WO2015055281A1 - Absperreinheit, speicherbehälter und verfahren zur befüllung oder entleerung eines speicherbehälters - Google Patents

Absperreinheit, speicherbehälter und verfahren zur befüllung oder entleerung eines speicherbehälters Download PDF

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    • F16K1/18Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/221Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves specially adapted operating means therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side

Definitions

  • the present invention relates to a shut-off unit for blocking and releasing a fluid flow path, as well as to a storage container comprising the shut-off unit according to the invention. Moreover, the present invention relates to a method for filling or emptying a storage container according to the invention.
  • Containers for transporting fluids in particular pressure vessels and / or containers for transporting very cold media - so-called cryogenic tanks - often have to
  • shut-off device must be designed such that it has a
  • US 2013/192588 A1 discloses a device in whose lower area a shut-off unit for blocking and releasing a fluid flow path is arranged. There is a flow channel and therein a ball valve provided.
  • Absperrr bain includes a buckling element, with the exceeding of a
  • the US 310 031 A also discloses a shut-off unit for blocking a fluid flow path, with a first flow channel and a locking member, with which the flow channel can be closed. Furthermore, the shut-off unit comprises a rack and pinion drive between a piston rod and a rotary element, so that the movement of the piston can be converted into a rotation of the locking member for the purpose of blocking the flow channel. Also, US 3,730,214 A is a shut-off unit for blocking and releasing a fluid flow path can be removed. This shut-off unit has a flow channel and therein a locking member for closing the flow channel.
  • an overpressure device is provided, with which a movement of a piston in a cylinder of the shut-off unit can be triggered when a limit pressure is exceeded.
  • a coupling gear which comprises the members of the piston rod and a pendulum support and a coupling, the movement of the piston is in a rotation of the coupling gear
  • Locking member for the purpose of blocking or release of the flow channel convertible.
  • Such a device is also in the EP 0846901A2 in the form of a
  • Shut-off device for the filling device of a pressure vessel disclosed, wherein the force for closing the flow channel is provided by a spring.
  • shut-off devices are relatively large length of the flow channel of the shut-off device along the flow path.
  • shut-off devices are to be dimensioned according to the respective application pressure ranges. This means that depending on a respective pressure range, a shut-off device with different dimensions is to be used. In addition to that increased
  • the object of the invention is to provide a shut-off unit and a storage container provided with the shut-off unit and a method for filling or emptying the storage container with which the secure filling or emptying of a storage container is made possible in a simple, cost-effective and reliable manner ,
  • the shut-off unit according to the invention is used to block and release a fluid flow path, in particular a flow path of a fluid having a temperature of less than 100 ° C.
  • the shut-off unit has a first
  • shut-off further comprises an overpressure device, with the exceeding of a limit pressure movement of an actuator of the shut-off is triggered, and a transmission.
  • the transmission the movement of the actuator in a rotation of the locking member for the purpose of blocking or release of the first flow channel is convertible.
  • the first flow channel is completely closed by means of the locking member
  • the shut-off unit according to the invention is configured such that the movement of the actuator converted by the transmission into a rotation of the locking member is a translatory movement, and that the transmission is a helical gear with non-self-locking thread, wherein the spindle nut is formed by the actuator or mechanically strong with the actuator is connected and the spindle of the helical gear is mechanically coupled to the locking member.
  • a fixed mechanical connection between the spindle and the locking member is realized.
  • the pitch of the thread is to be made such that it is non-self-locking.
  • the use of a ball screw offers.
  • the helical gear in the shut-off invention operates in reverse to the usual purpose of a normal helical gear in which normally a rotational movement of the spindle in a translational Movement of the spindle nut is implemented.
  • the actuator is the spindle nut or is mechanically coupled to the spindle nut and the spindle is non-self-locking executed.
  • shutoff unit according to the invention lies in particular in the short length of the first flow channel.
  • a provided with the inventive shut-off container has a shorter length than conventional containers, so that during transport of the container this can be shipped together with the mounted on him shut-off and not - as in conventional
  • shut-off devices must be provided with the shut-off device only at the place of use. The shorter length of the shut-off also causes a lower
  • the rotation of the locking member takes place about an axis which is substantially parallel to the translational
  • Movement direction of the actuator runs.
  • the translation of the actuator takes place exactly in the ideal axis of rotation of the locking member.
  • shutoff unit is cheaper
  • an opening unit which releases a second flow channel when exceeding the limit pressure, flows through the fluid to the actuator and this applied with a pressure, so that the actuator performs the translatory movement due to the pressure force.
  • the opening device may in particular be a bursting device, such as a rupture disk.
  • shut-off unit be provided with different pressure ranges, with only a corresponding opening means is to be integrated into the shut-off to adjust the shut-off the respective pressure range or expected limit pressure.
  • This not only reduces manufacturing costs but also substantially reduces storage costs, since only one size of a shut-off unit is to be provided and a plurality of differently shaped opening devices, which, however, are designed in a very small volume, are to be stored.
  • shut-off advantageously has a
  • Hand lever which is mechanically connected to the spindle of the screw gear.
  • this has a safety valve, with which a pressure relief of at least a portion of the first flow channel of the shut-off is feasible.
  • the shut-off unit itself may still be under a relatively high pressure which could cause short-term and / or long-term damage to the shut-off unit or the surrounding units.
  • the proposed safety valve opens from a certain pressure value and allows a fluid flow from the side of the shut-off unit loaded with a higher pressure to the side loaded with a lower pressure. As a result, a pressure relief in the shut-off unit can be realized in a simple manner.
  • the locking member is rotatably supported by at least two-time storage of the spindle in a housing of the shut-off. This means that the locking member itself does not require its own storage, but that the storage of the locking member for
  • the mechanical connection between the locking member and the spindle is preferably by a Realized spline profile, wherein the spindle on both sides of the mechanical connection of the locking member to the spindle and thus substantially to the
  • a storage container for receiving a fluid, in particular a fluid having a temperature of less than 100 ° C which has a connection for filling and / or emptying and a shut-off device according to the invention connected to this connection.
  • the storage container may be stationary or mobile.
  • Locking member is converted to block the first flow channel.
  • FIG. 1 shows a shut-off unit according to the invention in a view transverse to the flow path
  • Figure 2 shows the flow channel of the shut-off in the direction of
  • shut-off unit 10 defined, which is closed by the locking member 13 in the illustrated view.
  • a safety valve 100 provided in the shut-off unit can be seen with the detail view along the section AA in FIG.
  • the shut-off invention is described by its individual components.
  • the shut-off is connected to a gas line 20, for example, with the container to be filled and not shown here in fluidic connection is.
  • a check valve 21 is arranged to close the gas line when needed can.
  • the gas line 20 ends at an overpressure device 30.
  • This comprises an opening unit 80, to which a second flow channel 81 connects. In the flow path of the second
  • an actuator 31 is arranged, for example, a
  • Aluminum-made piston is that can be anodized.
  • This actuator 31 is also the mother of a transmission 70, which is designed here as a helical gear. That is, the actuator 31 is seated as a nut on the thread 71 of a spindle 72. The thread 71 is executed here non-self-locking.
  • the spindle 72 of the helical gear 70 passes through a stiffening unit 40, which is formed by a plurality, preferably three bolts 41 and a corresponding number of tubes 42 with nuts 43 and fasteners 44.
  • Reinforcement unit 40 realizes a mechanically fixed connection between the connection of the gas line 20 and a guide tube 50, through which the spindle 72 leads to the locking member 13.
  • the blocking or release of the first flow channel 10 takes place as mentioned by the rotational movement of the locking member 13 in the first flow channel 10, wherein the locking member 13 is connected to the spindle 72 via a splined shaft 73.
  • the bearing of the locking member 13 is carried by the spindle bearing 74 at the two ends of the spline 73rd
  • shut-off unit To explain the function of the shut-off unit, it is initially assumed that the first flow channel 10 in the channel housing 12 is released by the blocking member 13. As a result, a volume flow through the shut-off unit in the direction of the fluid flow path 1 can take place.
  • the pressure device 30 When planting an impermissibly high Pressure in the gas line 20, it comes to trigger the pressure device 30 in that the opening unit 80, preferably in the form of a rupture disc, an opening releases, so that the standing under the increased pressure fluid loads the actuator 31 frontally. Due to the force applied by this pressure, the actuator 31 moves with the translational movement 32.
  • the thread 71 of the screw 70 translates the translational movement 32 of the actuator 31 in a rotation of the spindle 72, which, due to the mechanical coupling with the Locking member 3, a rotation of the locking member 13 causes, so that the first flow channel 10 is closed. It can be seen that the axis 14, about which the locking member 13 rotates, is coaxial with the translatory movement 32 of the actuator 31. To ensure the function of the shut-off unit when an increased pressure is applied is between the actuator 31 and the surrounding him
  • Hollow cylinder 34, a seal 33 is provided, which may be designed in a simple configuration as an O-ring or as a metallic bellows.
  • a safety valve 100 extends transversely through the channel housing 12 and thus essentially parallel to the fluid flow path 1. This is shown in more detail in the sectional view A-A. This safety valve 100 essentially serves to relieve the pressure of the shut-off unit itself by applying an excessive pressure on the side of the piston 101 of the
  • Safety valve 100 of the piston 101 is pressed against the force of the spring 102 and thus in the opening direction 103 allows a fluid volume flow to the piston 01 opposite side of the shut-off.
  • shutoff unit according to the invention has a relatively small length 1 1 of the first flow channel 10, due to the compact design of the channel housing 12 due to the design of the
  • Locking member 13 as a rotating element for releasing or closing the first flow channel 10.
  • the channel housing 12 can make extremely short, the present invention Absperrrö is not limited to the circular design of the locking member 13 shown, but For further reduction in length, if necessary, it is also possible to use a locking member 13 with a smaller width.
  • Fluid flow path 1 first flow channel 10th

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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Absperreinheit zur Sperrung und Freigabe eines Fluid-Strömungspfades (1), insbesondere eines Strömungspfades (1) eines Fluides mit einer Temperatur von weniger als 100°C, mit einem ersten Strömungskanal (10) sowie einem Sperrglied (13), mit welchem der erste Strömungskanal (10) im Wesentlichen schließbar oder geschlossen ist. Die Absperreinheit weist weiterhin eine Überdruckeinrichtung (30), mit der bei Überschreitung eines Grenzdruckes eine Bewegung eines Aktuators (31) der Absperreinheit auslösbar ist, sowie ein Getriebe (70) auf. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mit dem Getriebe (70) die Bewegung des Aktuators (31) in eine Rotation des Sperrgliedes (13) zwecks Sperrung oder Freigabe des ersten Strömungskanals (10) umwandelbar ist. Die Absperreinheit ist dabei derart ausgestaltet, dass die vom Getriebe (70) in eine Rotation des Sperrgliedes (13) umgewandelte Bewegung des Aktuators (31) eine translatorische Bewegung ist. Das Getriebe (70) ist ein Schraubgetriebe mit nicht-selbsthemmendem Gewinde (71), wobei die Spindelmutter durch den Aktuator (31) ausgebildet ist oder mechanisch fest mit dem Aktuator (31) verbunden ist und die Spindel (72) des Schraubgetriebes mechanisch mit dem Sperrglied gekoppelt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Speicherbehälter mit der erfindungsgemäßen Absperreinheit sowie ein Verfahren zur Befüllung oder Entleerung eines erfindungsgemäßen Speicherbehälters.

Description

Beschreibung
Absperreinheit, Speicherbehälter und Verfahren zur Befüllung oder Entleerung eines
Speicherbehälters
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Absperreinheit zur Sperrung und Freigabe eines Fluid-Strömungspfades, sowie einen Speicherbehälter, der die erfindungsgemäße Absperreinheit umfasst. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Befüllung oder Entleerung eines erfindungsgemäßen Speicherbehälters.
Behälter zum Transport von Fluiden, insbesondere Druckbehälter und/oder Behälter zum Transport sehr kalter Medien - sogenannte Cryotanks - müssen oftmals zur
Vermeidung von Unfällen bzw. Schädigungen der Umwelt am Ein- bzw. Auslassstutzen eine im Wesentlichen fluiddicht schließende Absperreinrichtung aufweisen.
Eine derartige Absperreinrichtung muss derart ausgeführt sein, dass sie eine
Absperrung des Strömungspfades selbsttätig bei unzulässiger Drucküberschreitung vornimmt.
Die US 2013/192588 A1 offenbart eine Einrichtung, in deren unterem Bereich eine Absperreinheit zur Sperrung und Freigabe eines Fluid-Strömungspfades angeordnet ist. Es ist ein Strömungskanal sowie darin ein Kugelhahn vorgesehen. Die
Absperreinheit umfasst ein Knickelement, mit dem bei Überschreitung eines
Grenzdruckes eine Bewegung eines Kolbens auslösbar ist, sowie ein Getriebe, mit dem die Bewegung des Kolbens in eine Rotation des Sperrgliedes zwecks Sperrung oder Freigabe des Strömungskanals umwandelbar ist.
Die US 310 031 A offenbart ebenfalls eine Absperreinheit zur Sperrung eines Fluid- Strömungspfades, mit einem ersten Strömungskanal sowie einem Sperrglied, mit welchem der Strömungskanal schließbar ist. Weiterhin umfasst die Absperreinheit ein Zahnstangentrieb zwischen einer Kolbenstange und einem Rotationselement, so dass die Bewegung des Kolbens in eine Rotation des Sperrgliedes zwecks Sperrung des Strömungskanals umwandelbar ist. Auch der US 3 730 214 A ist eine Absperreinheit zur Sperrung und Freigabe eines Fluid-Strömungspfades entnehmbar. Diese Absperreinheit weist einen Strömungskanal sowie darin ein Sperrglied zur Schließung des Strömungskanals auf. Weiterhin ist eine Überdruckeinrichtung vorhanden, mit der bei Überschreitung eines Grenzdruckes eine Bewegung eines Kolbens in einem Zylinder der Absperreinheit auslösbar ist. Mit einem Koppelgetriebe, welches die Glieder der Kolbenstange sowie eine Pendelstütze und eine Koppel umfasst, ist die Bewegung des Kolbens in eine Rotation des
Sperrgliedes zwecks Sperrung oder Freigabe des Strömungskanals umwandelbar.
Aus der DE 19652682C1 ist eine Sicherheitsabsperrarmatur bekannt, die bei unzulässiger Drucküberschreitung einen Sperrmechanismus entriegelt, so dass ein Strömungskanal, der in einen Behälter führt, geschlossen wird.
Eine derartige Einrichtung ist ebenfalls in der EP 0846901A2 in Form einer
Absperrvorrichtung für die Befülleinrichtung eines Druckbehälters offenbart, wobei die Kraft zur Verschließung des Strömungskanals durch eine Feder zur Verfügung gestellt wird.
Nachteilig an bekannten Absperrvorrichtungen ist jedoch die relativ große Länge des Strömungskanals der Absperrvorrichtung entlang des Strömungspfades. Bei
Auslieferung bzw. Transport von Behältern, die mit einer entsprechenden
Absperrvorrichtung versehen sind, kommt es demzufolge relativ häufig zu
unzulässigen Lademaßüberschreitungen. Um diese zu vermeiden ist ein getrennter Transport des Behälters und der Absperrvorrichtung zum Einsatzort notwendig, was neben den erhöhten Transportkosten auch ungünstige Auswirkungen auf den
Montageaufwand vor Ort hat. Zudem sind herkömmliche Absperrvorrichtungen entsprechend der jeweiligen Einsatz-Druckbereiche zu dimensionieren. Das bedeutet, dass in Abhängigkeit eines jeweiligen Druckbereiches eine Absperrvorrichtung mit jeweils anderen Abmaßen anzuwenden ist. Neben den dadurch erhöhten
Produktionskosten fallen hier insbesondere die Lagerkosten für eine Vielzahl unterschiedlich dimensionierter Absperrvorrichtungen ins Gewicht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Absperreinheit sowie einen mit der Absperreinheit versehenen Speicherbehälter und ein Verfahren zur Befüllung oder Entleerung des Speicherbehälters zur Verfügung zu stellen, mit denen in einfacher, kostengünstiger und zuverlässiger Weise die sichere Befüllung bzw. Entleerung eines Speicherbehälters ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Absperreinheit nach Anspruch 1 sowie durch den erfindungsgemäßen Speicherbehälter nach Anspruch 7 und das erfindungsgemäße Verfahren zur Befüllung oder Entleerung eines Speicherbehälters nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Absperreinheit sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.
Die erfindungsgemäße Absperreinheit dient zur Sperrung und Freigabe eines Fluid- Strömungspfades, insbesondere eines Strömungspfades eines Fluides mit einer Temperatur von weniger als 100°C. Die Absperreinheit weist einen ersten
Strömungskanal sowie ein Sperrglied auf, in welchem der erste Strömungskanal im Wesentlichen schließbar oder geschlossen ist, wobei die Absperreinheit weiterhin eine Überdruckeinrichtung, mit der bei Überschreitung eines Grenzdruckes eine Bewegung eines Aktuators der Absperreinheit auslösbar ist, sowie ein Getriebe aufweist. Mit dem Getriebe ist die Bewegung des Aktuators in eine Rotation des Sperrgliedes zwecks Sperrung oder Freigabe des ersten Strömungskanals umwandelbar. Vorzugsweise ist der erste Strömungskanal mittels des Sperrgliedes vollständig geschlossen bzw.
schließbar. Die Absperreinheit ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass die vom Getriebe in eine Rotation des Sperrgliedes umgewandelte Bewegung des Aktuators eine translatorische Bewegung ist, und dass das Getriebe ein Schraubgetriebe mit nicht-selbsthemmendem Gewinde ist, wobei die Spindelmutter durch den Aktuator ausgebildet ist oder mechanisch fest mit dem Aktuator verbunden ist und die Spindel des Schraubgetriebes mechanisch mit dem Sperrglied gekoppelt ist.
Vorzugsweise ist eine feste mechanische Verbindung zwischen der Spindel und dem Sperrglied realisiert. Die Steigung des Gewindes ist derart auszuführen, dass es nicht- selbsthemmend ist. Zu diesem Zweck bietet sich der Einsatz einer Kugelumlaufspindel an. Das Schraubgetriebe in der erfindungsgemäßen Absperreinheit funktioniert umgekehrt zum üblichen Einsatzzweck eines normalen Schraubgetriebes, bei dem normalerweise eine rotatorische Bewegung der Spindel in eine translatorische Bewegung der Spindelmutter umgesetzt wird. Bei der erfindungsgemäßen Absperreinheit stellt der Aktuator die Spindelmutter dar oder ist mit der Spindelmutter mechanisch gekoppelt und die Spindel ist nicht-selbsthemmend ausgeführt. Durch Ausübung einer Druckkraft parallel zur Spindelachse auf den Aktuator wird dieser translatorisch verschoben, so dass er, da das Gewinde nicht-selbsthemmend ausgeführt ist, auf Grund der Kraftübertragung im Gewinde ein Moment an der Spindel erzeugt, die dieses Moment mechanisch auf das Sperrglied überträgt und dieses somit zur Sperrung oder Freigabe des Strömungskanals in Rotation versetzt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Absperreinheit liegt insbesondere in der geringen Länge des ersten Strömungskanals. Somit weist auch ein mit der erfindungsgemäßen Absperreinheit versehener Behälter eine geringere Länge als herkömmliche Behälter auf, so dass beim Transport des Behälters dieser zusammen mit der an ihm montierten Absperreinheit versandt werden kann und nicht - wie bei herkömmlichen
Absperrvorrichtungen - erst am Einsatzort mit der Absperrvorrichtung versehen werden muss. Die geringere Länge der Absperreinheit bewirkt zudem ein geringeres
Biegemoment, welches an einem für die Absperreinheit vorgesehenen Montagestutzen des Behälters wirkt, so dass auch dieser Stutzen zum Anschluss der Absperreinheit nur mit einer entsprechenden Festigkeit versehen sein muss.
Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Rotation des Sperrgliedes um eine Achse erfolgt, die im Wesentlichen parallel zur translatorischen
Bewegungsrichtung des Aktuators verläuft. Vorzugsweise erfolgt die Translation des Aktuators genau in der ideellen Drehachse des Sperrgliedes.
Um Gefahrensituationen zu vermeiden weist die Absperreinheit in günstiger
Ausgestaltung eine Öffnungseinheit auf, die bei Überschreitung des Grenzdruckes einen zweiten Strömungskanal freigibt, durch den Fluid zum Aktuator strömt und diesen mit einem Druck beaufschlagt, so dass der Aktuator auf Grund der Druckkraft die translatorische Bewegung ausführt. Die Öffnungseinrichtung kann insbesondere eine Bersteinrichtung, wie zum Beispiel eine Berstscheibe, sein. Der Vorteil einer derart ausgestalteten Absperreinheit liegt insbesondere darin, dass diese für unterschiedliche Druckbereiche hinsichtlich ihrer Abmessungen generell gleich ausgestaltet sein kann und nur in Abhängigkeit vom jeweils vorgesehenen
Einsatzdruck eine unterschiedlich gestaltete Öffnungseinheit bzw. Berstscheibe aufweisen muss, wobei unterschiedliche Berstscheiben für unterschiedliche
Grenzdrücke vorgesehen sind. Demzufolge kann eine erfindungsgemäße
Absperreinheit mit im Wesentlichen denselben Abmaßen für eine Vielzahl
unterschiedlicher Druckbereiche vorgesehen sein, wobei nur eine entsprechende Öffnungseinrichtung in die Absperreinheit zu integrieren ist, um die Absperreinheit dem jeweiligen Druckbereich bzw. zu erwartendem Grenzdruck anzupassen. Dies mindert nicht nur Fertigungskosten sondern im Wesentlichen auch Lagerhaltungskosten, da nur noch eine Größe einer Absperreinheit vorzusehen ist und eine Mehrzahl von unterschiedlich gestalteten Öffnungseinrichtungen, die jedoch sehr kleinvolumig ausgestaltet sind, zu lagern sind.
Um nach Auslösung der Absperreinheit zwecks Sperrung des Strömungskanals die Absperreinheit wieder in ihren Ausgangszustand zu versetzen und den
Strömungskanal zu öffnen, weist die Absperreinheit vorteilhafterweise einen
Handhebel auf, der mechanisch an die Spindel des Schraubgetriebes angeschlossen ist.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Absperreinheit weist diese ein Sicherheitsventil auf, mit welchem eine Druckentlastung zumindest eines Abschnittes des ersten Strömungskanals der Absperreinheit realisierbar ist.
Insbesondere bei Verschluss des Strömungspfades vor und nach der Absperreinheit kann die Absperreinheit selbst noch unter einem relativ hohen Druck stehen, der der Absperreinheit bzw. umgebenen Aggregaten kurz- und/oder langfristig schaden könnte. Zur Druckentlastung öffnet das vorgesehene Sicherheitsventil ab einem bestimmten Druckwert und ermöglicht eine Fluid-Strömung von der mit einem höheren Druck belasteten Seite der Absperreinheit zu der mit einem geringeren Druck belasteten Seite. Dadurch lässt sich in einfacher Weise eine Druckentlastung in der Absperreinheit realisieren.
In einfacher und robuster Ausgestaltung der Absperreinheit ist vorgesehen, dass das Sperrglied durch eine mindestens zweifache Lagerung der Spindel in einem Gehäuse der Absperreinheit rotatorisch gelagert ist. Das heißt, dass das Sperrglied selbst keine eigene Lagerung benötigt, sondern dass die Lagerung des Sperrgliedes zur
Realisierung seiner Rotation mittels der Lagerung der Spindel erfolgt. Die mechanische Verbindung zwischen dem Sperrglied und der Spindel ist vorzugsweise durch ein Keilwellenprofil realisiert, wobei die Spindel beidseitig des mechanischen Anschlusses des Sperrgliedes an der Spindel und somit im Wesentlichen an den
gegenüberliegenden Enden des Keilwellenprofiles im Gehäuse gelagert ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird außerdem ein Speicherbehälter zur Aufnahme eines Fluides, insbesondere eines Fluides mit einer Temperatur von weniger als 100° C zur Verfügung gestellt, welcher einen Anschluss zur Befüllung und/oder Entleerung sowie eine an diesen Anschluss angeschlossene erfindungsgemäße Absperreinheit aufweist. Der Speicherbehälter kann stationär oder mobil ausgeführt sein.
Weiterhin wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren zur Befüllung und/oder
Entleerung eines erfindungsgemäßen Speicherbehälters zur Verfügung gestellt, bei dem ein Fluid-Volumenstrom durch die erfindungsgemäße Absperreinheit realisiert wird und bei Überschreitung eines Grenzdruckes eine Bewegung des Aktuators der Absperreinheit ausgelöst wird, die durch das Getriebe in eine Rotation des
Sperrgliedes zwecks Sperrung des ersten Strömungskanals umgewandelt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigt
Figur 1 eine erfindungsgemäße Absperreinheit in einer Ansicht quer zum Strömungspfad,
Figur 2 den Strömungskanal der Absperreinheit in Richtung des
Strömungspfades. In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Absperreinheit in vollständiger Ausbildung ersichtlich. Figur 2 zeigt lediglich den Teil der Absperreinheit, der den ersten
Strömungskanal 10 definiert, der durch das Sperrglied 13 in der dargestellten Ansicht verschlossen ist. Ein in der Absperreinheit vorgesehenes Sicherheitsventil 100 ist mit der Einzelheit-Darstellung entlang des Schnittes A-A in Figur 2 ersichtlich. Zunächst wird die erfindungsgemäße Absperreinheit durch ihre einzelnen Komponenten beschrieben. Die Absperreinheit ist an eine Gasleitung 20 angeschlossen, die zum Beispiel mit dem zu befüllenden und hier nicht dargestellten Behälter in strömungstechnischer Verbindung steht. In der Gasleitung 20 ist ein Sperrventil 21 angeordnet, um die Gasleitung bei Bedarf schließen zu können. Die Gasleitung 20 endet an einer Überdruckeinrichtung 30. Diese umfasst eine Öffnungseinheit 80, an die sich ein zweiter Strömungskanal 81 anschließt. Im Strömungspfad des zweiten
Strömungskanals 81 ist ein Aktuator 31 angeordnet, der zum Beispiel ein aus
Aluminium gefertigter Kolben ist, der eloxiert sein kann. Dieser Aktuator 31 ist gleichzeitig die Mutter eines Getriebes 70, welches hier als Schraubgetriebe ausgeführt ist. Das heißt, dass der Aktuator 31 als Mutter auf dem Gewinde 71 einer Spindel 72 sitzt. Das Gewinde 71 ist hier nicht-selbsthemmend ausgeführt. Die Spindel 72 des Schraubgetriebes 70 führt durch eine Versteifungseinheit 40 hindurch, die durch mehrere, vorzugsweise drei Bolzen 41 und eine entsprechende Anzahl von Rohren 42 mit Muttern 43 sowie Befestigungselementen 44 ausgebildet ist. Diese
Verstärkungseinheit 40 realisiert eine mechanisch feste Verbindung zwischen dem Anschluss der Gasleitung 20 und einem Führungsrohr 50, durch welches die Spindel 72 zum Sperrglied 13 führt.
Zur Verhinderung einer rotatorischen Bewegung des Aktuators 31 ist dieser in seinem rotatorischen Freiheitsgrad um die Längsachse durch eine Verdrehsicherung 35 blockiert, die sich einerseits in einer Nut 36 im Aktuator 31 abstützt und andererseits eine Gegenkraft in einen den Aktuator 31 umgebenden Hohlzylinder 34 einträgt. Mit der Spindel 72 ist ein Handhebel 90 fest verbunden, mit dem ebenfalls eine Rotation in die Spindel 72 und somit ebenfalls in das Sperrglied 13 einbringbar ist, um nach erfolgter Schließung des ersten Strömungskanals 10 diesen wieder manuell freigeben zu können.
Die Sperrung bzw. Freigabe des ersten Strömungskanals 10 erfolgt wie erwähnt durch die rotatorische Bewegung des Sperrgliedes 13 im ersten Strömungskanal 10, wobei das Sperrglied 13 mit der Spindel 72 über ein Keilwellenprofil 73 verbunden ist. Die Lagerung des Sperrgliedes 13 erfolgt durch die Spindellagerung 74 an den beiden Enden des Keilwellenprofils 73.
Zur Erläuterung der Funktion der Absperreinheit wird zunächst davon ausgegangen, dass der erste Strömungskanal 10 im Kanalgehäuse 12 durch das Sperrglied 13 freigegeben ist. Dadurch kann ein Volumenstrom durch die Absperreinheit in der Richtung des Fluid-Strömungspfades 1 erfolgen. Bei Anlage eines unzulässig hohen Druckes in der Gasleitung 20 kommt es zur Auslösung der Überdruckeinrichtung 30 dadurch, dass die Öffnungseinheit 80, vorzugsweise in Form einer Berstscheibe, eine Öffnung freigibt, so dass das unter dem erhöhten Druck stehende Fluid den Aktuator 31 stirnseitig belastet. Auf Grund der von diesem Druck aufgebrachten Kraft verschiebt sich der Aktuator 31 mit der translatorischen Bewegung 32. Das Gewinde 71 des Schraubgetriebes 70 übersetzt dabei die translatorische Bewegung 32 des Aktuators 31 in eine Rotation der Spindel 72, die, auf Grund der mechanischen Kopplung mit dem Sperrglied 3, eine Rotation des Sperrgliedes 13 bewirkt, so dass der erste Strömungskanal 10 geschlossen wird. Es ist ersichtlich, dass dabei die Achse 14, um die das Sperrglied 13 rotiert, koaxial zur translatorischen Bewegung 32 des Aktuators 31 verläuft. Zur Gewährleistung der Funktion der Absperreinheit bei Anlage eines erhöhten Druckes ist zwischen dem Aktuator 31 sowie den ihn umgebenden
Hohlzylinder 34 eine Dichtung 33 vorgesehen, die in einfacher Ausgestaltung als O- Ring oder auch als metallischer Faltenbalg ausgeführt sein kann.
Zwecks Abdichtung des Kanalgehäuses 12 an anschließenden Komponenten eines Behälters oder auch einer weiteren Leitung sind vorzugsweise Runddichtungen 60 vorgesehen. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, erstreckt sich quer durch das Kanalgehäuse 12 und somit im Wesentlich parallel zum Fluid-Strömungspfad 1 ein Sicherheitsventil 100. Dieses ist detaillierter in der Schnittansicht A-A dargestellt. Dieses Sicherheitsventil 100 dient im Wesentlichen zur Druckentlastung der Absperreinheit selbst, indem bei Anlage eines überhöhten Druckes auf der Seite des Kolbens 101 des
Sicherheitsventils 100 der Kolben 101 gegen die Kraft der Feder 102 eingedrückt wird und somit in Öffnungsrichtung 103 einen Fluid-Volumenstrom zu der dem Kolben 01 gegenüberliegenden Seite der Absperreinheit ermöglicht.
Es ist insbesondere aus Figur 1 ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Absperreinheit eine relativ geringe Länge 1 1 des ersten Strömungskanals 10 aufweist, bedingt durch die kompakte Bauform des Kanalgehäuses 12 auf Grund der Ausführung des
Sperrgliedes 13 als rotierendes Element zur Freigabe bzw. zur Schließung des ersten Strömungskanals 10. Dadurch lässt sich das Kanalgehäuse 12 außerordentlich kurz gestalten, wobei die vorliegende erfindungsgemäße Absperreinheit nicht auf die kreisrunde Ausgestaltung des dargestellten Sperrgliedes 13 eingeschränkt ist, sondern zur weiteren Längenverringerung ggf. auch ein Sperrglied 13 mit geringerer Breite verwenden kann.
Dadurch ist es möglich, lediglich eine Länge 11 der Absperreinheit von 35 mm bis 40 mm, vorzugsweise 38 mm, zu realisieren, die einen Transport eines damit versehenen Behälters zulässt.
Bezugszeichenliste
Fluid-Strömungspfad 1 erster Strömungskanal 10
Länge des ersten Strömungskanals 11
Kanalgehäuse 12
Sperrglied 13
Achse 14
Gasleitung 20
Sperrventil 21
Uberdruckeinrichtung 30
Aktuator 31
Translatorische Bewegung 32
Dichtung 33
Hohlzylinder 34
Verdrehsicherung 35
Nut 36
Versteifungseinheit 40
Bolzen 41
Rohr 42
Mutter 43
Befestigungselement 44
Führungsrohr 50
Runddichtung 60
Getriebe 70
Gewinde 71
Spindel 72
Keilwellenprofil 73
Spindellagerung 74
Öffnungseinheit 80 zweiter Strömungskanal 81
Handhebel 90
Sicherheitsventil 100
Kolben 101
Feder 102
Öffnungsrichtung 103

Claims

Patentansprüche
Absperreinheit zur Sperrung und Freigabe eines Fluid-Strömungspfades (1 ), insbesondere eines Strömungspfades (1) eines Fluides mit einer Temperatur von weniger als 100°C, mit einem ersten Strömungskanal (10) sowie einem Sperrglied (13), mit welchem der erste Strömungskanal (10) im Wesentlichen schließbar oder geschlossen ist, wobei die Absperreinheit weiterhin eine Überdruckeinrichtung (30), mit der bei Überschreitung eines Grenzdruckes eine Bewegung eines Aktuators (31 ) der Absperreinheit auslösbar ist, sowie ein Getriebe (70) aufweist, wobei mit dem Getriebe (70) die Bewegung des Aktuators (31) in eine Rotation des Sperrgliedes (13) zwecks Sperrung oder Freigabe des ersten
Strömungskanals (10) umwandelbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Absperreinheit derart ausgestaltet ist, dass die vom Getriebe (70) in eine Rotation des Sperrgliedes (13) umgewandelte Bewegung des Aktuators (31) eine translatorische Bewegung ist, und dass das Getriebe (70) ein Schraubgetriebe mit nicht-selbsthemmendem Gewinde (71) ist, wobei die Spindelmutter durch den Aktuator (31 ) ausgebildet ist oder mechanisch fest mit dem Aktuator (31) verbunden ist und die Spindel (72) des Schraubgetriebes mechanisch mit dem Sperrglied gekoppelt ist.
Absperreinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Absperreinheit derart ausgestaltet ist, dass die Rotation des Sperrgliedes (13) um eine Achse (14) erfolgt, die im Wesentlichen parallel zur translatorischen
Bewegungsrichtung (32) des Aktuators (31) verläuft.
Absperreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass die Überdruckeinrichtung (30) eine Öffnungseinheit (80) aufweist, die bei Überschreitung des Grenzdruckes einen zweiten Strömungskanal (81) freigibt, durch den Fluid zum Aktuator (31) strömt und diesen mit einem Druck
beaufschlagt, so dass der Aktuator (31) auf Grund der Druckkraft die
translatorische Bewegung (32) ausführt. Absperreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass die Spindel (72) des Schraubgetriebes (70) mechanisch mit einem
Handhebel (90) zur Realisierung einer Drehbewegung der Spindel (72) verbunden ist.
Absperreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass sie ein Sicherheitsventil (100) aufweist, mit welchem eine Druckentlastung zumindest eines Abschnittes des ersten Strömungskanals (10) der Absperreinheit realisierbar ist.
Absperreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass das Sperrglied (13) durch eine mindestens zweifache Lagerung der Spindel (72) in einem Kanalgehäuse (12) der Absperreinheit rotatorisch gelagert ist.
Speicherbehälter zur Aufnahme eines Fluides, insbesondere eines Fluides mit einer Temperatur von weniger als 100°C, mit einem Anschluss zur Befüllung und/ oder Entleerung des Speicherbehälters, sowie mit einer an den Anschluss gekoppelten Absperreinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zur Befüllung oder Entleerung eines Speicherbehälters gemäß
Anspruch 7, bei dem ein Fluid-Volumenstrom durch die Absperreinheit realisiert wird und bei Überschreitung eines Grenzdruckes eine Bewegung des Aktuators (31 ) der Absperreinheit ausgelöst wird, die durch das Getriebe (70) in eine
Rotation des Sperrgliedes (13) zwecks Sperrung des ersten Strömungskanals (10) umgewandelt wird.
PCT/EP2014/002659 2013-10-17 2014-09-30 Absperreinheit, speicherbehälter und verfahren zur befüllung oder entleerung eines speicherbehälters Ceased WO2015055281A1 (de)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US310031A (en) * 1884-12-30 Maecelijt castkl
GB2183010A (en) * 1985-11-15 1987-05-28 Burman & Sons Ltd Valve actuator
US20030192588A1 (en) * 2002-04-16 2003-10-16 Taylor Julian S. Pressure relief system with supply activated valve

Patent Citations (3)

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