DE2727935A1

DE2727935A1 - Sicherheitsventil mit membran

Info

Publication number: DE2727935A1
Application number: DE19772727935
Authority: DE
Inventors: Umberto Buzzi; Flaviano Farfaletti Casali; Mario Montagnani
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1977-06-16
Publication date: 1977-12-29
Also published as: GB1580849A; BE855792A; IT1061768B; IE45220B1; FR2355226A1; LU77560A1; NL7706680A; IE45220L; FR2355226B1

Description

PATENTANWÄLTE D-I BERLIN-DAHLEM 33 · POOBIELSKIALLEE ββ D-B MÜNCHEN 99 ■ WIDENMAYERSTRASSE 40

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM)

BERLIN: DIPL.-INS. R. MÜLLER-BORN ER

MÜNCHEN: DIPL. INO. HANS-HEINRICH WEY DIPI INS. EKKEHARD KÖRNER

Berlin, den 16. Juni 1977

Sic/ierneitsventil mit Membran

(Italien, Nr. 50006 A/76 vom 18. Juni 1976)

IO Seiten Beschreibung 9 PatentansprUcne 4 Blatt Zeichnungen

Em - 27 176

BERLIN! TELEFON (O3O) 8319088 KABEL: PROPINDUS -TELEX O184OB7

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MÜNCHEN: TELEFON (080) 99BB8B KABEL: PROPINDUS -TELEX OB 94344

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil mit Membran für unter Druck stehende Fluide mit Sollbruch.

In den gewöhnlich verwendeten Sicherheitsventilen mit Membran öffnet sich das Ventil, weil die Membran selbst nachgibt. Der Bruch der Membran infolge von Druckerhöhung findet jedoch nie.t immer bei gleicher Druckhohe statt, sondern mit einem Lnsicaerheitsfakcor von lO bis 2CVi. Daraus ergibt sicn, ca:3 sica hier :v/ischen dem Druckwert, dem die Membran or.nc Vorsagen "..'idcrstc.au leisten soll, unci der Drucknöhe, bei der die McaiLran mi. ^. „Sicherüoit nachgeben muH, eine recht grooe /.bwo LCnuiig Leilc.c.¹. kann. ui*!S -nac.iL cz unumgäng lieh, die Druckjpeicier ~u Übordüiicioion-«. woraus sich ein großer wirtschaftiicner Naclrceii cryiou. Dia Lni;ewißiieit uf.^er don Bruch beruht auf dem Ei.ifluil einer großen Aa- :;anl scr.wer Kontrollierbarer Parameter, wie Scarce der Membran i.id die damit verbundenen Mangel, Durchbiegung der Membran und die siel·, daraus ergebenden Mangel, Scnwci;$ung der Umrandany, Mu teriaIfealer, die in einer großen Membran sehr zahlreich auftreten können. Art der Walzung, Herstellung usw., aut den Widerstand der Membran.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sicherheitsventil der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem der Soilbruch bei e.nera ge.'ir.u vornerbestiiiur.baren Wert des auf die Membran einwirkenden Druc.sCb nachgibt, so daß der Unsicherheitsfaktor in einer erträglichen Größenordnung verbleibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäi3 vorgeschlagen, d«ß es in seiner Druck unterworfenen widerstandsfähigen Strux^i.r ein widerstandsfähiges geeichtes Element aufweist, dessen Bruch Lei einem vorherbestimmuen Wert des auf es einwirkenden Druckos eintritt, wobei dieses Element aus einem mechanisch über starr ο

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Stützen mit der dem Druck unterliegenden Struktur verbundenen Prüfkörper besteht.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransvirüchen an-jO-geben.

Einzelheiten, Vorteile und Anwendungen dor iriindung sind anhanc. der in der Zeichnung dargestellten Ausführun^sbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch zwei Arten A und D von Ventilen entsprechend dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein erfindungsgemäS ausgebildetes Ventil mic oxacr durc einen zugbelasteten Probeköruer gocra^enon :-.c:iJran, wbei der Probekörper außerhalb des unter Druck stehenden Fluids angeordnet ist;

Fig. 3 eine billigere Ausführungsform des Scncnuis nach Fio,. 2;

Fig. 4 die mit PIiIfe eines zuybeansprucnten Probekoroors >.jcuragene Membran, wobei der Probekörpcr innerhalb dos unter Druck stehenden Fluids angeordnet ist;

Fig. 5 eine billigere Art der Ausf ührunysform nach Fi>j. 4;

Fig. 6 ein Ventil, dessen Membran durch ein einer Spitzenlost unterworfenes Element gehalten wird, und

Fig. 7 eine billigere Ausführungsform des Ventils nach Fig. ö.

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Was den Stand der Technik rait den oben skizzierten Kachteilen angeht, so ist bei der Ausführungsart A in Fig. 1 das Element, das reißen soll, eine Membran 1, deren konkave Höhlung dem unter Druck stehenden Fluid 2 zugewandt ist. Die aus einer Folie aus nicht oxidierendem Stahl bestehende Membran ist durch Schwei3ung entlang ihrer Umrandung an einem äußeren Ring 3 befestigt, der seinerseits zwischen zwei mit Dichtungen 5 versehenen Flanschen 4 eingespannt ist.

In dem zweiten unten in Fig. 1 dargestellten Beispiel B ist die Membran 1 mit ihrer konvexen Seite dem unter Druck stehenden Fluid 2 zugewandt. Man glaubt, auf diese Weise den Widerstand der Membran besser bestimmen zu können, indem man einen weiteren Parameter (elastische Abknickung ohne Punktbelastung) einführt, der auf einer mehr bestimmten Eigenschaft basiert, nämlich dem Elastizitätsmodul des Materials. Tatsächlich aber bleibt der Gra.d der Ungewißheit aufgrund der Komplexität des Elements selbst noch immher hoch, das für den Druch und für den gleichzeitigen Einfluß zu vieler Parameter auf seine Widerstandskraft bestimmt ist. Es muß auch erwähnt werden, daß bei einigen billigeren Ventilen die Membran nicht an dem Ring angeschweißt ist, der die Dichtheit verleiht, sondern einfach durch Einklemmen gehalten wird, wobei die oben erwähnten Prinzipien der Widerstandskraft und des Bruches unverändert bleiben.

Um den genannten Nachteilen abzuhelfen, schlägt die Erfindung neue Gedanken für Sicherheitsventile mit Membran vor mit dem Ziel, die Unsicherheit hinsichtlich des Wertes des Bruchdruckes so weit wie möglich zu verringern.

Dabei kann die Membran auf ihrem Umfang zwei biegsame, ringförmige Lamellen haben, die mechanisch mit einem starren Ring verbunden

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sind, der auf der Trägerstruktur für das Ventil befestigt: ist und die Basis für einen axialen Ausrichtungszylinäer darstelle, wobei die Membran auf der Seite gegenüber dem unter Brück stellenden Fluid mit einem koaxial zum Ausrichtunys::yiinder verlaufenden zylindrischen Träger versehen und mechanisch mit de:?. Zylinder mittels eines geeichten Prüfkörpers verbunden ist, der an einer starren Querstrebe des Zylinders selbst befestigt ist.

Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, in die widerstandsfähige Struktur ein Element einzubringen, dessen Widerstandsfähigkeit einerseits für das Verhalten der Struktur seihst wesentlich ist, andererseits aber bei einem t,ensu vorherbestimmten Wert des einwirkenden Druckes nachgibt. Die einfachsten widerstandsfähigen Elemente, die auch in der Praxis leicht zu verwenden sind und eine gut vorherbestimmbare Solibruchstelle aufweisen, sind

- zylindrische Prüfkörper, die auf Zug beansprucht werden und aus einem dehnbaren Material (Stahl) bestehen, das eine geringe Bruchdehnung hat (in diesem Fall gibt das Element durch Bruch nach);

längliche Stangen, die einer axialen Kompression unterworfen werden (in diesem Fall gibt das Element infolge einer Spitzenbelastung aufgrund elastischer Instabilität nach) .

Im ersten Fall tritt der Bruch bei Belastungswerten ein, die in einem Unsicherheitsbereich von 1 bis 2% liegen, während der Unsicherheitsbereich im zweiten Fall auf 0,5% verringert wird.

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Ιπι ersten Fall hängt der Bruch tatsächlich au3er von der einwirkenden Belastung von einigen anderen genau bestimmten Parametern ab

dma Druchmcsser des Prüfkörpers, der mit sehr großer Genauigkeit und mit einem Mindestmaß an Irrtumsmöglichkeit bestimmt werden kann;

der Zusammensetzung und Behandlung des Materials, Faktoren, die ebenfalls einfach bestimmbar sind;

den Mikro-Fehlern im Material; dies sind die einziger. Pyrometer, die nicht klar bestimmbar sind und tatsächlich den Hauptgrund für die verbleibende Unsicherheit sind, doch ist ihr Störfaktor wegen der geringeren Ausdehnung des widerstandsfähigen Elements sehr viel geringer als im Fall der Membran.

Im zweiten Fall nüngt der Bruch praktisch allein vun wcx Ar wen genau bestimmter Parameter nb

den geometrischen Eigenschaften des Materials des Elements L'inge und Durchmesser), und

dem Elastizitätsmodul des Materials, einem senr stabi .^afcimeter, der bei Vorhandensein von Mix.ro-Fehiern nicht spürbar ist.

L>ies erklärt die Genauigkeit der Bestimmung des kritischen Kcruc acr Belastung, bei dor das widerstandsfähige Element nachgibt.

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Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Sicherheitsventile mit Membran sind aufgrund dieser T£. us-che ^.n einer Weise konzipiert, daß eines der im folgenden beschriebenen Elemente in bestimmender Weise zur Widerstandsf ä::i-:;keit der ve::iLi"w λ beiträgt? wenn ein solches Element nachgibt, dr.nn erfol-jen der Bruch der Membran und die öffnung des Ventils unmittelbar canücr..

Fig. 2 zeigt die durch Schwei3ung mit zwei zm Uniang ringförmig angeordneten Lamellen ο verbundene Membran, wobei ciie Lamellen ilirerseits mit einem starren Ring 3 verbunden sind, der r.-.^risc.io:i den Flanschen 4 unter Zwischensetzung von uic.iLun.jcn 5 durch Schraubenmuttern 14 eingespannt ist. Die McitiLran 1 und die ringförmigen Lamellen ό bilden ein verformbares Mer.iLrcn-Laig-Ceii I.io, das seinerseits nicht in der L,age ist, einem gerir-gen Drue.·; .α widerstehen _tso da;3 es mit. Sicherheit bei:n iiichcruck bricht;. Der Widerstand des Ke:nbran-3alg-Gebildes gejen den Eeurie^sdruc^ ist aus diesem Grunde nur dank der auf die Membran wirkenden zylindrischen Stütze 7 möglich. Diese Stütze 7 ist durch den Prüfkörper 8 und die starre Traverse 9 mit den uyimcar 3' ur.c: damiL mit den Flanschen 4 verbunden. Auf diese «.'ej.se wird deutlich, da.ß die durch den Innendruck erzeugte, aul uie MoirJ^raη einwirkende Kraft fast völlig durch den zugbeanspruchten Prüfkörper aufgenommen wird.

Wenn dirse i\raft die Bruchlast dca Prüfkörpers dboraLOL-jL, die einen genau bestimmten Wert hat (nahe 1 oder J...) und die der.i Eichwert des Ventils entspricht, dann öffnet sie.-, dieses daraufhin offensichtlich sofort. Um möglichen seitlichen Verschiebungen vorzubeugen oder Ausrichtungsmängeln der zylindrischen Stütze 7, ist letztere mit einem äußeren zylindrischen Absatz lü versehen.

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Eei der billigeren Ausführunysform gemäS Fig. 3 des vorgeschriebenen Ventils ist die Menxbran 1 eine einfache flache Folie, die mit Hiife der Dichtung und der ringförmigen !Aippe 15 eng zwischen dem starren Ring 3 und den Flanschen 4 eingespannt ist. Sie wird getragen und leicht konvex i:um unter Druck stehenden Fluid hin durch die Stütze 7 gehalten, die wie oben beschrieben mit dem 3 und aus diesem Grunde mit den Flanschen 4 über den FrUi-

8 und die starre Traverse 9 des Zylinders 3' verbunden is;^. V."ie im vorbeschriebenen Fall wird der i»rüf körper a durch den auf die Membran einwirkenden Druck zugbeanspruchL, und auf den Bruch des Prüfkörpers hin erfolgt unmittelbar der Bruch eier Membran.

In Fig. 4 ist das Ventil mit seiner durch einen ^^beanspruchten Prüfkörper 8 getragenen Membran 1 dargestellt, wobei die Xeribrr.n aber auf der Seite des unter Druck stehenden Fluids 2 liegt. Diese Ausführung, die einfacher ist als das vorbeschriebene Schere, i£i, insbesondere dann vorteilhaft, wenn das unter Druc-c stehende cas nicht erhöhten Temperaturen oder Tempernturschwankunyen unterworfen wird. In diesem Fall können die Membran 1 und die ein verformbares und aus sich selbst heraus keinen Widerstand bietendes Gebilde darstellenden ringförmigen Lamellen C unmittelbar mittels des zuobeanspruchten Prüfkörpers 8 und durch den starren Ring 3 und damit durch die Flansche 4 in der Mitte eines geschwei3cen Kerns 11 gehalten werden. In diesem Fall ist es ebenfalls offensichtlich, daß im Fall des Bruches durch die Zugbeanspruchung des Prüfkörpers 8 der Bruch des Membran-Dalg-Cebildes und damit die öffnung dos Ventils unmittelbar erfolgen.

Bei der billigeren Form dieser Vorrichtung entsprechend lig. 5 ist die Membran eine einfache Lamelle, die zwischen den Flanschen des Rohres eingespannt ist und durch den Prüfkörper 8 und den Kern 11 unter leichtem Druck gehalten wird. Der Mechanismus des Bruches des Prüfkörpers und der Öffnung des Ventils entspricht dem des vorerwähnten bei Fig. 4.

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In Fig. 6 wird die Membran 1 des Ventils durch ein Spitzenlast-Element gehalten. Die Membran 1 ist hier durch Schweißung mit zwei ringförmigen Lamellen 6 verbunden, wobei die Lamellen ihrerseits mit dem starren Ring 3 verbunden sind, der unter Zwischensetzung von Dichtungen 5 zwischen den Flanschen 4 eingespannt ist. Wie im Fall der Fig. 2 stellen die Membran 1 und die ringförmig or. Lamellen 6 ein verformbares Membran-Ealg-ceLilde dar, das nichL ^n der Lage ist, seinerseits selbst gegen einen sehr geringen Druck Widerstand zu leisten (so daß es mit Sicherheit unter dem Eichdruck reißen würde).

Der Widerstand des Membran-Balg-Gebildes gegen den Betriebsdruck wird dann durch das Vorhandensein der durch den Stab 8 gegen die Membran gedrückten Kappe 12 möglich gemacht, wobei der Stab &u_" diese Weise das einer Spitzenlast ausgesetzte und sus dicöcr.i cruao dem Phänomen der elastischen Instabilität unterworfene Element darstellt, wenn die ausgeübte Belastung einen vorher bestinurt-on kritischen Were überschreitet. Der Stab 9 ist so angeordnet, tu-3 sein oberes Ende fest mit dem Zylinder 3¹ verbunden ist und :'u;.r mit Hilfe einer Gewindebuchse 13, die eine Feinrecrulieruny der Länge der freien Biegsamkeit des Stabes ermöglicht und auf diese Weise die genaue Eichung des Ventils gewährleistet. Tatsächlich wird die durch den auf die Membran einwirkenden Innendruck erzeugte Kraft fast völlig von dem Stab θ absorbiert, der durch eine Spitzenlast kompressionsbeansprucht wird. Wenn die erwähnte belastung den kritischen Belastungswert überschreitet und dc:s ihr unterworfene Element 8 das Phänomen elastischer Instabilität darbietet, wobei die Belastung einen vorhersehbaren, auf nahe C, 5;. genau vorherbestimmten Wert hat und der dem Eichwert des Ventils entspricht, dann öffnet sich dieses unmittelbar.

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Die Membran 1 einer billigeren Abwandlung dor vorbeschriebenen Form nach Fig. ό in Fig. 7 ist eine einfache flache Folio, die fest zwischen dem starren Ring 3 und den Flanscon 4 eingespannt ist. Sie wird getragen und leicht konvex zur.i unLer Druck stehenden Fluid durch die Kappe 12 gehalten, die dem Schub des Stabes ο unterliegt.

Aue;·, in diesem Fall wird der größere Veil der duren con auf die Mo.nj.ran einwirkenden Innendruck erzeugten Krei"L vo.it Element. 8 aufgenommen, das einer Spic^eniast unterlieg t. V/c.i.i ciese Kraft den durch die Eichung de3 Ventils vorgesehenen Were Übersteigt, beginnt dieses, sich unmittelbar zu öffnen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Auj_ a.irun.ju^Ciis^'iei beiiciirilnkc, sondern deckt alle Abwandlungen, die i.ii Lercici eine; Fachmannes auf diesem Gebiet liegen.

Patentansorüche:

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Claims

Patentansprüche

.)Sicherheitsventil mit Membran für unter Druck stehende Fluide, dadurch gekennzeichnet, daß es in seiner Druck unterworfenen widerstandsfähigen Struktur ein widerstandsfähiges geeichtes Element aufweist, dessen Bruch bei einem vorherbestimmten Wert des auf es einwirkenden Druckes eintritt, wobei dieses Element aus einem mechanisch über starre Stützen mit der dem Druck unterliegenden Struktur verbundenen Prüfkörper (8) besteht.
2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da β die widerstandsfähige Struktur eine Membran (1) aufweist, die an ihrem Umfang zwei biegsame ringförmige Lamellen (6) hat, die mechanisch mit einem starren Ring (3) an der Tragerstruktur des Ventils verbunden sind und die Basis eines axialen Ausrichtzylinders (3') bilden, wobei die Membran (1) auf der dem unter Druck stehenden Fluid (2) ent_- gegengesetzten Seite mit einer zylindrischen Stütze versehen ist, die koaxial zu dem axialen Ausrichtzylinder verläuft und mechanisch über einem an einer starren Traverse (9) des Zylinders selbst befestigten geeichten Prüfkörpers (8) mit dem Zylinder verbunden ist.
3. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die mechanisch entlang ihrem Umfang mit der Trägerstruktur des Ventils durch einen starren, einen Ausrichtzylinder (3¹) tragenden Ring (3) befestigte Membran (1) auf der Seite gegenüber dem Fluid unter Druck und auf dieses einwirkend mit einer zylindrischen Stütze versehen ist, die koaxial zu dem Ausrichtzylinder verläuft und mechanisch durch einen an einer starren Traverse des Zylinders befestigten geeichten Prüfkörper (8) mit dem Zylinder verbunden ist.

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4. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) an ihrem Umfang zwei biegsame ringförmige Lamellen (6) aufweist, die mechanisch mit einem starren Ring (3) verbunden sind, der die Basis eines Trägerzylinder (3¹) darstellt und an der Trägerstruktur des Ventils befestigt ist, wobei die Membran auf der Seite des unter Druck stehenden Fluids (2) mit einem geeichten Prüfkörper (8) versehen ist, der mechanisch mit ihr verbunden ist und von einer starren Traverse (9) des Trägerzylinders gehalten wird.
5. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daβ die Membran (1) entlang ihrem Umfang mechanisch an der Trägerstruktur gehalten ist, wobei die Membran auf der Seite des unter Druck stehenden Fluids (2) und auf dieses einwirkend mechanisch mit einem geeichten Prüfkörper (8) verbunden ist und von einer starren Traverse (9) des Zylinders getragen wird.
6. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daβ die Membran an ihrem Umfang zwei biegsame ringförmige Lamellen (6) aufweist, die mechanisch mit einem starren Ring (3) verbunden sind, der an der Trägerstruktur des Ventils befestigt ist und die Basis für einen Tragerzylinder (3*) bildet, wobei die Membran (1) auf der Seite gegenüber dem unter Druck stehenden Fluid (2) mit einer Kappe (12) versehen ist, auf die ein durch eine Gewindebuchse (13) an einer starren Traverse (9) des TrägerZylinders befestigter geeichter Stab (8) einwirkt.
7. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dall die Membran (1) entlang ihrem Umfang mechanisch mit der Trägerstruktur de« Ventils durch

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einen Ring (3) verbunden ist, der die Basis eines Trägerzylinders (3¹) bildet, wobei die Membran auf der Seite gegenüber dem unter Druck stehenden Fluid (2) mit einer Kappe (12) versehen ist, auf die ein kalibrierter Stab (8) einwirkt, der durch eine Gewindebuchse (13) mit einer starren Traverse (9) des Trägerzylinders verbunden ist.
8. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstruktur des Ventils aus zwei Flanschen (4) besteht, die unter Einfügung von Dichtungen (5) mit Hilfe von Schraubenmuttern (14) befestigt sind.
9. Sicherheitsventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragerstruktur des Ventils aus zwei Flanschen (4) besteht, die über Schraubenmuttern (14) unter Einfügung einer Dichtung (5) und einer ringförmigen Rippe (15) miteinander verbunden sind.

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