DE2134568A1

DE2134568A1 - Sicherheitsventil mit Rückschlagkompensatorausgleich

Info

Publication number: DE2134568A1
Application number: DE19712134568
Authority: DE
Inventors: John Wilson Colfax La. Richardson (V.StA.)
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1970-07-27
Filing date: 1971-07-06
Publication date: 1972-02-03
Also published as: CH538624A; FR2103729A5; GB1329487A; US3702142A; BE770417A; JPS549331B1; ES196557U; ES196557Y; CA947615A; AT324790B

Description

Patentanwälte Dipi.-ing. Walter Meissner Dipi.-ing. Herbert Tischer

1 BERLIN 33, HERBERTSTRASSE 22 9 1 *} A ζ R ß MÜNCHEN

Fernsprecher: 8 87 72 37 - Drahtwort: Invention Berlin iC I -J H Ό Ό O ' Poetecheckkonto: W. M e I β β η e r, Berlin West 122 82 e 11111 19/1

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DIESSER INDUSTRIES, INC, Dallas,Texas, USA. VI(a)-7O-19 Sicherheitsventil mit Rückschiagkompensatorausgleich

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil, das die Gegenwirkungen des bei Ventilanlagen auftretenden Rückdrucks ausgleichen kann. Bei voll angehobenem Ventil ergibt eine geregelte ringför- ä

mige Öffnung über diesem einen stärkeren Aufwärtsstoß als die Abwärtskraft, die durch den Rückdruck ausgeübt wird. Der Grad des Ausgleichs ist auf die gegebenen Arbeitsbedingungen einstellbar.

Das Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, enthält die Technik .des Behandeins von Strömungsmitteln.

Bei den meisten üblichen Anlagen mit Dampfsicherheitsventilen wird der Überdruck über eine geeignete Leitung unmittelbar zur Atmosphäre abgeleitet. Die Oberseite des Ventiltellers ist normalerweise atmosphärischem Druck ausgesetzt und die Verwendung eines Muffenbalges, der axial an der Rückseite des Tellers nach oben verläuft, ergibt einen Ausgleich bei einem übergelagerten Rückdruck, der gegen f den Teller wirkt. Bei Aufkommen von Kernkraftwerken ist es notwendig geworden, Dampf und Wasser durch die Teile der Anlage, die radioaktive Partikel enthält, zirkulieren zu lassen. Die gefährliche Natur dieser Partikel verbietet das Ablassen in die Atmosphäre und macht eine vollkommen geschlossene Anlage notwendig, anstelle des bisherigen Ablassens zur Atmosphäre. Als Folge des Ablassens in die geschlossene Anlage wird einem schwankenden Rückdruck von Größen

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Nach dem ASEME-Code muß ein angemessener Hub bei 3 % des angesammelten Druckes (d.h., der angemessene Kapazitätsdiode über dem Schaltdruck) trotz des entgegenwirkenden hohen Rückdrucks gehalten werden. Gleichzeitig muß auch der gehaltene Schaltdruck so sein, daß der Poppingpunkt nicht der Anpassung der Gegenwirkung eines hohen Rückschlags geopfert werden kann. Folglich ist es nicht möglich, diese Erfordernisse mit Balg-Sicherheitsventilen üblicher Konstruktion zu erhalten, da diese Ventile einen angemessenen Hub nicht aufrechthalten können, wenn er gegen starken Rüc&druck angefordert wird. Beispielsweise wirken solche Ventile mit einem Schaltpunkt von 70 kg/cm und einem Ansammlungsdruck von 72 kg/cm einem atmosphärischen Abfließen entgegen. Beim Auftreten eines Sückdrucks von z.B. 7 kg/cm (etwa 10 %) und darüber bewegt sich der Teller nach unten in die Schließstellung und ein angemessener Hub kann nicht aufrechterhalten werden« Trotz Kenntnis dieses Problems war es bisher nicht bekannt, wie diese Schwierigkeiten zu überwinden sind und die Forderung des ASME-Codes unter den Bedingungen des erwähnten Rückdrucks zu erfüllen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung von Sicherheitsventilen und besonders von solchen mit Ausgleichsbälgen, die die Forderungen des ASME-Codes erfüllen können, wenn sie gegen starken Rückdruck öffnen sollen. Demnach werden die Wirkungen hohen Rückdrucks duruch das Herkraal einer geregelten Öffnung überwunden, das einen aufwärtsgerichteten Schlag liefert, der den nach unten wirkenden Kräften entgegenwirkt, die durch den starken Rückdruck bedingt sind. Durch eine Voreinstellung kann die Gegenströmung auf einen beliebigen Grad für auftretende Feldzustände bemessen werden, woderch die Wirkungen des Bückdrucks vollständig aufgehoben werden, was bei den Sicherheitsventilen bisheriger Art nur mit Mühe erreicht worden ist.

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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindimg, ein neuartiges und verbessertes Sicherheitsventil anzugeben. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung Sicherheitsventile so zu verbessern_f daß sie einen
angemessenen Hub aufrechthalten, wenn sie sich gegen starken
Rückdruck öffnen.

Aufgabe der Erfindung ist ferner die Verbesserung eines Sicherheitsventils, das innerhalb der Grenzen des ASME-Codes bei starkes Rückdruck arbeiten kann.

Aufgabe der Erfindung ist ferner ein neuartiges Sicherheitsventil der Art der ausgeglichenen Bälge so auszuführen, daß die Virkungen starken Kückdruckes ausgeglichen werden und das sowohl einfach als auch leistungsfähig ist und so eingestellt werden kann, daß es die Feldbedingungen von auftretenden Eückdrücken erfüllt.

Figur 1 ist eine Schriftdarstellung eines abgeglichenen Sicherheitsventils mit Bälgen mit der Verbesserung nach der
Erfindung;

Figur 2 ist ein Abschnitt des Ventils über der Sitzfläche von

Figur 1 in größeres Maßstab und zeigt das Ventil in der geschlossenen Stellung; und

Figur 3 ist eine der Figur 2 ähnliche Darstellung, die aber das Ventil in der voll offenen Ausflußstellung zeigt.

Das in Figur 1 gezeigte Sicherheitsventil nach der Erfindung enthält eineauf einen Grundteil 11 gehaltene Kappe 10, mit der es druckdicht über mehrere Dichtungen 12 verschraubt gehalten wird. An der Unterseite des Teils 11 befindet sich ein Einlaß 13r der von einer in der Mitte nach oben verlaufenden aufrechten

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Einlaßdüse 14 gebildet wird. Ein Plansch 18 verbindet das Ventil mit einer Anlage, auf deren Druck das Ventil ansprechen soll. Der Auslaß 17 dient der Entleerung der Anlage, wenn das Ventil offen ist und ein Flansch 19 als Anschluß der Entleerungsleitung. Es sei erwähnt, daß es üblich ist, diese Ventile mit den Einlaßachsen nach oben in genau vertikelter Ausrichtung zu installieren, so daß die Begriffe wie "oben","unten¹¹, "auf", "ab", "horizontal", "vertikal" usw. in diesem Zusammenhang zu berücksichtigen sind.

Vom unteren Ende der Düse verläuft ein Einlaß 13 axial nach oben an einem verkleinerten Endabschnitt der Düse 14, an dem sich ein ringförmiger, horizontal und plan verlaufender Ventilsitz 21 befindet. Normalerweise wird der Ventilsitz beim Drücken unter dem Schaltdruck des Ventils eingenommen, um eine Flüssigkeitsströmung zu verhindern. Dahinter befindet sich eine Ventilscheibe 22 mit einem ringförmigen Sitz 23 an seiner unteren Fläche, der mit dem Ventilsitz 21 zusammenverläuft und mit ihm zusammenarbeitet, wenn sich das Ventil in der geschlossenen Stellung befindet.

Die Scheibe 22 ist zylindrisch und besitzt einen Unterseitenabschnitt 28, der auf einem versenkten Absatz 29 einer Hülse 31 aufliegt. Die Hülse 31 ist wiederum mit der Scheibe 22 verschraubt und ein dazwischenliegender Dichtungsstreifen 32 am unteren Ende des muffenähnlichen Scheibenhalters 30 besitzt eine Mittelbohrung, damit er das größere untere Ende der Spindel 33 umfassen kann. Die Spindel verläuft zentral nach oben in die Arbeitsstellung und besitzt eine gespannte Schraubenfeder 38, die zwischen Federscheiben 39 und 40 vorgespannt ist und die Scheibe gleichmäßig nach unten in den Dichtungssitz 21 des Ventils drückt, ein muffenartiger

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Ausgleichsbalg 42 schließt die Spindel druckdicht zwischen einem oberen Blindflansch 43 und einem unteren Flansch 44 und einer Fußplatte 45 ein. Das Innere des Scheibenhalters 30, das den Balg umgibt, ist eine Druckkammer 48, die übermehrere radiale öffnungen 49 in einem axialen Führungsglied 50 sich in konstanter Verbindung mit dem Rückdruck im Auslaß 17 befindet. Ein oberer und ein unterer Einstellring 53 und 54 können einzeln in eine beliebige axiale Lage gebracht werden und dienen mittels der Einstellschrauben 55 und 56 zum Verändern der Arbeitskennlinien des in bekannter Weise.

Wenn ein auf der Unterseite wirkender Flüssigkeitsdruck der Schei- | be 22 die der Feder 38 überschreitet, wird die Scheibe aus dem Sitz 21 kräftig nach oben gebracht und voll angehoben, wodurch die Flüssigkeit hinter dem Ventilsitz zum Auslaß 17 und darüber hinaus strömen kann. Bei voll angehobenem Ventil befindet sich der Ventilsitz 23 in der in Figur 3 gezeigten Stellung und ermöglicht eine gleichbleibende Flüssigkeitsströmung vom Einlaß zur Entleerung. Gleichzeitig mit der Flüssigkeitsströmung liegt der statische Druck am Durchgang 17 über den Öffnungen 49 an der Kammer 48 und dort ergibt sich eine unmittelbar nach unten gegen die Oberseite der Hülse 31 wirkende Kraft, die das Ventil aus der ganzen oberen Stellung in die Schließstellung zu drücken versucht. Bei kleinsten Rückdrücken, z.B. beim Entleeren zur Atmosphäre ist die g schließende Gegenwirkung sehr klein. Es ist aber zu erkennen, daß ohne das ausgleichende Merkmal der Erfindung, wenn sich die Rückkraft in Verbindung mit der Kraft der Feder 38 die angesammelte Druckkraft überschreitet, sch das Ventil zu schließen beginnt, trotz der Notwendigkeit der während des vollen Anhebens andauernden Entleex'ung.

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Die Ausgleichsvorrichtung nach der Erfindung, durch die die Gegenwirkung des Rückdrucks aufgehoben und die Tendenz eines vorzeitigen Schließens beseitigt sein wird, wird mit Hilfe der Figuren 2 und 3 im einzelnen beschrieben. Hierfür endet das oberste Ende des Scheibenhalter 30 in einem Kolben, der dem ringförmigen Flansch 60 ähnlich ist, der axial gleitend strammsitzend an die innere runde Wand der Führung 30 angepaßt ist. Die radiale obere Seite des Flansches 60 ist dem Rückdruck in der Kammer 48 offen ausgesetzt, während die radiale Unterseite 61 über mehrere seitliche untere Öffnungen 62, die axial durch die Führung 50 hindurchgehen, dem Durchgang 17 ausgesetzt ist. An der Außenseite der Führung 50 ist ein Einstellring 66 angeschraubt, der zu den Öffnungen 62 axial angeordnet sein kann und über die Einstellschraube 64 dort befestigt ist. Dadurch ergibt sich eine Teilöffnung, die sich durch Überlagern der Öffnungen bis auf einen beliebigen Abstand X schließt. Es ist zu erkennen, daß bei Bewegen des Einstellringes nach oben das Schließsegment größer wird, damit die Öffnungsströmungsfläche abnimmt, während ein Bewegen nach unten das Schließsegment verkleinert und so die öffnungsströmungsfläche vergrößert. Die Schließ- und Öffnungswirkung eines gegebenen axialen Wertes ¹¹X" schwankt mit der Funktion der Zahl und des Durchmessers der Öffnungen 62, die winkelig versetzt sind und radial durch die Führung 50 hindurchgehen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurden 4 Öffnungen 62 bei um 90 versetzten Mittelpunkten und etwa 25 mm Durchmesser als bestens geeignet festgestellt.

DLe Arbeitsweise des Kolbens 60, der Öffnungen 62 und des Ringes 63 wird erhalten, wenn das Ventil seine voLL anjehob^ne Stellung erreicht, wie sie in Figur ,5 gezeigt viri. Hierbei legt bei dieser Aufwartsbevegunj da:; öchaibenhaLtiirs JO u·» 1 iav l^htr.A>t* 22 a nie

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ringförmige Reaktionskammer 70 neben der Scheibe frei und gegen diese stößt die Flüssigkeitsströmung, wenn sie vom Einlaß 13 zum Auslaß 17 geleitet wird. Der Flüssigkeitsstoß erzeugt eine Reaktion hohen Drucks, der über einen nicht dargestellten Gleitabstand zwischen dem Äußeren des Halters 30 und dem Innern der Führung 50 mit einem ringförmigen Raum 71 in Verbindung steht. Der Raum 71 befindet sich unmittelbar unter der Kolbenfläche 61 und öffnet sich in die radialen Öffnungen 62.

Die Größe des im Raum 71 verfügbaren Drucks wird durch die "X^M-Lage des Einstellringes 63 beherrscht, der einen Druckabfall in Bezug auf die Kammer 48 erzeugt, dessen Druckdifferenz nach oben g

gegen die Kolbenfläche 61 wirkt. Sollte auf diese Weise eine aufwärts, gegen die Ventilscheibe wirkende Kraft durch den statischen Rückdruck in der Kammer 48 bestehen, so wird sie durch den nach oben wirkenden Schlag aufgehoben, der gegen den Kolben 60 erzeugt wird. Das reine, nach oben wirkende Kraftdifferential ist das Produkt des Druckdifferentials zwischen den Kammern 71 und 48 multipliziert mit der Flache des Kolbens 61. Durch vorheriges Einstellen des nach oben wirkenden Schlages auf die Feldbedingungen der Anlage, in der das Ventil verwendet werden soll, kann ein Kraftausgleich auf Kosten der vollen Anhebung bei Ansammlungsdruck erzielt werden. Wenn Überdruck abgelassen worden ist, kommt die Scheibe 22 normalerweise in ihre geschlossene Stellung am Halter 33, der sich hinter der Kammer 70 abwärtsbewegt. Dann schließt ^

sich die Kammer und die nach oben wirkende Reaktionsströmung wird praktisch beendet. Danach hört die Aufwärtsbewegung der auf die Kolbenfläche wirkende Kraft auf sich über den Öffnungen 62 zu verbrauchen und die Scheibe kann sich weiterbewegen, bis sie gegen den Ventilsitz 21 stößt.

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Im Betrieb bleibt das Ventil geschlossen, damit Flüssigkeit strömt, bis der Überdruck am Einlaß 13 die gegen die Scheibe 22 wirkende Federkraft überwindet. Bei Überdruck treibt der Flüssigkeitsdruck, der übder die ganze Fläche der Scheibe wirkt und der Halter die Scheibe und den Halter in einer Poppingwirkung in die voll angehobene Stellung. Bei Erreichen dieser Stellung erzeugt die Anfangsflüssigkeitsströmung, die sich zum Auslaß 17 bewegt, eine Eeaktionskraft in einer neu frei gemachten Ringkammer 70. Diese Kraft steht mit der Kammer 71 über einen Gleitabstand, der sich zwischen dem Halter 30 und der Führung 50 befindet, in Verbindung. In diesem Fall überschreitet die aufwärts wirkende Kraft, die gegen den Kolben 60 wirkt, mindestens geringfügig die nach unten wirkenden Kräfte, die durch den Rückdruck in der Kammer 48 bewirkt werden. Die reine aufwärts wirkende Kraft, die als Ergebnis des Druckdifferentials zwischen den Kammern 71 und 48 multipliziert mit der Kolbenfläche 61 erzeugt wird, kann durch radiales Verstellen eines Einstellringes 63 so eingestellt werden, daß sich die radialen Öffnungen 62 um einen gewünschten Wert ¹¹X" verengen.

Die beschriebene Verbesserung für ein Sicherheitsventil überwindet die Gegenwirkungen hohen Rückschlagdruckes, der zur Ventilentleerung in einer Anlage gehört, in der sich das Ventil befindet. Die Ausgleichsvorrichtung ist bei der Behebung der Schwierigkeit äußert· wirksam, die bisher die Industrie beschäftigt hat und von verhältnismäßig einfacher Konstruktion ist. Der Ausgleich ergibt die Beweglichkeit der Einstellung bei veränderbaren Rückschlagdruck, wobei auch die besonderen möglichen Feldbedingungen erfüllt werden. Durch die einfache Verbesserung nach der Erfindung können die

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Forderungen des ASME-Codes leicht und ohne Schwierigkeit in einer Weise erfüllt werden, was durch die Ventile der bisherigen Art nicht möglich war.

Anlagen;

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Claims

Dipl-mg. VV. Meissner. -10- VI(a)-70-1 9

Dlpl.-lr.g- H. Tischer
Berlin 33 !Grunewald)
Herbertstr.22,Tel-"

Patentansprüche

M.))Sicherheitsventil mit einem Plüssigkeitsdurchgang zwischen Einlaß und Auslaß, einem ringförmigen Sitz, der den Durchgang an seiner mittleren Lage umgibt, einer Scheibe, die entsprechend dem Überdruck am Einlaß von zwischen einer ersten Druckstellung, die den Sitz angreift, um eine Flüssigkeitsströmung zu verhindern, in eine voll angehobene zweite STellung gelangt, die vom Sitz entfernt ist, damit Flüssigkeit vom Einlaß zum Auslaß fließen kann, und einer über der Scheibe liegenden Kammer, die mit dem Druck am Auslaß in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückdruckausgleichsvorrichtung vorgesehen ist, die bei einem gegebenen Ansammlungsdruck, der zum Halten der Scheibe (22) in der zweiten Stellung dient, gegenüber dem Rückdruck in der Kammer (48) bei mindestens etwa 10 Prozent des Schaltdrucks des Ventils wirksam ist.
2.) Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung eine Einstelleinrichtung (63) für die Größe des Rückschlagdruckes enthält, gegen den sie die Scheibe (22) in der zweiten STellung halten kann.
3.) Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung einen Kolben (oU), der mit der Scheibe (22) kraftschlüssig verbunden ist und eine Einrichtung enthält, die mit der Seheibe in der zweiten STellung zusammenarbeitet und den Druck vom Einlaß (13) zur Angriffsfläche (61) des Kolbens (60) führt und die 55chei.be in einer der Richtung des Rückdrucks in Kammer (48) entgegengesetzten Richtung drückt.

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BAD ORIGINAL

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4.) Sicherheitsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung eine Einstelleinrichtung (63) für die Größe des Rückdrucks enthält, gegen die er die Scheibe (22) in der zweiten Stellung hält.
5.) Sicherheitsventil nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung mindestens eine Öffnung (62) besitzt, die die Angriffsfläche des Kolbens (60) mit dem Druck am Ausgang (17) verbindet und ein Verschluß (50) die wirksame Strömungsfläche der Öffnung regelt.
6.) Sicherheitsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Öffnungen vorgesehen sind und der Verschluß einen Ring (66) enthält, der durch Gewinde in eine gegebene Segmentlage an den Öffnungen herangebracht werden kann.
7.) Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung bei einem gegebenen Ansammlungsdruck der zum Halten der Scheibe (22) in der zweiten Stellung dient, gegenüber einem Rückdruck in der Kammer (48) bei mindestens 10 % des Schaltdrucks des Ventils wirksam ist.
8,) Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Scheibenhalter (30) die Scheibe (22) in der Bewegung zwischen ihren beiden Stellungen hält und eine Kammer (48) über der Scheibe liegt, die mit dem Druck am Auslaß (17) offen in Verbindung steht, und daß ein Ausgleichsbalg (42) im Innern der Kammer (48) druckdicht an einem Mittelteil der Scheibe befestigt ist.

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9.) Sicherheitsventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung eine Einstelleinrichtung (63) für die Größe des Rückdrucks enthält, gegen den sie die Scheibe in der zweiten Stellung hält.
10.) Sicherheitsventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung einem mit der Scheibe (22) kraftschlüssig verbundenen Kolben (60) enthält und dort ein Durchgang vorgesehen ist, wobei die Scheibe in ihrer zweiten Stellung vom Einlaß zur Angriffsfläche des Kolbens einen Druck führt, der die Scheibe in einer der Richtung des Rückdrucks in der Kammer entgegengesetzten Richtung drückt.
11.) Sicherheitsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung mindestens eine Öffnung (62) aufweist, die die Angriffsfläche (61 ) des Kolbens (60) mit dem Druck am Ausgang (17) in Verbindung bringt und einen Verschluß zu Regeln der wirksamen Strömungsfläche dieser Öffnung enthält.
12.) Sicherheitsventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (62) radial zur Achse der Scheibe verläuft und der Verschluß axial und parallel zur Scheibenachse gebracht werden kann.

4.1.4. Nr. 107/71 (§46 Pat. AOJ

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