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Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitsventil mit einem durch einen Deckel abschliessbaren Körper, der einen Einlass- und einen Auslassstutzen aufweist, die durch einen Kanal für den Mediumdurchfluss miteinander verbunden sind, der einen Ventilsitz hat, welcher durch einen federbelasteten Steuerkolben absperrbar ist.
Bei Ventilen der genannten Art erfolgt die Zuführung des Arbeitsmediums in einen Hohlraum unterhalb des Steuerkolbens und drückt gegen den durch den federbelasteten Steuerkolben abgesperrten Ventilsitz.
In der normalen Lage ist das Sicherheitsventil hermetisch geschlossen. Der Druck des Arbeitsmediums gegen die Fläche des Steuerkolbens, die durch den Durchmesser des Sitzes begrenzt ist, wird durch die Kraft der
Feder ausgeglichen.
Um einen dichten Verschluss zu bewirken, wird dabei die Feder des Steuerkolbens einem bestimmten zusätzlichen Druck ausgesetzt. Falls sich der Mediumdruck erhöht, wird auch die auf den Steuerkolben wirkende
Kraft grösser, wodurch sich das Sicherheitsventil öffnet. Durch den freigewordenen Durchgangsquerschnitt des
Ventilsitzes wird das Medium aus der durch das Sicherheitsventil zu schützenden Anlage so lange abgelassen, bis sein Druck wieder normal ist, worauf der Steuerkolben unter der Einwirkung der Kraft der Feder wieder in seine
Ausgangslage zurückkehrt.
An die Sicherheitsventile stellt man während ihres Betriebes die Forderung, dass sie beim Nenndruck des
Mediums eine völlige Dichtheit und bei erhöhtem Mediumdruck eine optimale Durchlassfähigkeit gewährleisten.
Die Einhaltung dieser beiden Forderungen führt bei der Entwicklung der Sicherheitsventile jedoch zu entgegengesetzten Tendenzen. Um eine zuverlässige Dichtheit des Ventilverschlusses zu gewährleisten, ist es erwünscht, die Kraft der auf den Steuerkolben wirkenden Feder steigen zu lassen. In diesem Falle aber wird ein beträchtlicher Anteil der Kraft, die sich bei der Erhöhung des Mediumdruckes entwickelt, für die Aufhebung des spezifischen Druckes im Ventilverschluss aufgewendet, wodurch für die Verschiebung des Steuerkolbens, bei welcher die Feder zusammengedrückt werden muss, diese Kraft nicht mehr ausreicht, so dass das Sicherheitsventil nur teilweise geöffnet wird und einen nur geringen Durchlass bewirkt.
Wird hingegen der spezifische Druck im
Ventilverschluss herabgesetzt, dann ist der Durchlass bei erhöhtem Mediumdruck zwar ausreichend, aber bei einem normalen Mediumdruck besitzt dann das Sicherheitsventil meist keine genügende Dichtheit.
Dies ist der Hauptmangel, den alle bisher bekanntgewordenen Sicherheitsventile aufweisen.
Ziel der Erfindung ist daher ein Sicherheitsventil der eingangs angeführten Art, das die aufgezeigten Mängel vermeidet, was erfindungsgemäss dadurch erreicht wird, dass der Steuerkolben hinter dem Ventilsitz in einem in Richtung des Mediumstromes befindlichen Kanalabschnitt, zwecks Erhöhung der Rückwirkung des Mediumstromes, mit einem gegen Veränderungen des Mediumdruckes empfindlichen, einen Faltenbalg aufweisenden Fühlglied verbunden ist und einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Tellerboden aufweist, entlang dessen Achse eine der Erhöhung der Rückwirkung des fliessenden Mediums dienende, sowie längs der Achse bewegbare Lavaldüse ausgebildet ist.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist mit dem Tellerboden ein zu diesem senkrecht angeordneter und in Führungen hin- und herbewegbarer Körper starr verbunden, dessen zentrale Bohrung in Form einer Lavaldüse ausgebildet ist, wobei zwischen dem Tellerboden sowie dem Körper Öffnungen für den Mediumdurchfluss vorgesehen sind und der Tellerboden an der dem Ventilsitz zugekehrten Seite mit einem in einer Ringnut angeordneten Dichtungsring versehen ist.
Nach einem andern Merkmal der Erfindung ist das eine Ende des senkrecht zum Tellerboden angeordneten Faltenbalges des Fühlgliedes am Ring des Deckels des Ventilkörpers befestigt und an seinem andern Ende sitzt ein dem Faltenbalg mit seinem Boden zugekehrter sowie auf den Steuerkolben aufgesetzter Becher fest, der infolge des Mediumdruckes gegenüber dem Steuerkolben bewegbar und mit einem Anschlag versehen ist, welcher bei seiner Verlagerung zusammen mit dem Becher den Steuerkolben vom Ventilsitz abhebt.
Gemäss weiteren Erfindungsmerkmalen sind die Führungen des Steuerkolbens als eine im Ventilkörper starr befestigte Hülse ausgebildet. Der Anschlag ist als flacher Ring ausgebildet, welcher an der Innenfläche des Bechers anliegt und dazu senkrecht liegt sowie eine Bohrung aufweist, durch welche der Körper des Steuerkolbens axial verlagerbar ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles, welches in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist, näher erläutert. In diesen zeigt Fig. l einen Längsschnitt durch das Sicherheitsventil und Fig. 2 in grösserem Massstab den Steuerkolben im Längsschnitt.
Das erfindungsgemässe Sicherheitsventil besitzt einen Hohlkörper--l--mit einem Einlassstutzen--2-- und einem Auslassstutzen --3-- sowie einem Deckel--4-. Im Ventilkörper--l--sind parallel zueinander und senkrecht zur Achse des Einlassstutzens--2--Stege--5 und 6--angeordnet, welche an ihren Rändern fest mit der Wandung des Ventilkörpers--l--verbunden sind. Der zwischen diesen Stegen liegende Raumabschnitt hat eine hermetisch abgedichtete Verbindung mit dem Auslassstutzen--3--. Der Raumabschnitt des Ventilkörpers --1--, der unterhalb des unteren Steges--5--liegt, und der
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verbunden.
Im oberen Steg--6-ist eine Öffnung vorgesehen, in welche eine Hülse-8-eingebaut ist. Die obere Stirnseite der Hülse --8-- dient als Ventilsitz. Wenn das Sicherheitsventil geschlossen ist, berührt ein
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Steuerkolben --9-- den Ventilsitz ; der Steuerkolben --9-- hat einen Tellerboden--10--, der an der dem Sitz zugewandten Seite eine für einen Dichtungsring--11--bestimmte ringförmige Nut aufweist, wobei der Dichtungsring--11--direkt an dem Ventilsitz anliegt.
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verbunden, der zu dem Tellerboden--10--senkrecht verläuft.
Bei der Verlagerung des Steuerkolbens--9-dient die Hülse --8-- als Führung für den Körper-12--, weshalb die Innenfläche der Hülse --8-- der Körperform--12--des Steuerkolbens--9--angepasst ist.
Entlang der Achse des zylindrischen Körpers --12-- ist eine zentrale Bohrung als Lavaldüse--13-- ausgebildet, die für die Erhöhung der Rückwirkung des Mediumstromes dient, der nach dem Ansprechen des
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Bei der Auslegung der Lavaldüse-13-wird von einer Reaktionskraft --R-- ausgegangen, die für eine völlige Erhebung des Steuerkolbens--9--und für die Sicherung eines grösstmöglichen Durchlasses des Sicherheitsventils ausreicht. Hiebei werden ebenfalls die physikalischen Eigenschaften des Mediums in Betracht gezogen.
Der Steuerkolben --9-- ist mit einem Fühlglied--14--, das gegen einer Veränderung des Mediumdruckes empfindlich ist, verbunden. Das Fühlglied--14--hat einen Faltenbalg--15--, der im Ventilkörper--l--angeordnet ist, zu dem Tellerboden --10-- des Steuerkolbens --9-- senkrecht verläuft und mit dem einen Ende an einem zwischen dem Deckel--4--und dem Ventilkörper--l-- eingepressten Ring --16-- befestigt ist.
Am andern Ende des Faltenbalges --15-- ist ein Becher --17--
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der dem Faltenbalg --15-- zugekehrten Seite ein hohler Bolzen --21-- vorgesehen, auf welchen eine Feder - aufgesetzt ist, die den Steuerkolben --9-- gegen den Ventilsitz mittels des in der Bodenmitte des Bechers --17-- befindlichen Stiftes --18-- drückt. Die Feder besitzt eine Auflage --23--. Die Einstellung der Feder --22-- erfolgt mittels einer Schraube--24--, die auf eine Spindel --25-- aufgesetzt ist, welche teilweise in den hohlen Bolzen-21-eingeführt und darin befestigt ist.
Die Schraube --24-- und die Spindel --25-- sind in eine Bohrung des Deckels-4-eingeführt. Nachdem die Feder --22-- eingestellt worden ist, wird die Schraube --24-- mittels einer Sicherungsmutter--26--festgehalten, die auf der Schraube --24-- oberhalb des Deckels--4--sitzt.
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eine Öffnung für die Verlagerung der Spindel --25-- aufweist. Am Ende der Spindel--25--, das ausserhalb des Gehäuses-27--liegt, ist eine handbetätigte Einrichtung --28-- vorgesehen, die für die Erhebung des Steuerkolbens --9-- und für die Öffnung des Sicherheitsventils von Hand aus bestimmt ist.
Das Sicherheitsventil funktioniert wie folgt.
Normalerweise wird das Sicherheitsventil an den Behältern und Rohrleitungen, die einem hohen Druck ausgesetzt sind, senkrecht montiert. Wenn der Mediumdruck in der Anlage normal ist, schliesst das Sicherheitsventil hermetisch ab. Das Medium kommt in den Einlassstutzen --2--, fliesst über die Kanäle --7-- und staut sich oberhalb des Steuerkolbens--9--, wodurch dieser gegen den Ventilsitz gedrückt wird.
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übersteigt, die den Steuerkolben vom Ventilsitz abhebt. Durch die gleichzeitige Einwirkung des Mediums und der Feder --22-- auf den Steuerkolben --9-- wird an der Berührungsstelle des Dichtungsringes--11--und des Ventilsitzes ein spezifischer Druck erzeugt, der bei normalem Mediumdruck eine hermetische Abdichtung des Sicherheitsventils bewirkt.
Falls sich der Mediumdruck in der Anlage erhöht, wird der Kräfteausgleich innerhalb des Sicherheitsventils gestört. Da sich in dem Einlassstutzen --2-- der Mediumdruck erhöht, entwickelt sich eine zusätzliche Kraft A Ql, die der Achse des Steuerkolbens --9-- entlang gerichtet ist.
Diese Kraft errechnet man folgenderweise :
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AQi=AP (Fi-F ) wo : A P-Wert, um welchen sich der Mediumdruck erhöht ;
Fi-effektive Fläche des Faltenbalges, die nach dem mittleren Durchmesser der Falte ermittelt wird ; F-Fläche des Steuerkolbens, die durch die Berührungslinie des Steuerkolbens und des Ventilsitzes begrenzt ist.
Hiebei vergrössert sich die den Steuerkolben --9-- vom Ventilsitz abhebende Kraft, und der Becher - 17-- verschiebt sich daher nach oben und drückt den Faltenbalg --15-- und die Feder--22- zusammen. Jedoch bleibt dabei der Steuerkolben --9-- unter der Einwirkung der Feder--19--solange gegen den Ventilsitz gedrückt, bis sich der Anschlag --20-- gegen den Tellerboden --10-- des Steuerkolbens--9-stemmt.
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--9-- mit,--9-- befindlichen Öffnungen strömt das Medium in die als Lavaldüse --13-- ausgebildete Durchflussöffnung.
Am Ausgang der Lavaldüse --13-- wird die Fliessgeschwindigkeit des Mediums überkritisch, indem durch die kinetische Energie des Mediums eine Reaktionskraft erzeugt wird, die auf den Steuerkolben --9- einwirkt. Unter der Einwirkung dieser Reaktionskraft beginnt der Steuerkolben --9-- sich schnell nach oben zu bewegen, indem er einen vollen Arbeitshub vollzieht und einen grösstmöglichen Durchlass des Sicherheitsventils gewährleistet.
Die gesamte Hubkraft lässt sich dabei wie folgt errechnen : #Q2=#P (F1-F2)+R-S;
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S = c. Ah-Kraft der Feder ; c Steife der Feder ;
A h - Zusammendrückung der Feder bei völlig erhobenem Steuerkolben ist.
Während der Verlagerung des Steuerkolbens --9-- fliesst das Medium aus dem Innenraum des Ventilkörpers --1-- durch die Öffnungen-A-und die Lavaldüse-13--in den Auslassstutzen-3- so lange, bis in der Anlage wieder der normale Mediumdruck eintritt. Falls der Mediumdruck fällt, vermindert sich die auf den Steuerkolben einwirkende Reaktionskraft--R--, und der Steuerkolben --9-- bewegt sich unter der Einwirkung der Feder--22--nach unten. Je nach der Verlagerung des Steuerkolbens --9-- nach unten werden die Öffnungen--A--nach und nach überdeckt, wodurch die Fliessgeschwindigkeit des Mediums an der Lavaldüse --13-- geringer wird.
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unter dem Mediumdruck gegen den Ventilsitz dicht angedrückt. Das Sicherheitsventil schliesst hermetisch ab und ist wieder einsatzfähig.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Sicherheitsventil mit einem durch einen Deckel abschliessbaren Körper, der einen Einlass- und einen Auslassstutzen aufweist, die durch einen Kanal für den Mediumdurchfluss miteinander verbunden sind, der einen Ventilsitz hat, welcher durch einen federbelasteten Steuerkolben absperrbar ist, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass der Steuerkolben (9) hinter dem Ventilsitz in einem in Richtung des Mediumstromes befindlichen Kanalabschnitt, zwecks Erhöhung der Rückwirkung des Mediumstromes, mit einem gegen Veränderungen des Mediumdruckes empfindlichen, einen Faltenbalg (15) aufweisenden Fühlglied (14) verbunden ist und einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Tellerboden (10) aufweist, entlang dessen Achse eine der Erhöhung der Rückwirkung des fliessenden Mediums dienende, sowie längs der Achse bewegbare Lavaldüse (13)
ausgebildet ist.
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