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Druckmittelbetätigtes Absperrventil mit Hilfsventilen Die Erfindung
betrifft ein druckmittelbetätigtes, auf einen oberhalb bzw. unterhalb eines Sollwertes
liegenden Wert ansprechendes Absperrventil mit einem Differentialkolben, dessen
kleinere Seite der Durchflußleitung und dessen größere Seite einer mittels eines
ersten druckabhängigen Hilfsventils schließbaren Steuerleitung zugewandt ist, und
mit einem zweiten Hilfsventil, welches den Druck auf die größere Fläche des Differentialkolbens
vermindert, wenn das erste Hilfsventil geschlossen ist.
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Es ist bereits ein Mehrzwecksteuerventil bekannt, dessen Durchflußleitung
in der genannten Art mit einem Differentialkolben versehen und der eigentlichen,
durch eine Pumpe druckbeaufschlagten Versorgungsleitung parallel geschaltet ist.
Bei einem Druckanstieg über einen bestimmten vorgegebenen Wert wird der Differentialkolben
so verstellt, daß die zur Versorgungsleitung parallele Durchflußleitung durch das
Ventil unmittelbar an eine Abflußleitung angeschlossen ist, so daß der Druck in,
der Versorgungsleitung stark absinkt. Dies geschieht durch ein in eine Steuerleitung
eingesetztes Hilfsventil, wobei die Steuerleitung an die größere Seite des Differentialkolbens
angeschlossen ist. Das Hilfsventil wird bei einem übergroßen Druckanstieg gegen
die Kraft einer Feder von seinem Sitz gehoben und läßt damit den Druck auf der .großen
Seite des Differentialkolbens abfallen, so daß sich dieser in Richtung dieser Seite
verschiebt. Dieser Anordnung ist ein zweites Hilfsventil in der Steuerleitung parallel
geschaltet, das entweder seinerseits durch den Druck in der Versorgungsleitung gegen
die Kraft einer Feder in Offenstellung geführt werden kann oder mittels eines Elektromagneten
betätigbar ist. Dieses zweite Hilfsventil gestattet die Verminderung des Druckes
auf die große Fläche des Differentialkolbens, wenn das erste Hilfsventil geschlossen
ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, bei einer Anordnung der eingangs genannten Art eine größere Sicherheit
in der Wirkungsweise zu erzielen. Die Durchflußleitung soll nämlich bei großem Ansteigen
oder Abfallen des Leitungsdruckes zur Vermeidung von Verlusten zuverlässig schließbar
sein, andererseits aber soll das Absperrventil auch unabhängig vom jeweils herrschenden
Leitungsdruck geschlossen werden können. Dies ist insbesondere bei Bohranlagen,
z. B. auf Ölfeldern, wichtig.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein an sich bekanntes
Kontaktmanometer als Geber über einen ersten normalerweise geschlossenen Steuerschalter
das erste Hilfsventil öffnet, wenn der Druck im Medium vom Sollwert abweicht, und
das zweite Hilfsventil bei Erreichen des Sollwertes mittels eines zweiten normalerweise
offenen Steuerschalters öffnet, wenn das erste Hilfsventil in Schließstellung liegt.
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Durch die Verwendung des für Schaltzwecke in Druckleitungen bekannten
Kontaktmanometers zur Beaufschlagung des ersten Hilfsventils wird dessen sofortiges
Ansprechen erreicht, so daß die Schließbewegung des Differentialkolbens nahezu verzögerungsfrei
einsetzen kann. Die elektrische Auslösung sichert ein empfindliches und exaktes
Ansprechen. Im Gegensatz dazu arbeitet die bekannte Anordnung relativ träge, da
sich erst die verschiedenen Drücke ausgleichen müssen.
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Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Öffnung des zweiten Hilfsventils
zur Druckverminderung auf der großen Seite des Differentialkolbens und zu dessen
Rückführung in Offenstellung ebenfalls mittels eines Steuerschalters erfolgt, ist
mit dieser Einrichtung eine willkürliche Wiederinbetriebnahme nach einer Störung
möglich.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird im folgenden in einem Ausführungsbeispiel an Hand
der Zeichnungen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung die Außenansicht der
erfindungsgemäßen Ventilanordnung; F i g. 2 ist der Schnitt 2-2 nach F i g. 1; F
i g. 3 ist der Schnitt 3-3 nach F i g. 2;
F i g. 4 zeigt ein Schaltbild
der elektrischen Steueranordnung zur Betätigung der Hilfsventile.
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F i g. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung die erfindungsgemäße
Ventilanordnung mit einem Kontaktmanometer G, zwei Hilfsventilen 33 und 36 und elektrohydraulischen
Einrichtungen PV 1 und PV 2.
Die Hilfsventile 33 und 36 werden über
Schaltstangen 100 und 200 durch die Einrichtungen PV1 und P V
2 betätigt. Träger 104 und 204 übergreifen die Schaltstangen
und haltern die Gehäuse der Einrichtungen PV 1 und PV 2 an einem mittleren
Gehäuse 26, das die größere Seite eines Differentialkolbens des Absperrventils aufnimmt
und sich nach unten in ein Ventilgehäuse 11 zur Aufnahme der kleineren Seite des
Differentialkolbens fortsetzt. Das Hilfsventil 33 dient der Druckminderung auf der
großen Seite des Differentialkolbens, während das Hilfsventil 36
der Druckzufuhr
auf dieser Seite. in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Kontaktmanometers dient.
Die abzusperrende Leitung, die rechtwinklig durch das Ventilgehäuse 11 hindurchgeführt
wird, ist über einen Flansch 4 an eine Zuflußleitung und über einen Flansch 5 an
eine Abflußleitung 6 angeschlossen. Der Differentialkolben in den Gehäusen 11 und
26 ist mit einer Stange 80 verbunden, die durch eine Stopfbüchse 82 nach oben herausgeführt
ist und die jeweilige Stellung des Differentialkolbens kenntlich macht. Ein Handventil
86 gestattet die Absperrung des Druckmittels unterhalb des Kontaktmanometers,
um dieses zum Austausch oder zu Reparaturzwecken herausnehmen zu können. Ein weiteres
handbetätigtes Ventil 72 liegt in einer Verbindungsleitung zwischen der Zuflußleitung
zum Absperrventil und dem Kontaktmanometer G.
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Kabel 107 und 207 verbinden die Einrichtungen PV
1 und PV 2 mit einem Schaltkasten 300, während das Kontaktmanometer
G durch ein Kabel 400 mit dem Schaltkasten verbunden ist. Der Schaltkasten
300 enthält unter anderem von Hand betätigbare Steuerschalter 305 und 307, deren
Bedienungsknöpfe in F i g. 1 erkennbar sind.
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F i g. 2 zeigt den inneren Aufbau des Absperrventils und der Hilfsventile
im Inneren der Ventilgehäuse 26 und 11.
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Die an das Ventilgehäuse 11 angeschlossenen Zufluß- und Abflußstutzen
4 a und 5 a haben Kanäle 19 und 21, in deren Verlängerung die entsprechenden
Kanäle im Ventilgehäuse 11 liegen. Eine durchbohrte Büchse 15, die in das Gehäuse
11 eingesetzt ist, bildet den Führungszylinder für den Differentialkolben MV und
gleichzeitig bei 22 einen Sitz für die an dessen kleiner Seite angeschraubte Dichtung
23. Die große Seite 29 des Differentialkolbens MV ist in einer Zylinderbohrung 28
des Gehäuses 26 geführt, wobei ein Dichtungsring 30 in eine Ringnut der großen Seite
des Differentialkolbens eingesetzt ist. Die zugehörige Entlüftungsöffnung ist mit
30a bezeichnet.
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In das Oberteil des Ventilgehäuses 26 sind die Gehäuse 33 und 36 der
Hilfsventile eingesetzt und durch Schrauben 34 und 37 mit diesem verbunden, wobei
die Schrauben gleichzeitig noch die Träger 104 und 204 halten. In die Gehäuse 33
und 36 sind Buchsen 45 und 55 eingesetzt, welche die Schaltstangen führen und mittels
Packungen 102 und 203
abdichten. Weitere Buchsen 38 und 48 sind in
die in das Gehäuse 26 hineinragenden Stutzen der Hilfsventilgehäuse 33 und 36 eingeschraubt
und tragen ihrerseits mit Dichtungen versehene ringförmige Elemente 41 und 51, welche
Ventilsitze für die konisch zulaufenden Enden 101 und 201 der Schaltstangen bilden.
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Radiale Kanäle 54 an der nach außen weisenden Seite der Buchse 48
verbinden über einen Kanal 68 und entsprechende Durchbrüche in dem Gehäuse 36 den
Einlaßkanal 19 mit einer Zuleitung 59, die zu dem Kontaktmanometer G führt. Die
Kanäle 19 und 68 sind hierbei durch eine Bohrung 71 miteinander verbunden.
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Die oberhalb der großen Seite des Differentialkolbens MV gebildete
Druckkammer steht über eine Bohrung 28a und über Werkzeugöffnungen
39 mit Kanälen 40 und 50 in den Buchsen 38 und 48 in Verbindung, die zu den
Sitzen der Hilfsventile führen.
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Eine Kammer 45a in der Buchse 45 steht über eine Leitung 33
a mit einem Auslaß in Verbindung. F i g. 3 läßt insbesondere die Anordnung des handbetätigten
Ventils 72 erkennen, dessen Sitz 73 in der Bohrung 71 zwischen dem Einlaßkanal 19
und dem Verbindungskanal 68 so angeordnet ist, daß eine Betätigung des Handventils
ein Unterbrechen der Verbindung zwischen diesen beiden Kanälen gestattet.
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Weiter läßt sich aus F i g. 3 die Anordnung der Stange 80 an
der Oberseite des Differentialkolbens MV in einer Bohrung 81 entnehmen, die
damit an die oberhalb des Differentialkolbens liegende Druckkammer angeschlossen
und durch den Stopfen 82
abgedichtet ist.
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F i g. 3 zeigt weiter die Lage und Anordnung der radial gerichteten
Kanäle 54 in der Buchse 48, denen ein Ringkanal 53 in dieser Buchse sowie
weitere radial gerichtete Kanäle 57 im Ventilgehäuse 36 folgen, die schließlich
in einen entsprechenden Ringkanal 58 münden, an welchen die Zuflußleitung 59 zum
Kontaktmanometer G angeschlossen ist.
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Schließlich läßt F i g. 3 die Verbindung zwischen den Gehäusen 26
und 11 durch Schrauben 27 erkennen.
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F i g. 4 zeigt das elektrische Schaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung
mit einer schematischen Darstellung der Betätigungseinrichtungen PV1 und PV
2 für die Schaltstangen. Diese weisen jeweils einen Elektromotor M1 und M2
auf, welche dem Antrieb von Pumpen P 1 und P 2 dienen, welche ein hydraulisches
Medium aus Kammern 112 und 212
über Kanäle 113 und 213 in die stangenseitige
Kammer je eines aus Kolben 109, 209 und Zylinder 105, 205 bestehenden Aggregats
fördert. Rückstellfedern 110 und 210 wirken dem Hydraulikdruck entgegen und halten
die Hilfsventile in Schließstellung. Kanäle 111 und 211 verbinden
die kolbenseitigen Kammern 108 und 208 mit den Kammern 112 und 212.
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Endschalter 502 e und 501 c, die durch Anschläge 502y und 501e an
den Schaltstangen 100 und 200 betätigbar sind, dienen dem Abschalten der Elektromotoren
Ml und M2 nach Erreichen einer bestimmten Öffnungsstellung der Hilfsventile.
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Die Motoren Ml und M2 sind parallel zueinander an das Lichtnetz anschließbar,
wobei in jeweils einer Zuleitung ein Schalter liegt. Der Motor M 1 wird hierbei
über die Kontakte R 2 und R 3 eines Relais R eingeschaltet, während der Motor M2
direkt durch einen Schalter 502 m einschaltbar ist. Die Spule 303
des
Relais R bezieht ihre Spannung von einem Transformator T, der primärseitig an das
Lichtnetz angeschlossen
ist. Zur Erregung der Spule 303 kann deren
Ausgang einmal durch einen Hauptschalter 305 und zum anderen durch das Kontaktmanometer
G über die Leitung 400 an Masse angeschlossen werden. Das Kontaktmanometer
G ist hierzu mit zwei Kontakten 401 a und 401 b versehen, an welche
der Zeiger G l, der seinerseits an Masse liegt, in Abhängigkeit von dem im
Einlaßkanal 19 (F i g. 2) herrschenden Druck jeweils zur Anlage kommt.
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Durch Erregung der Spule 303 wird außerdem ein Kontakt R
1 des Relais geschlossen, der an einen Steuerschalter 307 angeschlossen ist
und über diesen den Ausgang der Spule 303 an Masse anschließt. Der durch eine Feder
in Schließstellung gehaltene Steuerschalter 307 bewirkt damit eine Selbsthaltestellung
des Relais R so lange, bis er gegen die Kraft der Feder von Hand geöffnet wird.
Die beiden Steuerschalter 307 und 502m sind mechanisch so miteinander verbunden,
daß sie bei Betätigung ihres Druckknopfes wechselweise in Schließstellung geführt
werden.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende: F i g.
4 zeigt die normale Betriebsstellung, in welcher die Motoren M1 und M2 abgeschaltet
und die Hilfsventile 33 und 36 geschlossen sind. Steigt oder fällt der Druck in
den Kanälen 19, 21 der Durchflußleitung über einen bestimmten Toleranzwert,
so kommt der Zeiger G 1 zur Anlage an einen der Kontakte 401 a oder 401 b, wodurch
die Relaisspule 303 Spannung erhält und die Kontakte R 1 bis R 3 geschlossen werden.
Da der Steuerschalter 307 geschlossen ist, verbleibt das Relais selbsthaltend
in dieser Schließstellung, und der Motor M 1 beginnt zu arbeiten. Durch das Abheben
des konischen Endes 101 von seinem Sitz wird das Hilfsventil 36 geöffnet,
wodurch der Kanal 50 an die Verbindungskanäle 68 und 59 zum Kontaktmanometer G angeschlossen
wird und ein Teil des hydraulischen Mediums in die Ventilkammer oberhalb der großen
Seite 29 des Differentialkolbens MV strömt. Der sich hier aufbauende Druck
ist durch die Leitungsführung nur wenig geringer als der auf die kleine Seite des
Differentialkolbens wirkende Druck, so daß sich infolge der größeren Fläche der
Differentialkolben nach unten in F i g. 2, also in Schließrichtung bewegt. Hat die
kleine Seite des Kolbens MV ihren Sitz 22 erreicht, wird durch Betätigung
des Endschalters 502e mittels des Anschlages 502y der Motor M1 stillgesetzt.
Die Stillsetzung des Motors M1 bewirkt ein Stehenbleiben des Kolbens
109, da das kolbenstangenseitig befindliche hydraulische Medium hierdurch
gesperrt ist. Diese Sperre wird durch ein Ventil 115 der Pumpe P 1 bei elektrischer
Beaufschlagung einer Spule 114 aufrechterhalten. Bei Abschaltung dieser Spule 114
durch das Relais R öffnet das Ventil 115, so daß die Feder 110 den
Kolben 109 und damit die Schaltstange 100 wieder in Schließstellung
führen kann. Da hierbei dennoch der Druck oberhalb der großen Seite des Differentialkolbens
MV aufrechterhalten wird, verbleibt auch dieser in Schließlage.
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Durch die Betätigung des gemeinsamen Druckknopfes der Schalter 307
und 502m wird die Selbsthaltestellung des Relais R aufgehoben und gleichzeitig
direkt der Motor M2 eingeschaltet, so daß durch das Arbeiten der Pumpe P2 der Kolben
209 gegen die Kraft der Feder 210 angehoben und das Hilfsventil
33 geöffnet wird. Hierbei wird gleichzeitig die Spule 114 abgeschaltet,
so daß, wie beschrieben, der Kolben 109 durch die Feder 110 in Schließlage zurückgeführt
wird. Durch die Öffnung des Hilfsventils 33 wird über die Kanäle
40 und 33 a die Ventilkammer oberhalb des Differentialkolbens nach
außen hin entleerbar, so daß jetzt der Druck auf die kleine Seite des Differentialkolbens
diesen wieder nach oben in F i g. 2 in Öffnungsstellung verschiebt. Solange der
Schalter 502m in Schließstellung gehalten wird, geht die Aufwärtsbewegung
des Kolbens 209 weiter, bis sie durch Betätigung des Endschalters 501 c beendet
wird. Wird der Knopf der Schalter 307 und 502m nicht betätigt,
so wird die Pumpe P2 abgeschaltet.
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Auch die Pumpe P2 ist mit einem entsprechend arbeitenden Elektromagnetventil
214, 215 versehen, welches bei elektrischer Beaufschlagung der Spule 214 das hydraulische
Medium unterhalb des Kolbens 209 sperrt. Die Öffnung des Schalters 502m hat außerdem
die Abschaltung der Spule 214 zur Folge, so daß sich nunmehr der Kolben
209 auf Grund der Kraft der Feder 210 einschließlich seiner Schaltstange
200 wieder in Schließstellung bewegen kann.
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Die Kolben 109 und 209 werden also durch das hydraulische
Medium so lange in ihrer jeweiligen Lage gegen die Kraft der Federn 110 und
210 gehalten, bis entweder der Schalter 307 einerseits oder der Schalter
502m andererseits geöffnet wird.
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Solange das Kontaktmanometer einen der Kontakte 401
a und 401 b geschlossen hält, bleiben auch die Kontakte R
1 bis R 3 des Relais R geschlossen, so daß der Motor M 1 eingeschaltet bleibt,
sofern er nicht durch den Endschalter 502e abgeschaltet ist. Ein willkürliches Einschalten
des Relais R ist aber durch Betätigung des Hauptschalters 305 möglich. Ebenso kann
durch Betätigung des gemeinsamen Knopfes der Schalter 307 und 502 a
der Differentialkolben MV jederzeit wieder in Offenstellung geführt werden.