DE2729570C2 - Kombiniertes Absperr- und Rohrbruchsicherheitsventil - Google Patents

Description

zu verbinden. Diese Lösung hat aber den Nachteil, daß die Gefahr des Hängenbleibens des Ankers besteht, so daß eine sichere Absperrung im Falle eines Rohrbruchs nicht gewährleistet ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionen von elektromagnetischen Sicherheitsabsperrventil und Rohrbruchsicherung ohne die genannten Nachteile bekannter Ausführungen, nämlich hohe Kosten, hoher Raumbedarf, hohe Komponentenzahl und Störanfälligkeit, zu verwirklichen.

Diese Aufgabe wird bei dem kombinierten Absperrund IJSohrbruchsicherheitsventil der eingangs beschriebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Ventils besteht darin, daß die Schließbewegung des Schließkörpers im Falle einer zu hohen Strömungsgeschwindigkeit, wie sie bei einem Rohrbruch typischerweise auftritt, völlig unabhängig von dem Magnetanker in seine Schließstellung bewegt wird, mittels des Magnetankers jedoch der Schließkörper in seine öifnungsstellung zurückgebracht werden kann. Das erfindiwgsgcniäße Ventil vereinigt daher eine hohe Funktionssicherheit mit einer konstruktiven Vereinfachung, die durch den Wegfall eines getrennten Umgehungsventils gegeben ist

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel.

F i g. 1 ist ein Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Ventil.

Fig.2 bis 4 sind Teilschnitte, welche verschiedene Arbeitsstellungen des Ventils wiedergeben.

Ein Ventilsitz 2 eines Ventilgehäuses 1 ist durch einen Schließkörper 3 in dessen unterer Stellung verschlossen und in seiner oberen Stellung geöffnet Mit dem Schließkörper 3 wirkt ein zylindrisch ausgebildeter elektromagnetischer Doppelantrieb in unten näher erläuterter Weise zusammen.

Der den Magnetfluß führende Eisenkreis der elektromagnetischen Antriebseinrichtung besteht aus einem zylindrischen Außenrohr 4, einem unteren Magnetdekkel 5, einem oberen Magnetdeckel 6 und einem mittleren Magnetdeckel 7. Die Antriebseinrichtung umfaßt ferner zwei Magnetspulen 8 und 9 und einen in Richtung seiner Längsachse beweglichen Msgnetanker 10, der zwischen einem oberen Magnetstopfen 11 und einem unteren Magnetstopfen 12 in seiner Mittellage einen unteren Luftspalt 13 und einen oberen Luftspalt 14 als magnetischen Arbeitsluftspalt aufweist

Der Magnetstopfen 11 ist durch Schweißung mit einem aus n'chtmagnetischcm Material bestehenden Ankerführungsrohr 15 und über dieses mit einem daran angeschweißten Zwischenrohr 16 verbunden, das auf das Ventilgehäuse 1 aufgeschraubt ist und dadurch die Verbindung der Magnetantriebseinrichtung mit dem Ventilgehäuse herstellt. Der Magnetanker 10 ist durch eine Führungsspindel 19 zusätzlich zu seiner radialen Führung im Ankerführungsrohr 15 im unteren Magnetstopfen 12 geführt Die den Eisenkreis bildenden Bauteile und das Ankerführungsrohr sind, beginnend in F i g. 1 von unten beim unteren Magnetdeckel 5, wie folgt zu einer mechanisch starren, die untere Magnetspule 9 und die obere Magnetspule 8 einschließenden Einheit verbunden. Auf einer Schulter am Umfang des unteren Magnetdeckels 5 ruht cias Außenrohr 4, dessen Unterkante mit dem Umfang des unteren Magnetdeckels 5 verschweißt ist. In eine Mittelbohrung des unteren Magnetdeckels 5 ist das Ankerführungsrohr 15 dicht passend eingesetzt In den Ringraum zwischen der inneren Wandung des Außenrohres 4 und der äußeren Wandung des Ankerführungsrohres 15 ist die untere Magnetspule 9 eingesetzt und in diesem Raum mit Kunstharz vergossen. Nach oben ist die untere Magnetspule 9 durch den mittleren Magnetdeckel 7 abgedeckt, der auf einer im Außenrohr 4 angebrachten Schulter ruht und mit seinem Umfang dicht in den Innenmantel des Außenrohres

ίο 4 paßt, während er andererseits auf dem Ankerführungsrohr 15 dicht aufsitzt In dem zwischen dem Außenrohr 4 und dem Ankerführungsrohr 15 gebildeten Ringraum ist oberhalb des mittleren Magnetdeckels 7 die obere Magnetspule 8 untergebracht und innerhalb dieses Ringraumes vergossen. In Fortsetzung der Außenfläche des Ankerführungsrohres 15 ist der Innenmantel dieses Ringraumes an seinem oberen Ende durch die Außenfläche des oberen, mit dem oberen Ende des Ankerführungsrohres 15 verschweißten Magnetstopfens 11 gebildet Nach oben ist die obere Magnetspule 8 durch den oberen Magnetdeckel t abgeschlossen, der auf einer Schulter im Außenrohr 4 ruht dessen Umfang dicht in das Außenrohr 4 paßt und der mit einer mittleren Bohrung dicht auf dem Umfang des oberen Magnet-Stopfens 11 sitzt Gegen Axialbewegung nach oben sind die ÜT. Außenrohr 4 angeordneten Teile durch einen Sprengring 18 gesichert, der über dem oberen Magnetdeckel 6 in eine Nut des Innenmantels des Außenrohres 4 eingesetzt ist

Bei Erregung der oberen Magnetspule S verläuft der Magnetfluß durch die zu einem oberen Eisenkreis gehörenden Eisenteile 4, 6, 7, 10, 11 und durch den oberen Luftspalt 14 und erzeugt eine auf den Magnetanker 10 nach oben in Richtung auf den Magnetstopfen 11 wirkende Zugkraft Bei Erregung der unteren Magnetspule 9 verläuft der Magnetfluß durch die Eisenteile 4,5,7,10, 12 und durch den unteren Luftspalt 13 und erzeugt eine auf den Magnetanker 10 in Richtung auf den Magnetstopfen 12 wirkende Zugkraft

Die Führungsspindel 19 trägt an ihrem unteren Ende eine Glocke 20 mit einer äußeren Ringrippe 20'. An der Ringrippe 20' liegen bei der in F i g. 1 gezeichneten Stellung der Teile ein oberer Federteller 23 und ein unterer Federteller 24 an. Zwischen der unteren Stirnfläche des unteren Magnetstopfens 12 und dem Fiderteller 23 ist eine obere Druckfeder 21, vorzugsweise eine zylindrische Wendelfeder, eingespannt, zwischen einer Schulter im Gehäuse 1 und dem Federteller 24 eine untere, der Feder 21 entsprechende Druckfeder 22. Solange keine sonstigen Kräfte einwirken, halten die Federn 21 und 22 die Glocke 20 und damit die Führungsspindel 19 in der in F i g. 1 gezeichneten mittleren Höhenlage. Bei dieser Stellung liegen die Fedürteller 23, 24 nicht nur an der üußei-eii Ringrippe 20' der Glocke 20 von entgegengesetzten Seiten her an, sondern mit ihren äußeren Bereichen auch an einer inneren Ringrippe 25 dei Gehäuses 1, die ebenso dick ist, wie die äußere Ringrippe 20' der Glocke 20.
Der Ventilkegf¹ des Schließkörpers 3 weist einen Schaft 3' auf. In die Glocke 20 ist von unten her eine Kappe 26 eingeschraubt. In einer mittleren Bohrung der Kappe 26 ist der Schaft 3' längsverschieblich — in F i g. 1 heb- und senkbar — geführt. An seinem in F i g. 1 oberen Ende trägt er einen innerhalb der Kappe 26 Platz findenden Tel'er 31. Zwischen einem auf dem Boden der Kappe gebildeten, dessen Mittelbohrung umgebenden Federsitz und der Unterseite des Tellers 31 ist als Druckfeder eine zylindrische Wendelfeder 28 einge-

spannt Um die Teile zusammensetzen zu können, ist der Schaft 3' entweder mit dem Ventilkegel oder mit dem Teller 31 oder mit beiden verschraubt. Innerhalb der Glocke 20 ist ein auf der oberen Stirnkante der eingeschraubten Kappe 26 und auf dem Federteiler 31 auflie- gender Federteller 29 angeordnet, gegen den sich eine zwischen ihn und den Boden der Glocke 20 eingespannte zylindrische Wendelfeder 27 als weitere Druckfeder abstützt

Wenn die beiden Magnetspulen 8 und 9 stromlos sind, nehmen die Führungsspindel 19 und der Schließkörper 3 ihre durch die Vorspannung der Federn bestimmte, in F i g. 1 gezeigte Ausgangsstellung ein, solange kein Medium durch den Sitz 2 strömt oder die Geschwindigkeit eines durchströmenden Mediums einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Bei Durchströmung des Ventils wirkt auf den Schließkörper 3 am Ventilsitz 2 eine Druckdifferenz; bei Oberschreiten eines bestimmten Dü'chfiiiS'A'crtss übersteigt die durch sie ausgeübte Kraft die Vorspannkraft der Feder 28, und das Ventil wird bei weiterem Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit geschlossen. Dabei bewegt sich der Schließkörper 3 bei unverändert bleibender Stellung der Führungsspindel 19 in Richtung auf den Sitz 2 und wird durch den sich durch die Verringerung des Strömungsquerschnittes am Sitz ergebenden Druckanstieg auf den Sitz 2 gepreßt (Fig.2). Dabei wird die Feder 28 zusammengedrückt; wenn sich der Schließkörper 3 der Schließstellung nähen, nähen sich die untere Fläche des an seinem oberen Ende befindlichen Tellers 31 bis auf ein geringes Spiel der Schulterfläche 30 der Kappe 26 und die Differenz aus der auf den Schließkörper 3 ausgeübten, druckdifferenzbedingten hydraulischen Kraft und der Kraft der Feder 28 wirkt als dichtende Schließkraft auf den Schließkörper 3 ein. In dieser Weise arbeitet das Ventil z. B. bei Rohrbruch. Wenn es wie beschrieben geschlossen ist läßt es sich dadurch wieder öffnen, daß die obere Magnetspule 8 unter Strom gesetzt wird. Ihre am Luftspalt 14 auf den Magnetanker 10 wirkende Zugkraft verringert diesen Luftspalt bis auf den Wert Null und öffnet den Ventilsitz 2 durch Anheben der Führungsspindel 19 mit der Glocke 20 und der in diese eingeschraubten Kappe 26, die mit ihrer Schulter 30 den Teller 31 und damit den Schließkörper 3 anhebt Wenn das Schließen nicht durch Rohrbruch, sondern unbeabsichtigt durch kurzzeitig überhöhte Durchflutung erfolgte, kann nach deren Wegfall und nach dem öffnen der Steuerimpuls an der Magnetspule 8 wieder aufgehoben werden; die Führungsspindel 19 wird dann durch die Druckfeder 21 und der Schließkörper 3 durch die Feder 27 in die neutral Ausgangsstellung gemäß Fig. 1 zurückgebracht

Das Schließen des Ventils in seiner Eigenschaft als elektromagnetisch zu betätigendes Sicherheitsabsperrventil erfolgt aus der neutralen Ausgangsstellung (Fig. 1) heraus dadurch, daß die untere Magnetspule 9 unter Strom gesetzt wird. Die Magnetkraft verschiebt dann die Führungsspindel 19 um den Betrag des Luftspaltes Ϊ3 in Sitzrichtung, wobei der Schließkörper 3 bereits vor Beendigung der Bewegung des Ankers 10 auf dem Site 2 zur Anlage kommt und der Anker 10 in der letzten Phase seiner Bewegung einen zusätzlichen Hub unter Zusammenpressen der Feder 27 ausführt, so daß, wie für das brummfreie Arbeiten von Wechsejstrommagneten erforderlich, der Luftspalt 13 mit Si- cherheit auf Null verkleinert wird, ohne daß dazu sorgfältige Voreinstellungen notwendig gewesen wären (F i g. 3). Das öffnen eines derartig geschlossenen Ventils erfolgt durch Ausschalten der Magnetspule 9; die Druckfeder 22 verschiebt dann über die Teile 19,20,26, 30,31, 3' den Schließkörper 3 wieder in seine in F i g. 1 gezeichnete Ausgangsstellung.

Statt das öffnen des elektromagnetisch geschlossenen Ventils nach dem Abschalten der unteren Magnetspule 9 der Druckfeder 22 zu überlassen, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die obere Magnetspule 8 hierfür benutzt, die dann nach dem Abschalten des als Schließstrom wirkenden, die Spule 9 durchlaufenden Stromes ihrerseits mit Strom gespeist wird, der dann als Öffnungsstrom wirkt Dabei wird der Schließkörper 3 mit der Glocke 20 über die Führungsstange 19 zunächst über die Mittelstellung hinaus nach oben bewegt. Nach erfolgtem öffnen kann der die obere Magnetspule 8 speisende Öffnungsstrom wieder abgeschaltet werden, so daß dann die Glocke 20, die Führungsspindel 19 und der Magnetanker 10 durch die Feder 21 wieder in die Mittelstellung zurückgcstcH* werden. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, daß die Feder 22, die bei der zuerst beschriebenen Ausführung die Rückführarbeit leisten mußte, schwächer ausgeführt und mit kleinerer Vorspannung eingebaut werden kann, weil sie nur noch die Aufgabe hat, im Zusammenwirken mit der Feder 21 die Mittelstellung der Teile zu bestimmen. Der Magnetanker 10 braucht dann beim elektromagnetischen Schließen des Ventils auch nur diese geringere Vorsp»' snung der Feder 22 zu überwinden, so daß auch die mit dem Schließstrom zu speisende Magnetspule 9 für eine kleinere Leistung ausgelegt werden und somit mit kleinerem Gewicht und Vo'»imen hergestellt werden kann.

Dem Anheben des Schließkörpers 3 mittels der oberen Magnetspule 8 läßt sich noch eine weitere vorteilhafte Wirkung zuordnen. Die Abmessungen können nämlich so gewählt sein, daß bei normalen Betriebsbedingungen der Schließkörper 3 über die Führungsspindel 19 soweit angehoben werden kann, daß er nicht mehr durch Strömungsdruckdifferenzen geschlossen werden kann, so daß also seine Wirkung als Rohrbruchventil aufgehoben wird. Das ist für bestimmte besondere Betriebszustände eines Leitungssystems vorteilhaft so bei Anfahr- und Auffüllvorgängen. Eine entsprechende Hochhubstellung des Schließkörpers 3 ist in F i g. 4 gezeigt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Absperr- und Patentansprüche: Rohrbruchsicherheitsventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

1. Kombiniertes Absperr- und Rohrbruchsicher- Ein solches kombiniertes Sperr- und Rohrbruchsiheitsventil mit einem als Rohrbruchsicherung infol- 5 cherheitsventil ist aus der DE-AS10 75 394 bekannt

ge eines bei Rohrbruch sich einstellenden Druckab- In der chemischen Verfahrenstechnik, der Kernreak-

falles gegen die Wirkung einer Offenhaltefeder tortechnik und anderen Anwendungsbereichen werden

selbsttätig mechanisch schließenden Ventil, das ei- in Rohrleitungssystemen, besonders wenn giftige, ag-

nen auch willkürlich betätigbaren Schließkörper gressive, radioaktive, unter hohem Druck stehe ide oder

enthält, gekennzeichnet durch einen Ma- io auf hohe Temperaturen aufgeheizte Medien durch die

gnetanker (10), dessen Antriebsstange (19) einen Rohrleitung strömen, aus Sicherheitsgründen besonde-

Haltekörper (Glocke 20) trägt, der den Schließkör- re Sicherheitsarmaturen eingebaut, die in kritischen Fäl-

per (3) führt und gegen den sich bei Betriebsstellung len, insbesondere beim Austreten des Mediums in die

des Sicherheitsabsperrventils die bei Rohrbruch Umgebung des Rohrleitungssystems, dieses absperren

oder anderweitig erzeugter übermäßiger Strö- 10 und damit das weitere Austreten des Mediums unterbin-

mungsdruckdifferenz zusammengedrückte Offen- den.

haltefeder (28) des Schließkörpers (3) abstützt, und Bei Rohrsystemen kleinerer Nennweite und auch in der Haltekörper (20) für einen Druckausgleich der Meßleitungen derartiger Systeme werden vielfach didurch das Ventil trennbaren Räume aus der Be- rekt wirkende Magnetventile eingebaut, die vorzugstriebsstel}i?.ig in Öffnungsrichtung verschiebbar ist 20 weise in stromlos offener Bauweise ausgeführt sind und und zweife entgegengesetzte Richtungen am Halte- durch kritische Betriebszustände erfassende Signalgekörper angreifende Federn ihn im neutralen Be- . ber gesteuert werden können. Diesen elektromagnetitriebszustand in der Mittellage halten. sehen Sicherheitsabsperrventilen werden häufig noch

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- rein mechanisch wirkende Rohrbruchsicherungen vornet, daß die Offenhaltefeder (28) im Haltekörper (20) 25 geschaltet Bekannte derartige Rohrbruchsicherungen angeordnet ist, der glockenförmig ausgebildet ist (DE-PS 82 935, DE-AS 10 75 394) weisen einen meist

3. Ventil nach Anspruch loJer 2, dadurch gekenn- strömungsgünstig geformten Schließkörper auf, der zeichnet, daß der Magnetanker (10) des Haltekör- durch die Vorspannung einer zylindrischen Feder bei pers (Glocke 20) mit zwei Magnetspulen (8, 9) zu- normalen Strömungsverhältnissen in Offenstellung zu sammenwirkt 30 einem Ventilsitz gehalten wird und der erst bei Über-

4. Ventil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch schreiten einer durch die Höhe der eingestellten Federgekennzeichnet, daß die Mittellage des Haltekör- vorspannung vorgegebenen Druckdifferenz am pers (Glocke 20) durch einet Anschlag (Innenrippe Schließkörper in seine Schließstellung verschoben wird. 25) im Ventilgehäuse (1} bestimmt ist Die Federvorspannung wird dabei so eingestellt, daß

5. Ventil nach Anspruch 4, c .durch gekennzeich- 35 diese Rohrbruchsicherung bei normalen Durchflußvernet, daß die von entgegengesetzten Seiten auf den hältnissen nicht anspricht, sondern erst beim Über-Haltekörper (Glocke 20) wirkenden Federn (Druck- schreiten einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit, federn 21,22) sich auf Federtellern (23,24) stützen, die z. B. bei einem Rohrbruch auftritt Bei Anfahrvordie ihrerseits, begrenzt durch eine am Haltekörper gangen oder Abschaltvorgängen (Auffüllvorgänge des (Glocke 20) vorgesehene äußere Ringrippe (20'), an 40 Rohrsystems bei Inbetriebnahme, vor allem bei Hochdem Haltekörper (Glocke 20) axial beweglich sind drucksystemen mit gasförmigen Medien) kann es je- und deren äußere Ränder mit dem als Innenrippe doch zu derart hohen Strömungsgeschwindigkeiten (25) ausgebildeten Anschlag zusammenwirken. kommen, daß die Rohrbruchsicherung ungewollt an-

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da- spricht und dadurch die Rohrleitung abgesperrt wird, durch gekennzeichnet, daß der glockenförmige Hai- 45 Dann steht vor dem Schließkörper der Rohrbruchsichetekörper (20) auf seiner dem Schließkörper (3) züge- rung der volle Betriebsdruck an, ausgangsseitig aber ein wandten Seite durch eine eingeschraubte, mittels ei- niedrigerer Druck. Das Druckgefälle am Schließkörper ner Mittelbohrung einen Schaft (3') des Schließkör- hält diesen in seiner Schließstellung, bis es zu einer auspers (3) führende Kappe (26) verschlossen ist welche reichenden, den örfnungsvorgang einleitenden Reduzugleich den Sitz für die Offenhaltefeder (28) bildet, ja zierung der Druckdifferenz kommt. Eine Reduzierung die zwischen der Kappe (26) und einem mit dem des Drucks vor der Rohrbruchsicherung ist häufig ein Schaft (3') des Schließkörpers (3) verbundenen Tel- kostenaufwendiger und mit Zeitverlust verbundener ler (31) eingespannt ist und die eine den Weg des Vorgang. Daher kombiniert man die Rohrbruchsiche-Tellers (31) in Richtung der Schließbewegung be- rung vorzugsweise mit einem elektromagnetischen, grenzende innere Ringschulter (30) bildet, auf der 55 stromlos geschlossenen Umgehungsventil kleiner sin Federteller (29) aufgelegt ist, auf dem sich ein Nennweite (vgl. z. B. Herion-Druckschrift »Ventile mit Ende einer entgegen der Offenhaltefeder (28) wir- Elektromagnetantrieb für die Kerntechnik«, Karl Breykenden Gegenfeder (27) abstützt, deren anderes En- er, September 1975, Seite 14, Bild 4), das eine Verbinde sich am Boden des glockenförmigen Haltekör- dung der Ausgangs- mit der Eingangsseite der Rohrpers (20) abstützt 60 bruchsicherung herstellen kann, so daß durch öffnung

7., Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dieses Ventils eine Umströmung der Rohrbruehsichegekennzeichnet durch ein in der Verbindung zwi- rung und ein Abbau des Druckgefälles an dem Schließschen dem Schließkörper (3) und dem Magnetanker körper derselben so weit ermöglicht wird, daß die Rohr-(10) über die Schließlage des Schließkörpers (3) hin- bruchsicherung durch die Federvorspannung des ausgehendes Spiel. 65 Schließkörpers selbsttätig wieder öffnet.

Es ist ferne»· bekannt (DE-OS 25 53 011), den Schließ-

körper der Rohrbruchsicherung unmittelbar mit dem

Anker eines in Öffnungsrichtung wirkenden Magneten