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Rohrbruchventil für Kesselwagen und Lagerbehälter An Flüssiggas-Kesselwagen
und -Lagerbehälter werden besonders hohe Anforderungen hinsichtlich der Sicherheit
beim Entleeren des Behälters gestellt. Es muß insbesondere verhindert werden, daß
beim Entleeren des Behälters, das mit einem Druck von etwa 15 atü erfolgt, die feuergefährliche
Flüssigkeit ins Freie gelangt, und zwar auch dann, wenn die Abfülleitung beschädigt
wird.
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Bekannt ist ein selbsttätig schließendes Rohrbruchventil, das ein
im Behälter angeordnetes Hauptventil und ein Vorhubventil aufweist, das über einen
Stößel und einen Hebel von außen zum Herstellen des Druckausgleichs nach dem Ansprechen
des Ventils geöffnet werden kann. Bekannt ist ferner ein Rohrbruchventil für Dampfleitungen,
bei dem zwei Kegel unter Zwischenschaltung einer Feder ineinander auf einer mittels
eines Hebels von außen verschiebbaren Spindel angeordnet sind, wobei in der Ventilspindel
Längskanäle so vorgesehen sind, daß beim Öffnen des Ventils zunächst ein Druckausgleich
erfolgt, während bei einem Rohrbruch der innere Kegel zunächst schließt und vom
äußeren Kegel gebildete Dampfdurchtrittsschlitze anschließend geschlossen werden,
so daß durch das sich zwischen den Dampfdurchtrittsschlitzen bildende Dampfpolster
ein sanftes Schließen des Ventils erzielt wird. Ein solches Ventil ist bei Flüssigkeiten
nicht geeignet und entspricht insbesondere nicht den Vorschriften, die für den Transport
von feuergefährlichen Flüssigkeiten bestehen und völlig dichten Abschluß in Schließstellung
verlangen.
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Die Erfindung betrifft ein Rohrbruchventil für Kesselwagen und Lagerbehälter,
dessen Schließbewegung hydraulisch gebremst wird und dessen Ventilkegel auf der
von außen betätigbaren Ventilstange gleiten kann und in Öffnungsrichtung von einer
Feder beaufschlagt ist, die sich auf der Ventilstange absützt, bei deren Betätigen
zum Öffnen des Ventils zunächst eine Vorhuböffnung freigegeben wird, während der
Ventilkegel vom Flüssigkeitsdruck noch in Schließlage festgehalten wird. Dieses
Rohrbruchventil ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilkegel
beaufschlagende Feder in einem zylindrischen Ringraum eines vom Ventilkegel gebildeten,
die Ventilstange umschließenden Gehäuse angeordnet ist, das längs der Ventilstange
einen Flüssigkeitsdurchtrittskanal bildet, oberhalb dessen an der Ventilstange ein
diesen Flüssigkeitsdurchtrittskanal abschließendes Vorhubventil befestigt ist, das
einerseits den vollständigen Ventilabschluß bewirkt, andererseits beim Öffnen des
Ventils durch Aufwärtsbewegen der Ventilstange den Flüssigkeitsdurchtrittskanal
als Vorhub so freigibt, daß ein Druckausgleich zwischen der Abfülleitung und dem
Behälter hergestellt ist, ehe der Ventilkegel mittels der Ventilstange angehoben
wird.
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Ein solches Ventil schließt bei-eintretendem Rohrbruch sanft und geräuschlos
und doch sehr schnell. Vorzugsweise steht beim Rohrbruchventil gemäß der Erfindung
das auf der Ventilstange befestigte, die Kanäle im Gehäusekopf abschließende Vorhubventil
unter Wirkung einer die Ventilstange umschließenden, oberseitig gegen eine von Rippen
gebildete, am Gehäuse befestigte Glocke anliegende Wendelfeder, die beim Schließen
des Ventils zusätzlich puffernd wirkt.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Fig. 1 zeigt das Ventil in vergrößertem Maßstab in senkrechtem Schnitt;
Fig. 2 zeigt eine mechanische Steuerung der Ventilstange in senkrechtem Schnitt.
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Der Behälter I des Kesselwagens weist auf seiner Unterseite einen
Blockflansch 2 auf, an dem das das Ventil aufweisende rohrartige Gehäuse 3 befestigt
ist. Dieses rohrartige Gehäuse 3 weist an seinen beiden Enden Flansche 4 zum Anschluß
der Abfülleitung auf.
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Das Rohrbruchventil weist ein ringförmiges Gehäuse 5 auf, das an dem
rohrartigen Gehäuse 3 auf dessen Oberseite befestigt ist und sich mit seinem oberen
Teil, oberhalb der Linie 6 (Fig. 2), innerhalb des Behälters 1 befindet. Dicht oberhalb
der Oberkante 6 des Kesselbodens weist das ringförmige Gehäuse 5 eine Mehrzahl von
Flüssigkeitsdurchtrittsöffnungen 7 auf, beispielsweise zwölft solcher öffnungen,
die gleichmäßig auf den Umfang der Wandung
des Gehäuses 5 verteilt
sind. Am oberen ringförmigen Ende 8 des ringförmigen Gehäuses 5 ist ein Ringkörper
9 befestigt, an dem eine von Rippen gebildete, also offene Glocke 10 angebracht
ist.
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Im Gehäuse 5, und zwar in einem Nabenstern 11 desselben einerseits
und in einem vom oberen Ende der Glocke 10 gebildeten Lager 12 andererseits, ist
eine Ventilstange 13 längsverschiebbar gelagert. Auf der Ventilstange 13 ist der
Ventilkegel 14, ein Kegelventil mit nach oben gerichteter tellerartiger Ringfläche,
längsverschiebbar im Bereich der Durchtrittsöffnungen 7 des Gehäuses 5 angeordnet.
Dieser Ventilkörper liegt in seiner oberen Endlage mit seiner Ringfläche 15 gegen
die Unterseite eines vom Ringkörper 9 des Gehäuses 5 gebildeten Ringflansches 44
dicht an, der eine das Rohrgehäuse 17 umschließende Ringöffnung 45 bildet. In seiner
untersten Endlage liegt der Ventilkegel 14 gegen den vom Gehäuse 5 gebildeten Ventilsitz
16 dicht an. Die Querschnittsfläche des Ventilsitzes 16 ist gleich der Querschnittsfläche
der Durchflußöffnungen 7. Ist das Ventil geöffnet, so kann mithin die im Behälter
1 befindliche Flüssigkeit durch die Öffnungen 7 und das Gehäuse 5 in das rohrartige
Gehäuse 3 und in die Abfülleitung strömen. Ist der Ventilkegel 14 geschlossen, so
kann über die Öffnungen 7 des Gehäuses 5 keine Flüssigkeit aus dem Behälter 1 in
die Abfülleitung strömen.
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Der Ventilkegel 14 bildet oberseitig ein die Ventilstange 13 mit einem
Mantelraum umschließendes Rohrgehäuse 17, dessen oberes Ende 18 gleitend auf der
Ventilstange 13 gelagert ist. In dem Rohrgehäuse 17 befindet sich eine die Ventilstange
13 umschließende Wendelfeder 19, die mit ihrem oberen Ende gegen den Lagerkopf 18
des Rohrgehäuses 17 und mit ihrem unteren Ende gegen eine im Ventilkegel 14 unter
Bildung eines Ringspaltes 27 mit diesem angeordnete, auf der Ventilstange 13 befestigte
Gewindemutter 20 anliegt. Unterhalb der Gewindemutter 20 ist auf die Ventilstange
13 eine Kontermutter 21 aufgeschraubt, deren Umfangsfläche mit dem Ventilkegel 14
einen Ringspalt 28 bildet.
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Dicht oberhalb des Rohrgehäuses 17 ist eine die Gewindestange 13 umschließende
Wendelfeder 23 angeordnet. Diese liegt mit ihrem oberen Ende gegen die ringförmige
Innenfläche der von Rippen gebildeten Glocke 10 und deren Lager 12 an, mit ihrem
unteren Ende gegen eine auf der Ventilstange 13 befestigte Gewindemutter 24. Unter
dieser Gewindemutter 24 ist auf die Ventilstange 13 eine Kontermutter 25 geschraubt,
die unterseitig eine Ringdichtung 26 aus flüssigkeitsbeständigem Material aufweist,
und die gegebenenfalls den von dem oberen Ende 18 des Rohrgehäuses 17 und der Ventilstange
13 gebildeten Ringspalt 22 dichtend abschließt.
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Der Ringspalt 22 bildet einen Umgehungskanal für die Durchtrittsöffnungen
7 und den Ventilkegel 14, durch den gegebenenfalls auch dann geringe Mengen Flüssigkeit
aus dem Behälter 1 in das rohrartige Gehäuse 3 treten können, wenn das Ventil 14
geschlossen ist. Die Flüssigkeit tritt dann durch die Ringspalte 22, 27, 28 in einen
Ringkanal 29, der von einem den Unterteil des Kegelventils bildenden Leitkegel 30
gebildet wird, und der eine Mehrzahl sternförmig angeordneter Flüssigkeitsdurchtrittskanäle
40 aufweist.
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Die Steuerung des Ventils, also das Aufwärts- und Abwärtsbewegen der
Ventilstange 13 kann mechanisch mittels Gestänge oder Seilzug oder auch mittels
einer mit Druckgas oder Druckluft betätigten Steuerung bewirkt werden. Eine solche
mit Druckgas arbeitende Steuerung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Gewindestange 13
ist über eine Dichtung 41 durch das rohrartige Gehäuse 3 in einen Steuerzylinder
31 hindurchgeführt. An ihrem Ende befindet sich ein Steuerkolben 32. Der oberhalb
des Kolbens 32 befindliche Raum 33 und der unterhalb des Kolbens 32 befindliche
Raum 34 des Steuerzylinders 31 sind an Druckgasleitungen 35, 36 angeschlossen, die
zu einem Steuerventil 37, beispielsweise einen Mehrwegehahn führen. Diesem wird
über einen Stutzen 38 Druckgas zugeführt, das entweder in den Raum 34 des Steuerzylinders
geleitet wird und dann das Gestänge 13 aufwärts bewegt, wobei gleichzeitig das im
Raum 33 befindliche Druckgas über die Leitung 35 und einen Stutzen 39 des Mehrwegehahns
37 entweicht; oder es wird das Druckgas in den Raum 33 des Steuerzylinders 31 geleitet,
wodurch die Steuerstange 13 abwärts bewegt wird. Die wirksamen beiderseitigen Oberflächen
des Steuerkolbens 32 können größer sein als die druckwirksame Oberfläche des Ventilkegels
14.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Steuerung der Ventilstange 13 von
Hand ist das untere Ende der Ventilstange 13 durch das rohrartige Gehäuse 3 zum
Anschluß der Abfülleitung hindurchgeführt. Die Ventilstange 13 endet in einem Zylinder
42, in welchem ein Hebel 43 die Auf- und Abwärtsbewegung der Ventilstange 13 bewirkt.
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Die Wirkungsweise des Schnellschluß-Bodenventils ist folgende: Es
muß, um eine plötzliche Entspannung im Behälter 1 zu verhindern, der Abfüllbehälter
bzw. die Abfülleitung näherungsweise unter dem gleichen Druck stehen wie der Inhalt
des Behälters 1. Als Geschwindigkeitshöhe kommt nur der Druckunterschied der Flüssigkeitssäule
in Frage, der zwischen dem Druck im Behälter 1 und dem Abfüllbehälter, niveaumäßig
gesehen, gegeben ist. Soll die Geschwindigkeitshöhe vergrößert werden, so muß dem
Behälter 1 eine erhöhte Menge an Druckmedium, wie Druckgas zugeführt werden, oder
es muß mittels einer Pumpe abgesaugt werden.
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Liegt das Ventil 14 gegen den Ventilsitz 16 an und befindet sich die
Ventilstange 13 in ihrer tiefsten Stellung, so ist das Ventil völlig geschlossen.
Es kann dann weder durch die Durchtrittsöffnungen 7 Flüssigkeit aus dem Behälter
1 in die Abfülleitung treten noch über den Umgehungskanal 22, 27, 28, 29,
40, da bei der Abwärtsbewegung der Ventilstange 13
auch die Kontermutter
25 abwärts bewegt wird und die Wendelfeder 19 das obere Ende 18 des Rohrgehäuses
17 so gegen die Ringdichtung 26 preßt, daß der Ringspalt 22 abgedichtet ist. Bei
beispielsweise 15 atü Druck im Behälter 1 ruht dann auf dem Ventilkegel 14 der volle
Schließdruck von 15 atü, zusätzlich des Federdruckes der Wendelfeder 23. Soll das
Ventil geöffnet werden, so wird die Ventilstange 13 mittels der Druckgassteuerung
31-39 oder auf mechanischem Wege aufwärts bewegt. Hierbei wird die Wendelfeder 19
gespannt. Der Ventilkegel 14 bleibt zunächst noch geschlossen, da auf seine tellerförmige
Oberfläche der Schließdruck der im Behälter 1 befindlichen Flüssigkeit wirkt, der
die Kraft der Feder 19 gegenübersteht. Mit der Ventilstange 13 wird auch die Kontermutter
25 aufwärts bewegt, wobei der Eintritt der Flüssigkeit in den Ringspalt 22 freigegeben
wird. Es dringt dann langsam Flüssigkeit
aus dem Behälter 1 in die
Abfüllung, und zwar so lange, bis ein Druckausgleich in dieser und in dem Behälter
1 erfolgt ist. Ist dieser Druckausgleich erreicht, so öffnet sich der Ventilkegel
14 und es kann alsdann die Flüssigkeit durch die Durchtrittsöffnung 7 aus dem Behälter
1 in die Abfülleitung treten, da dann die von der Wendelfeder 19 ausgeübte Druckkraft
den Ventilkegel 14 anhebt. Es kann nunmehr der Behälter 1 in die Abfülleitung entleert
werden. Solange der Abfüllvorgang entsprechend der vorgesehenen Geschwindigkeitshöhe
normal verläuft, verbleibt die Ventilstange 13 in ihrer Höchstlage und der Ventilkegel
14 wird durch die Spannkraft der Wendelfeder 19 in COffnungsstellung gehalten.
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Tritt in der Abfülleitung ein Druckabfall ein, beispielsweise dadurch,
daß diese leck wird, so führt dieser Druckabfall zu einer Entspannung und einer
Vergasung des Mediums. Die wirksame Geschwindigkeitshöhe wird um den Betrag vergrößert,
der der Entspannung entspricht. Die Geschwindigkeit der dem Behälter 1 entströmenden
Flüssigkeit vergrößert sich in den Durchtrittsöffnungen 7 erheblich. Dies hat eine
Kontraktion und dadurch einen Druckabfall im Raum unter dem Ventilkegel 14 zur Folge.
Hierdurch verringern sich die Kräfte, die von unten her auf den Ventilkegel 14 wirken,
so daß der Druck der Flüssigkeit in der Glocke, der von oben her auf den Ventilkegel
14 einwirkt, im Verhältnis zu jenen größer und der Ventilkegel 14 abwärts bewegt
wird, wobei die Feder 19 entspannt wird. Ruht der Ventilkegel 14 dann auf dem Ventilsitz
16 auf, so ist er mit dem im Behälter 1 vorhandenen Druck, vermindert um die Kraft
der Wendelfeder 19, belastet. Die im Rohrgehäuse 17 befindliche Flüssigkeit entweicht
schnell über die Umgehungskanäle 22, 27, 28, 29, 40. Wird nunmehr nach diesem selbsttätigen
Schließvorgang die Ventilstange 13 in ihre untere Endstellung gebracht, so wird
auch der Umgehungskanal 22 geschlossen, und es wirkt dann noch zusätzlich die Schließkraft
der Wendelfeder 23 auf den Ventilkegel 14 ein.