FI70629C - Automatisk saekerhetsanordning - Google Patents

Description

[TSE^l roi KUULUTUSJULKAISU πλ,λλ 6 11 UTLÄG G NI N G SSKRI FT / U O L· 7 • Zhxi C (45) Pate.* Lt i nr.ybty

Pr.tent tr.e .luolat 24 CO 13SC

(51) Kv.lk.7lnt.CI/ F 16 K 17/38 (21) Patenttihakemus — Patentansökning 781370 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 03.05-78 (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 03 - 05.78 (41) Tullut julkiseksi — Blfvft offentlig 27-11.78

Patentti· ja rekisterihallitus (44) Nähtäväkslpanon ja kuul.julkaisun pvm. — 06.06.86

Patent· och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (86) Kv. hakemus — Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd priori te t 26.05.77

Saksan 1i i ttotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2723791.8 Toteennäytetty-Styrkt (71) Industrie-Werke Karlsruhe Augsburg AktiengeselIschaft, Gartenstrasse 71, 7500 Karlsruhe 1, Saksan 1iittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Horst Mall, Karlsruhe, Saksan Iiittotasava1ta-Förbundsrepubliken Tysk-1 and(DE) (7^) Berggren Oy Ab (5*0 Automaattinen suojalaite - Automatisk säkerhetsanordning

Keksintö koskee automaattista suojalaitetta nestelmäisillä tai kaasumaisilla väliaineilla toimivien lämmönkehitys- tai vastaavasti lämmön käyttölaitosten suojaamiseksi sallittua korkeammilta lämpötiloilta, joka laite koostuu asetteluelimestä, tähän kuuluvasta asettelun käyttölaitteesta, lämpötilan havaintolaitteesta sekä ohjauselimestä, jolloin asetteluelin, asettelun käyttölaite ja ohjauselin toisaalta sekä ohjauselin ja lämpötilan havaintolaite toisaalta on yhdistetty toisiinsa.

Tällaisia automaattisia suojalaitteita tunnetaan ennestään.

Ennestään tunnetut suojalaitteet toimivat jousivoimavaraajien avulla. Nämä ovat tavallisesti, suunnilleen normaalissa käyttötapauksessa, asettelun rajalämpötilan saavuttaessaan esijännitettyinä, lau-kevat, ja saattavat niihin kytketyn venttiilin toimimaan.

Edellämainitunlaisia jousi-voimanvaraajia pidetään paikoillaan esi jännitetyssä tilassaan hampaiden, hakojen, salpojen, polvivipujen tai sentapaisten avulla, tai myös havaintonesteen hydraulisen paineen 2 70629 avulla. Voimanvaraajän laukaiseminen tapahtuu tällöin yleensä pi-dätinten irtikytkennällä, minkä esimerkiksi puolestaan laukaisee termostaattihavaitsimen työkappale. Todennäköistä on, että varsinkin venttiilin nimellislaajuuden ollessa suuri ja/tai venttiilin paine-erojen ollessa vastaavanlaiset, jouset vaativat äärimmäisen voimakkaan kiristyksen, voidakseen sulkea venttiilit. Kun jousen jännitys ajan kuluessa löystyy tai jousi jopa katkeaa, valvottavalla laitoksella ei enää ole minkäänlaista suojaa, koska venttiili ei enää pysty sulkeutumaan silloin kun asetettu lämpötila saavutetaan.

Myös valitun jousivoimanvaraajan pidätykseen liittyvien verraten suurten kitkavoimien esiintymisen johdosta rajalämpötila usein nousee pitkälle yli sallitun arvonsa ennen kuin voimanvaraajän laukaisu yleensä toimii. Todennäköisesti myös tällaisessa tapauksessa tähän tarkoitukseen varattu laitoksen suoja jää toimimatta. Kaikille näille laitteille on yhteistä epätyydyttävä laukaisutarkkuus, minkä pakosta aiheuttaa mekaaninen lukitus ja siihen liittyvä kitka, varsinkin ottaen huomioon esiintyvät suuret voimat. Sen lisäksi jousi-varaajan voimia rajoittaa sen rakenteellinen muotoilu, niin että suojattavat laitokset, varsinkin venttiilin koon ollessa suuri ja paine-erojen suuret, eivät enää riitä tai eivät enää lainkaan ole suojattavissa.

Jos toisaalta tarkastellaan niitä verraten ahtaita rajoja, jotka ennestään tunnetuille suojalaitteille rakenteellis-periaatteellisel-ta kannalta ovat ominaisia, niiden toteuttamisen vaatimat rakennus-ja ylläpitokustannukset ovat selvästi suhteettomat, kokonaan siihen katsomatta, että pidätetyn suojalaitteen laukaisu siihen tarvittaviin suuriin voimavaraajan jousivoimiin nähden joka tapauksessa on probleemaattinen.

Ennestään tunnettuihin suojalaitteisiin liittyviin puutteisiin ja varjopuoliin katsoen esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan yksinkertainen ja lisäksi käytössä erittäin luotettava, nesteen laajenemisperiaatteeseen perustuva automaattinen suojalaite kalvolla ohjattuja säätöventtiileitä varten. Erityisesti esillä olevan keksinnön päämääränä ja tarkoituksena on sekä parantaa laitteen omaa suojaa jousimurtumia vastaan ja saada aikaan pitkiä aikoja vakiona pysyvä toiminnan laatu, että vihdoin avata rajattomat käyttömahdollisuudet ennalta määrättyjen nimellislaajuuksia ja paineita koskevien käyttöolosuhteiden puitteissa.

3 70629

Mainittujen kriteerien mukaisesti muodostettu automaattinen suoja-laite pystyy vastaavasti muotoiltuna saavuttamaan suuria venttiilin sulkuvoimia, jotka kaikissa tapauksissa riittävät varmasti sulkemaan venttiilin, sekä myös kehittämään vastaavan suuria venttiilin nousuja. Tämän kautta saavutetaan se, että esimerkiksi suojajousen, ohjauskalvon tai ohjausjohtojen pettäessä tai vastaavasti murtuessa tai jopa integroitujen pienoisventtiilien ollessa epätiiviitä, vuotojen sattuessa lämpötilan havaitsimen hydraulisessa järjestelmässä jne, suojalaite sulkee kalvoventtiilin ja pysyttää sen suljettuna myös hydraulisesti lukittuna.

Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaan siten, että putkijohdosta haarautettava juoksevan aineen sulkujohto on vietävissä oh-jausventtiilin ensimmäiselle sivulle, ja tämän toiselta sivulta suljinelimen käyttölaitteelle, ja että ohjausventtiili laitteisto-tai omanhäiriön sattuessa paisuntanesteen vaikutuksesta vapauttaa ennen suljinelintä olevan juoksevan aineen paineen suljinelimen käyttölaitteelle suljinelimen lukitsemiseksi.

Vastaavassa keksinnön kantavan ajatuksen ehdotetussa sovellutuksessa ohjauselin sisältää tavanomaista suojatehtävää varten olevan, sinänsä tunnetun avausventtiilin, kapillaariputken murtumisen tai vastaavasti vuotojen johdosta toimintaan astuvan, sinänsä tunnetun sulkuvent-tiilin, sekä halutun arvon asettimen, jolla määritellään työpiste -eli paineen nousun alkaminen hydraulisessa järjestelmässä.

Ehdotetulle keksinnölle on lisäksi tunnusmerkillistä se, että ohjaus-venttiilien sisääntuloaukot ovat yhteydessä asetteluelimen edessä vallitsevan paineen kanssa ja että venttiilien poistoaukot on kytketty asettelun käyttölaitteen kanssa keskenään rinnan.

Ohjausventtiilien ja halutun arvon asettimen ohjauspinnat ovat keksinnön erään toisen tunnusmerkin mukaan kytkettyinä hydraulisesti rinnan lämpötilan havaitsimen kanssa; sulkuventtiilin ohjauspinta on tällöin keksinnön mukaan tehty olennaisesti suuremmaksi kuin avaus-venttiilin ohjauspinta.

Keksinnön vielä erään tunnusmerkin mukaan ohjauselin sisältää useita kammioita, joista yksi, lämpötilan havaitsimen kanssa yhteydessä oleva ja kalvoilla tai sen tapaisilla toisiin nähden painetta ja nestettä pitävästi suljettuihin kammioihin nähden toimii paisunta- 4 70629 nesteen vastaanottokammiona, ja jonka toinen kammio on muodostettu sisältämään mekaaniset laitteet halutun arvon asettelua varten ja joista kammioista kolmas, tietyissä tapauksissa edelleen jaettu kammio, on muodostettu sisältämään avaus- ja vastaavasti sulkuvent-tiileiksi muodostetut ohjausventtiilit.

Toisen kammion mekaaniset laitteet koostuvat keksinnön edellä mainitun tunnusmerkin sovellutuksessa olennaseisti astian muotoisesta ontosta kappaleesta, kierukkajousesta sekä kierukkakarasta.

Ehdotettu keksintö pyöristyy ja täydentyy vihdoin vielä sen kautta, että kierukkajousen sisään keskisestä sovitettu kierukkakara sillä tavoin rajoittaa laajennusnesteen lämpötilan nousun johdosta tapahtuvaa onton kappaleen nousua, että kierukkakaran asettelukahvasta poispäin oleva puoli vastaa onton kappaleen pohjan sisäpuolella olevaan päätypintaan.

Ehdotetulla keksinnöllä saavutetaan joukko etuja: Säätö- ja/tai sulkuventtiiliin ohjausjohdoilla yhdistetty suojalaite on sekä rakenteensa että toimintatapansa puolesta yksinkertainen ja tehokas. Sen rakenteen yksinkertaisuus ilmenee jo pelkästään käyttöön välttämättömien, käytännöllisesti katsoen kulumattomien osien verraten pienestä lukumäärästä. Tämän laitteen tehokkuus ilmenee toisaalta sen yksinkertaisesta rakenteesta ja toisaalta sen sinänsä tunnetun fysikaalisen periaatteen täydellistämisestä, että venttiilin ohjaukseen käytetään nesteiden laajenemista lämmön vaikutuksesta .

Piirustuksessa keksintö on esitetty eräänä sovellutusesimerkkinään. Kuvio esittää pystyleikkausta säätöventtiiliin yhdistetystä suoja-laitteesta .

Venttiili 1, joka tyypiltään voi olla säätö- ja/tai sulkuventtiili, on rakenteellisesti yhteydessä kalvokotelon 2 kanssa. Venttiili 1 ja kalvokotelo 2 ovat ohjausjohtoja 3, 3a myöten toiminnallisessa yhteydessä ohjauselimen 4 kanssa.

Ohjauselin 4 koostuu painetta kestävästä ja kaikilta puoliltaan sul jetusta kotelosta 5. Kotelon 5 sisusta on jaettu useiksi kammioik- 5 70629 si 5a, 5b, 5c. Kalvoilla 6, 6a, 6b painetta ja nestettä pitäväksi tiivistetty kammio 5a on täytetty laajennusnesteellä. Tämä neste on puolestaan kapillariputkea 7a myöten toimintayhteydessä lämpötilan havaintolaitteen 7 kanssa.

Kammion 5b tehtävänä on sisältää mekaaniset laitteet, jotka ovat tarpeen halutun arvon asettelua varten: kattilanmuotoinen ontto kappale 8 on alaosastaan 8a sovitettu ja viety samankeskisestä kalvon 6b sitä vastaavasti muotoillun osan sisään. Kattilanmuotoisen onton kappaleen 8 yläpuolelle sen kanssa samankeskiseksi sovitettu kieruk-kajousi 9 tukeutuu esijännitettynä toisaalta itse onttoon kappaleeseen 8 ja toisaalta kotelon 5 sisäpintaan. Kierukkajousen 9 sisään keskisesti sovitettu kierukkakara 10 rajoittaa laajenevan havainto-nesteen aiheuttamaa onton kappaleen 8 nousua "a" sillä tavoin, että kierukkakaran 10 asettelukahvasta 10a poispäin oleva pää vastaa päätypinnallaan 10b kattilanmuotoisen onton kappaleen 8 pohjan sisäpintaan 8b.

Kammioon 5c on sovitettu kaksi jousella kuormitettua ohjausventtii-liä 11, 14, jotka toimivat rinnan, mutta vastakkaisiin suuntiin. Venttiilit 11, 14 ovat tällöin välittömässä toimintayhteydessä asianomaisten kalvojen 6, 6a ohjauspintojen 12, 13 kanssa. Avausventtii-lin 11 ohjauspinta 12 on muodostettu olennaisesti pienemmäksi kuin sulkuventtiilin 14 ohjauspinta 13, riittävän sulkuvoiman varaamiseksi tälle venttiilille.

Normaalissa käyttötapauksessa onton kappaleen 8 pohja 8b ei nojaa kierukkakaran 10 päätyä 10b vasten. Esijännitetyn jousen 9 johdosta kammiossa 5a säilyy hydraulinen minimipaine, joka ohjauspinnan 13 avulla pysyttää sulkuventtiilin 14 aina suljettuna. Tämä paine ei kuitenkaan riitä avaamaan ohjausventtiiliä 11 ohjauspinnan 12 välityksellä sulkujousen 15 voimaa vastaan.

Jos kattilanmuotoisen onton kappaleen 8 ohjauspinta 8b sen sijaan nojaa kierukkakaran 10 päätypintaa 10b vasten ja jos lämpötila ha-vaitsimessa 7 kohoaa pienen määrän, esimerkiksi noin 1°C, niin laa-jennusnesteen tilavuuden suurenemisen johdosta tapahtuu jyrkkä paineen nousu hydrauliikkajärjestelmän sisässä. Tällöin avausventtiili 11 avautuu luovuttaakseen tässä tilanteessa ohjauspainetta (pää-)-venttiilistä 1 ohjausjohtoja 3a, 3 myöten kalvokäyttölaitteen 2 alapuolelle. Kalvoventtiili 2 sulkee siis tällöin voimalla kalvo- 6 70629 pinta-ala 17 kertaa ohjauspaine (= esipaine) venttiilin 1 ja myös pitää sen suljettuna, koska ohjauspaine ei enää pääse poistumaan paineenalaiseksi saatetusta kalvonkäyttölaitteesta 2. Tällöin pääventtiili 1 on hydraulisesti lukittuna. Lukituksen avautuminen on mahdollista vain silloin, kun ohjauspainetta havaitsimen lämpötilan laskiessa käsin lasketaan ilmastusvent-tiilin 18 kautta, mikä muuten vastaa DIN 3440 mukaista vaatimusta.

Sulkuventtiili 14 pysyy mainituissa käyttötapauksissa tiiviisti suljettuna. Se alkaa toimia silloin, kun vuodon tai vastaavasti ohjausjohtojen tai kapillaariputkien murtumisen johdosta hydraulinen paine kammiossa 5a alenee. Avausjousi 16 määrää tällöin sulkuventtiilin 14 avautumisen aiheuttavan painekorkeuden.

Tämän tilanteen esiintyessä pääventtiili 1 luovuttaa jälleen ohjauspainetta sulkuventtiilikartion 14 kautta kalvolaittee-seen 2, minkä johdosta käyttölaite sulkee venttiilin 1 ja lukitsee sen hydraulisesti.

Jousen 15 mahdollisesti murtuessa siihen liittyvä venttiili 11 avautuu heti, niin että venttiili 1 samoin heti sulkeutuu, kuten jo on selitetty. Jos sen sijaan jousi 9 halutun arvon asettelu-laitteessa murtuu, niin kammiossa 5a olevan laajennusnesteen järjestelmäpaine laskee, ja sulkuventtiili 14 avaa venttiili-kartionsa, jolloin tässäkin tilanteessa kalvonkäyttölaite 2 saa ohjauspainetta venttiilin 1 sulkemiseksi.

Jos jossakin muussa mahdollisessa häiriötapauksessa ohjausventtii-lit 11, 14 eivät sulkeudu tiiviisti, seuraa samalla pääventtiilin 1 sulkeutuminen. Termostaattinen suojalaite on häiriötapauksessa näin ollen siis itsensävalvova.

Claims (9)

1. Suojalaite lämmönkehitys- ja vastaavasti lämmönkulutuslait-teistojen suojausta varten liian korkeita lämpötiloja vastaan, jossa on lämpötilan havaitsin (7) juoksevaa ainetta kuljettavaan putkijohtoon sovitetun suljinelimen (1) sulkemiseksi käyttölaitteen (2) avulla ennen suljinelintä (1) olevalla juoksevan aineen paineella ohjauselimen (4) avulla, jossa on ainakin yksi ohjausventtiili (11, 14), tunnettu siitä, että putkijohdosta haarautettava juoksevan aineen sulkujohto (3a, 3) on vietävissä ohjausventtiilin (11, 14) ensimmäiselle sivulle, ja tämän toiselta sivulta suljinelimen (1) käyttölaitteelle (2), ja että ohjausventtiili (11, 14) laitteisto- tai omanhäiriön sattuessa paisuntanesteen vaikutuksesta vapauttaa ennen suljinelintä (1) olevan juoksevan aineen paineen suljinelimen (1) käyttölaitteelle (2) suljinelimen (1) lukitsemiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suojalaite, tunnettu siitä, että ohjauselin (4) sisältää tavanomaisesta suojatehtävästä huolehtivan, sinänsä tunnetun avausventtiilin (11), ohjausjohtojen murtuessa tai vast, vuotojen esiintyessä toimintaan astuvan, sinänsä tunnetun sulkuventtiilin (14), sekä halutun arvon asettelulaitteen (8, 9, 10), joiden kautta työpiste paineen nousun alkaminen hydraulisessa järjestelmässä - tulee määritellyksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen suojalaite, tunnettu siitä, että ohjausventtiilien(11, 14) sisääntuloaukot ovat yhteydessä asetteluelimen (1) edellä vallitsevan paineen kanssa ja että venttiilien (11, 14) ulostuloaukot ovat asettelu-käyttölaitteen (2) kanssa yhteydessä keskinäisessä rinnakkaiskytkennässä.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen suojalaite, tunnettu siitä, että ohjausventtiilien (11, 14) ja halutun arvon asettelu-laitteen (8, 9, 10) ohjauspinnat ovat yhdistettyinä lämpötilan havaitsimen (7) kanssa hydraulisesti, rinnakkaiskytkennässä.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen suojalaite, tunnettu siitä, että sulkuventtiilin (14) ohjauspinta on muodostettu olennaisesti suuremmaksi kuin avausventtiilin (11) ohjauspinta. 70629 δ

6. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen suojalaite, tunnettu siitä, että ohjauselin (4) sisältää useita kammioita (5a, 5b, 5c), joista yksi (5a), lämpötilan havait-simen (7) kanssa yhteydessä oleva ja kalvojen tai sen tapaisten (6, 6a, 6b) avulla toisiin kammioihin (5b, 5c) nähden painetta ja nestettä pitävästi erotettu kammio (5a) sisältää laajen-nusnesteen, ja joista toinen kammio (5b.) on muodostettu sisältämään mekaaniset laitteet (8, 9, 10) halutvin arvon asettelua varten, ja joista kolmas, mahdollisesti edelleen osiksi jaettu kammio (5c) on sovitettu sisältämään avaus- tai vastaavasti sulkuventtiiliksi (11, 14) muodostetut ohjausventtiilit.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen suojalaite, tunnet-t u siitä, että mekaaniset laitteet olennaisesti koostuvat ontosta kappaleesta (8), kierukkajousesta (9) sekä kierukka-karasta (10).

7 70629

8. Patenttivaatimuksen 6 ja 7 mukainen suojalaite, t u n n e t t u siitä, että kierukkajousen (9) sisään keskisesti sovitettu kierukkakara (10) sillä tavoin rajoittaa laajennus-nesteen lämpötilan noustessa tapahtuvaa onton kappaleen (8) nousua, että kierukkakaran (10) asettelukanavasta (10a) poispäin oleva pää päätypinnallaan (10b) vastaa kattilanmuotoi-sen onton kappaleen (8) pohjan sisäpintaa (8b).

9 70629