskive (21), der er forbundet med det dråbeformede legeme (14) og er beliggende i et lavere niveau i huset (1) og har en yderdiameter større end inderdiameteren af ventilsædet (13), stopmidler til fastlæggelse af en fuldt åben stilling af ventilen, 15 hvorhos løfteskiven er omgivet af en fri gennemstrømningsspalte (22) i ventilens fuldt lukkede stilling, kendetegnet ved, at ventilhuset (1) har en sådan indre udformning (8,9,10), at det frie gennemstrømningsareal omkring løfteskiven (21) aftager, når det dråbeformede legeme (4) og løfteskiven (21) løftes fra den fuldt lukkede til 20 den fuldt åbne stilling. 25 1 35