NL8004936A - Veiligheidsklep. - Google Patents

Description

-1- ï ί VO 0908

Veiligheidsklep.

De uitvinding heeft betrekking op een veiligheidsklep of een veiligheidsontluchtingsklep voor f luida en meer in het bijzonder op een veiligheidsklep voor fluida, welke worden toegepast bij een volmaakt hermetisch afgedicht stelsel, zoals bij een nucleaire centrale.

5 In het algemeen is een veiligheidsklep voor fluida meestal bij gebruikelijke uitrustingen toegepast om een te grote druk direkt via geschikte leidingen naar de atmosfeer af te leiden, wanneer een v dergelijke druk optreedt. In de regel is een ontlaadpijp, welke met het uitlaatkanaal van het kleplichaam van een veiligheidsklep van dit 10 type kan worden verbonden om het via de klepzitting afgeblazen fluïdum naar de atmosfeer weg te leiden, zodanig ontworpen, dat de fluldumdruk in de klepkamer, die in het kleplichaam aan de uittreedkanaalzijde daarvan aanwezig is, onder 10$ van de afblaasdruk wordt gehouden. Bij de recente opkomst van de kerncentrales en de kwestie van de veront-15 reinigingsproblemen en dergelijke evenwel, wordt aangezien het onder geen omstandigheden toelaatbaar is fluïdum, waarin -radioactieve deeltjes^, schadelijke fluida enz. aanwezig zijn, direkt naar de atmosfeer af te voeren, voor het opsluiten van een dergelijk fluïdum enz., dat tot nu toe direkt naar de atmosfeer is afgevoerd, een geheel hermetisch 20 afgedicht stelsel nodig.

In het geval van een veiligheidsklep evenwel wordt tengevolge van de afvoer van een hoge druk naar een afgedicht stelsel de klep-schijf van de klep aan de uittreedkanaalzijde van het kleplichaam onderworpen aan grote variaties in de af voerdruk, welke 15-50$ van de 25 druk aan toevoerkanaalzijde kunnen bereiken, hetgeen ertoe leidt, dat de klepschijf vroeg wordt gesloten.

Er is een veiligheidsklep van het tegendrukevenwichtstype met een balgafdichting bekend, welke zodanig is ontworpen, dat zelfs wanneer een tegendruk voor het afblazen van de klep aanwezig is, het 30 fluïdum wordt afgeblazen bij een voorafbepaalde druk, die onafhankelijk is van de tegendruk. Bij een veiligheidsklep van dit balgtype blijkt het evenwel lastig te zijn om deze bi1' een hoge tegendruk en bij grote variaties van de afvoerdruk, zoals deze tijdens het afblazen optreden, zoals boven is vermeld, op de juiste wijze te laten werken.

35 Een hoofddoel van. de uitvinding is het verschaffen van een 8004936 -2- verbeterde veiligheidsklep, waarbij alle tekortkomingen van de gebruikelijke veiligheidskleppen, zoals boven vermeld, worden geelimineerd.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een veiligheidsklep, die. snel bij een voorafbepaalde afblaasdruk en af-5 voer kan afblazen tegen de druk, die in het afgedichte stelsel heerst en welke druk hoog is en tijdens het afblazen naar het afgedichte stelsel aan grote variaties onderhevig is, terwijl tegelijkertijd het afblazen op eenvoudige wijze binnen een voorafbepaald spuien bij een stabiele werking kan worden beëindigd.

10 Volgens de uitvinding is bij een veiligheidsklep, welke is voorzien van een kleplichaam, een mondstukzitting, die aan het klep-lichaam is bevestigd, een cylindrische geleiding, die stevig in het kleplichaam is gemonteerd,'een schijfhouder, die verschuifbaar in de geleiding is gemonteerd, een klepschijf, die integraal in de houder 15 is gemonteerd teneinde de klepzitting te openen en te sluiten, de veer-organen om de klepschijf naar de klepzitting te drukken en 'een bovenste ring, die instelbaar op de geleiding is gemonteerd, van de houder het onderste eindgedeelte naar de klepzitting verlengd, teneinde een ringvormige vleugel te vormen, en wel in die mate, dat de onderrand van de 20 vleugel naast het onderste eindgedeelte van de bovenste ring ligt, wanneer de klepschijf naar boven is bewogen.

De op deze wijze door het verlengen van de houder volgens de uitvinding gevormde vleugel werkt als een soort stroomregelelement, dat het fluïdum op een geordende wijze kan geleiden wanneer dit zich 25 door de spleet beweegt, welke is gevormd tussen de klepschijf en eb klepzitting, zonder dat daar wervels optreden, zoals het geval is bij een gebruikelijke veiligheidsklep, welke wervels leiden tot variaties in de druk in de tegendrukkamer en de werking van de klepschijf onstabiel maken. Derhalve werkt volgens de uitvinding de klepschijf op 30 ...

een stabiele wijze tengevolge van het niet-optreden van de wervels dankzij de aanwezigheid van de vleugel, die de klepzitting bij vooraf ingestelde drukken resp. zowel opent als sluit.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: 35 figuur 1 een dwarsdoorsnede van het essentiele gedeelte van een uitvoeringsvorm van een veiligheidsklep volgens de uitvinding; figuur 2 een dwarsdoorsnede van de in figuur 1 weergegeven 8004936 f * .

-3- klep op een grotere schaal, teneinde de onderdelen in de klepkamer op het moment van het sluiten van de klepschijf aan te geven; figuur 3 een soortgelijke doorsnede als volgens figuur 2, waarbij echter de toestand op het moment van het openen van de klep-5 schijf is aangegeven; figuur k een diagram ter toelichting van de fluldumstroom tussen de klepschijf en de klepzitting op het moment van het openen van de klepschijf hij een gebruikelijke veiligheidsklep; en figuur 5 een soortgelijk diagram als dat volgens figuur h, 10 dat voor een constructie volgens de uitvinding geldt.

In figuur 1 is een essentieel gedeelte van een uitvoeringsvorm van een veiligheidsklep volgens de uitvinding af geheeld, welke klep is voorzien van een kleplichaam 1, dat van een flens 1a is voor-• zien, welke bestemd is om met een stoomleiding te worden verbonden, 15 en een flens 1b, welke bestemd is om aan het uittreedkanaal daarvan met een niet- weergegeven afvoerleiding te worden verbonden.

Aan het kleplichaam 1 is bij het inlaatkanaal daarvan, dat in verbinding met de flens 1a staat, een mondstukzitting 2 gelast, welke aan het binnenste of bovenste uiteinde, beschouwd in figuur 1, 20 is voorzien van een vlakklepzittingsoppervlak 2a, dat in horizontale richting langwerpig is. Coaxiaal aan het bovenste uiteinde van het kleplichaam 1 is een cylindrische geleiding 6 zodanig opgehangen, dat deze aan het bovenste van een flens voorziene eindgedeelte stevig aan het kleplichaam 1 is bevestigd en zich naar beneden uitstrekt in een 25 klepkamer 1c, die in het kleplichaam 1 is gevormd, en wel in een zodanige mate, dat het onderste eindgedeelte zich boven het klepzittings-vlak 2a bevindt, waarbij tussen deze onderdelen een voldoende ringvormige spleet overblijft. In de cylindrische geleiding 6 is een cylindrische schijfsteun 12 verschuifbaar opgesteld, welke steun daar-30 binnen bij het onderste deel daarvan stevig een klepschijf 3 ondersteunt en wel op een bekende wijze, bijv. door de klepschijf 3 bij het bovenste gedeelte daarvan te bevestigen aan ringvormige ribben, die op het binnenvlak van de steun 12 zijn gevormd, waarbij op het buitenvlak van de klepschijf 3bij het bovenste eindgedeelte daarvan een 35 moer is geschroefd en de klepschijf 3 aan het onderste eindgedeelte daarvan, bijv. door lassen is voorzien van een ringvormig klepschijf-onderdeel 3a, dat uit een tegen slijtage weerstand biedend metaal be- 8004936 -fc- staat, waarbij het klepschijfonderdeel 3a bestemd is om met het klepzittingsvlak 2a van de mondstukzitting 2 samen te werken, wanneer eerstgenoemde tegen laatstgenoemde wordt gedrukt. De klepschijf 3 is bestemd om normaliter tegen het klepzittingsvlak 2a te worden gedrukt 5 via een steel 5S die zich coaxiaal met de cylindrische geleiding 6 uitstrekt en onder invloed van een schroefveer welke is ondergebracht in een veerhuis 20, dat zodanig aan het kleplichaam 1 is bevestigd, dat dit de schroefveer k omgeeft door-tussenkomst van een spoelklos 8, waarbij het onderste uiteinde van de veer k wordt onder-.10 steund door een onderste zitting 21, die stevig aan de steel 5 is bevestigd, en het bovenste uiteinde van de veer k wordt ondersteund door een bovenste zitting, welke niet is afgebeeld en het bovenste gedeelte van de steel. 5 vrij doorlaat en. bestemd is om instelbaar aan het veerhuis te worden bevestigd. Derhalve drukt de steel 5 bij het 15 onderste uiteinde daarvan de klepschijf 3 naar het klepzittingsvlak 2a door middel vaide kracht van de veer U, welke kan worden ingesteld door de plaats van de bovenste zitting ten opzichte van het veerhuis 20 te regelen-

Derhalve stuit de klepschijf 3 of het klepschijfonderdeel 3a 20 tegen het klepzittingsvlak 2a, teneinde te beletten, dat het fluïdum uit het toevoerkanaal naar het afvoerkanaal van het kleplichaam 1 stroomt zolang als de fluidumdruk in het toevoerkanaal lager is dan een vooraf ingestelde druk, die op de klepschijf 3 wordt uitgeoefend. Zoals uit figuur 2 blijkt, zijn, zoals gebruikelijk bij een veilig-25 heidsklep van dit type een bovenste ring 22 en een onderste ring 23 resp. op de buitenvlakken van de gelei der cylinder 6 en de mondstuk-zitting 2 geschroefd om het stroompatroon van het fluïdum, dat via de spleet, gevormd tussen het klepzittingsoppervlak 2a en de klepschijf 3 of het klepschijfonderdeel 3a wegvloeit wanneer laatstgenoemd onder-30 deel tegen de werking van de veer U in naar boven wordt gedrukt, te regelen, waarbij de bovenste en onderste ring 22 en 23 resp. samen werken met pennen 2k en 25, die in de wand van het kleplichaam 1 loodrecht op de hartlijn van de ringen 22, 23 zijn geschroefd om deze ringen stevig op een voorafbepaalde plaats ten opzichte van de cylinder 35 6 resp. de mondstukzitting 2 te houden nadat hun instelling is voltooid.

Zoals meer nauwkeurig in figuur 2 is aangegeven, bevindt zich in een tegendrukkamer 9 5 die in de geleidingscylinder 6 is ge- 8004936 -6- vormd, een balg 10, -waarvan enerzijds het ene uiteinde of het onderste uiteinde,beschouwd in fig. 2, is gelast aan een schijf 26, die bij het onderste geedlte daarvan en boven de klepschijf 3 afdichtend aan een klep-steel is bevestigd door een grendelmoer 11 en anderzijds aan het andere 5 uiteinde daarvan afdichtend is gelast aan een schijf 2T,die stevig tussen het bo— . . _ . , , venste'van een flens voorziene uiteinde van de geleidingscylinder o en de klos 8 is bevestigd, waarbij daartussen resp. pakkingen 7, 7 zijn aangebracht.

De tot dusver beschreven algemene opbouw komt in hoofdzaak 10 overeen met die van een gebruikelijke beveiligingsklep.

De veiligheidsklep volgens de uitvinding verschilt zich wat opbouw betreft van de gebruikelijke constructie daarin, dat, zoals het beste uit figuur 2 en 3 blijkt, volgens de uitvinding de steun 12. bij het onderste eindgedeelte daarvan integraal is voorzien van een 15 ringvormige vleugel 10, teneinde onder de klepschijf 3 een cylindrische ruimte te vormen, waarbij de vleugel 13 zich, als beschouwd in figuur 2 of 3,- in een zodanige mate naar beneden uit strekt, dat de vleugel nog steeds het bij het onderste uiteinde gelegen binnenste omtreks-gedeelte van de bovenste ring 22, die door middel van schroefdraad 20 op de geleidingö is bevestigd, kan bedekken, zelfs wanneer de klepschijf 3 met de maximale slag daarvan ten opzichte van het klepzittingsvlak 2a naar boven is bewogen, d.w.z., dat de steun 12 zich tezamen met de klepschijf 3 tegen de werking van de veer ^ in naar de bovenste slag-grenspositie, als aangegeven in figuur 3, heeft bewogen.

25 Thans zal de werking van een veiligheidsklep volgens de uit vinding, die ia het algemeen een dergelijke ophouw bezit, nader worden toegelicht.

Hieraan voorafgaande zal eerst het gedrag van de fluidumstrocm op het moment van het omhoog bewegen van de klepschijf 3 worden toege-30 licht, voor het geval van een gebruikelijke veiligheidsklep onder verwijzing haar figuur fc, waarin het belangrijkste gedeelte daarvan op vergrote schaal is aangegeven.

Aangenomen wordt, dat de klepschijf 3 het klepzittingsvlak 2a onder invloed van de veer h sluit, als aangegeven in figuur 1 en 2.

35 Bij het toenemen van de fluidumdruk in de pijpleiding, aan welke druk de klepschijf 3 bij de toevoerkanaalzijde van het kleplichaam 1 wordt blootgesteld, boven een vooraf ingestelde sluitdruk van de klepschijf 8004936 -6- « Ί 1)·, zoals deze door de schroefveer k wordt bepaald, beweegt de fluïdum-druk de klepschijf 3 direkt naar boven, waardoor deze van het klepzit-tingsvlak 2a wordt gescheiden en zich naar een in figuur 3 afgebeelde !. tweede positie beweegt. Het fluïdum stroomt door het meest gesmoorde 5 gedeelte van de mondstukzitting 2 om via een spleet, gevormd tussen het ondervlak van de klepschijf 3 en het klepzittingsvlak 2a te vloeien en wordt daarna in hoofdzaak naar beneden geleid, teneinde continu, te spuien ; in de klepkamer 1c, waarbij het fluïdum tenslotte wordt afgevoerd naar een niet afgebeeld gesloten vat en wel * 10 vanuit het afvoerkanaal van het klepLiclaam 1 via de niet afgebeelde met de flens 1b verbonden afvoerleiding.

In dit geval wordt de klepschijf 3 in de tweede positie gehouden door een vasthoudkracht, welke bestaat uit de reaktie van het fluïdum, dat door de spleet vloeit, gevormd tussen de klepschijf 3 en 15 het klepzittingsvlak 2a, en de statische druk, welke onder de klepschijf 3 heerst, waarbij het fluïdum, dat door een speling 15 wordt gevoerd, gevormd tussen het buitenvlak van de steun 12 en het binnenvlak van de geleidingscylinder 6, de tegendrukkamer 9 binnentreedt, ' welke is gevormd tussen het buitenvlak van de balg 10 en het binnen-20 vlak van de steun 12, teneinde op het achtervlak van de klepschijf 3 een kracht uit te oefenen, welke de neiging heeft op de klepschijf 3 naar beneden tegen de vasthoudkracht te drukken, zoals boven is vermeld. Zolang als de vasthoudkracht groter is dan de som van de kracht, welke op het achtervlak van de klepschijf 3 wordt uitgeoefend en de 25 kracht, die door de veer 4 wordt uitgeoefend, blijft de klepschijf 3 open en wordt het fluïdum af gevoerd, terwijl indien de kracht, die op het achtervlak van de klepschijf 3 wordt uitgeoefend, d.w.z. de som van de druk in de tegendrukkamer 9 en de kracht van de veer h groter is dan de vasthoudkracht, de klepschijf 3 tegen het klepzittings-30 vlak 2a wordt gesloten, waardoor de fluïdumstroom wordt beëindigd.

Tijdens een dergelijke handeling, wanneer de druk in de tegendrukkamer 9 varieert of de vasthoudkracht overschrijdt, is de klepschijf 3 niet in staat de open toestand daarvan te onderhouden. Derhalve is het om een dergelijk verschijnsel te beletten nodig, om de invloed van de 35 tegendruk te reduceren.

Zoals reeds is toegelicht, wordt aangezien bij een gebruikelijke veiligheidsklep, de steun 12 niet van een vleugel is voorzien, 3004936 -7- zoals weergegeven in figuur k, het fluïdum, dat door de spleet wordt gevoerd, welke is gevormd tussen het ondervlak van de klepschijf 3 en het kleozittingsvlak 2a, in stroomrichting gewijzigd door de bovenste ring 22 en wel zodanig, dat de klepschijf 3 aan een variabele 5 lift wordt onderworpen. In dit geval wordt tengevolge van de collisie van het fluïdum, dat door de spleet wordt gevoerd, gevormd tussen de klepschijf 3 en het klepzittingsvlak 2a, tegen de bovenste ring 1¾ de dynamische energie van de stroom omgezet in een statische druk en • vloeit het fluïdum, gnder een hoge druk, die op deze wijze is getrans- 10 formeerd, via de.gpéling 15, welke is gevormd tussen de schuifvlakken van de steun 12 en de geleiding 6, teneinde in de tegendrukkamer 9 te worden opgezameld. Derhalve wordt bij een normale veiligheidsklep van het evenwichtstype met een balgafdichtingsconstructie voor het opheffen van dergelijke ongunstige omstandigheden tengevolge van een 15 grote en variabele tegendruk, gewoonlijk in de wand van de geleiding 6 een grote, opening gemaakt om de drukken in de tegendrukkamer 9 en de klepkamer 1c te egaliseren. Bij een dergelijke constructie echter zal indien de klep oorspronkelijk is ontworpen onder aanname, dat de druk in de tegendrukkamer 9 hoog zal zijn, wanneer de druk in de tegendruk-20 kamer 9 varieert en laag wordt, een sterk spuien optreden. Omgekeerd kan, indien de klep oorspronkelijk is ontworpen op aanname, dat de druk in de tegendrukkamer 9 gering zal zijn, wanneer de druk in de tegendrukkamer 9 varieert en hoog wordt, een storing optreden, zoals een klepperen van de klepschijf 3 enz. Derhalve is het in het geval 2? dat de druk in de afvoerpijpleidingen hoog is, of in sterke mate varieert, nodig,, de invloed van de drukverandering in deze leidingen te elimineren.

Volgens de uitvinding wordt, rekening houdende met het feit, dat tijdens het spuien van de flulda de fluldumstroom langs het stroom-30 kanaal vanuit het kleptoevoerkanaal van het kleplichaam 1 naar de spleet, gevormd tussen de klepschijf 3 en het klepzittingsvlak 2a, niet wordt beïnvloed door de druk in de afvoerpijpleidingen en wanneer tegelijkertijd rekening wordt gehouden met het feit, dat wanneer de stroom, welke wordt gevoerd door de spleet, die gevormd wordt tussen 35 de klepschijf 3 en h»t klepzittingsvlak 2a, de wand van de bovenste ring h enz., treft, de stroomenergie,getransformeerd in een hogedruk, en het feit, dat indien het fluïdum onder een dergelijke hoge druk in 8004936 ·* V - -8- « de tegendrukkamer 9 wordt geïntroduceerd, het ónmogelijk wordt de veiligheidsklep om de boven toegelichte redenen te ontwerpen, de veiligheidsklep volgens de uitvinding zodanig ontworpen, dat de energie van het fluïdum, dat door de spleet wordt gevoerd, welke gevormd tus-5 sen de klepschijf 3 en het klepzittingsvlak 2c, niet wordt getransformeerd in een druk en in plaats daarvan een druk, overeenkomende met slechts de statische druk, aan de tegendrukkamer 9 wordt toegevoerd.

Voor dit doel wordt volgens de uitvinding, zoals boven is vermeld en in figuur 3 is aangegeven, het onderste eindgedeelte van de steun 12.

10 naar beneden verlengd om een ringvormige vleugel 13 te vormen, die een in het algemeen kegelvormige binnenomtrek bezit, welke naar het uiteinde toe is vergroot, teneinde een ruimte onder het onderste uiteinde van de klepschijf 3 en het klepzittingsvlak 2a bij de geheven positie van de klepschijf 3 te omgeven. Derhalve kan, zoals in figuur 15 5 op vergrote schaal is aangegeven, in de geheven positie van de klep schijf 3 de tegendrukkamer 9 in verbinding worden gesteld met het fluïdum, dat zich door de spleet beweegt, gevormd tussen de klepschijf 3· en het klepzittingsvlak 2a en welk via een ringvormige spleet 30, welke is gevormd tussen de buitenomtrek van de vleugel 13- en de binnen-20 omtrek van het onderste eindgedeelte van de bovenste ring 1U. In dit geval, zoals getoond in figuur 5, is de binnenomtrek van het lage eindgedeelte van de bovenste ring 1U zodanig geplaatst, dat de rand van de stroomlijnen van de uitgeblazen vloeistof langs de benedenrand van de vleugel 13 kan worden verlengd door de pijlen aangegeven rich-25 ting. Derhalve is het duidelijk, dat de vleugel 13 volgens de uitvinding als een stroomregelplaat dient, welke belet, dat de druk in de tegendrukkamer 9 onstabiel wordt, zoals tot nu toe normaliter het geval was bij de gebruikelijke veiligheidskleppen, omdat aangezien een dergelijke onstabielheid wordt veroorzaakt door de drukvariatie waaraan 30 het fluïdum wordt onderworpen tengevolge van het wervelverschijnsel, veroorzaakt door het botsen van het fluïdum tegen de bovenring 1U, wanneer het fluïdum daartegen komt, zoals in figuur h door de gebogen pijlen is aangegeven, vleugel 13 op een doeltreffende wijze het optreden van een dergelijk verschijnsel door de stroomregelende werking 35 daarvan kan onderdrukken, zoals in figuur 5 door de pijlen is aange-gegeven.

8004936

Claims (3)

1. Veiligheidsklep van het evenwichtstype voorzien van een balgafdichtingsconstructie, gekenmerkt door een kleplichaam, een mondstukzitting, die aan het kleplichaam is bevestigd en een klep- 5 zittingsvlak bezit» een geleiding» die aan het kleplichaam is bevestigd, een schijfsteun, die verschuifbaar in de geleiding is ondergebracht, een klepschijf, die aan de steun is bevestigd, en bestemd is om met het klepzittingsvlak samen te verken, veerorganen, die op het kleplichaam zijn gemonteerd om de klepschijf via een steel naar het 10 klepzittingsvlak te drukken, en een bovenste ring, die instelbaar op de geleiding is gemonteerd, waarbij de schijfsteun naar het klepzittingsvlak is verlengd, teneinde een ringvormige vleugel te vormen.

2. Veiligheidsklep volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ringvormige vleugel zodanige afmetingen bezit, dat bij de gehe- 15 ven positie van de klepschijf het eindgedeelte van de vleugel het eind-gedeelte van de bovenste ring in hoofdzaak overlapt.

3. Veiligheidsklep volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het buitenste omtreksvlak van de ringvormige vleugel tegenover het binnenste omtreksvlak van de bovenste ring .is gelegen, waarbij tussen 20 deze onderdelen een ringvormige spleet aanwezig is. Veiligheidsklep volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de binnenomtrek een afgeknot, kegelvormige configuratie bezit, die zich naar het vrije einde toe verwijdt. 8004936