DE2937183A1 - Sicherheitsventil mit schwimmkoerper - Google Patents

Description

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CHEMISCHE WERKE HÜLS AG -4 - O.Z.

- RSP PATENTE -

Sicherheitsventil mit Schwimmkörper

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsventil innerhalb eines unter Druck stehenden Systems von Behältern und Rohrleitungen mit mindestens zwei unter Druck stehenden flüssigen und/oder gasförmigen Medien unterschiedlicher Dichte.

Zweck der Erfindung ist ein Sicherheitsventil, das den Eintritt des einen unter Druck stehenden Mediums in Systemteile verhindert, in denen nur das andere unter Druck stehende Medium vorhanden sein soll. Das Sicherheitsventil soll möglichst einfach gebaut sein und auch dann noch zuverlässig ansprechen, wenn es während längerer Zeit nicht wirksam geworden ist.

Bisher wurden hierfür z. B. von Hand betätigte einfache Ventile benutzt, die die automatische Überwachung des Systems naturgemäß nicht zulassen. Auch aufwendiger gebaute automatische Ventile - die von der Veränderung des Druckes im System oder von der Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit angesteuert werden können - sind bekannt; derartige Vorrichtungen sind im allgemeinen nur zwischen dem unter Druck stehenden System einerseits und der Druckhaltevorrichtung andererseits als Hauptventil vorgesehen. Solch ein Ventil erlaubt zwar, das unter Druck stehende System als Ganzes von der Druckhaltevorrichtung druckmäßig zu trennen, es ist mit solchem Ventil jedoch nicht möglich,

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defekte einzelne Teile des Systems abzutrennen und gleichzeitig das übrige System mit dem vorgeschriebenen Medium gefüllt und unter Druck zu halten.

Damit stellt sich die Aufgabe, ein Sicherheitsventil zu entwickeln, das einfach gebaut und robust ist, und das automatisch anspricht, sobald das unter Druck stehende Medium, das vom Sicherheitsventil nicht durchgelassen werden soll, am Sicherheitsventil ansteht, oder wenn der Volumenstrom des hinter dem Sicherheitsventil vorgeschriebenen Mediums im Sicherheitsventil zu groß wird, weil ein in Strömungsrichtung hinter dem Sicherheitsventil liegendes zu großes Leck entstanden ist. Das Sicherheitsventil soll jedoch einen bestimmten Volumenstrom des hinter dem Sicherheitsventil vorgeschriebenen Mediums durchlassen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Sicherheitsventil innerhalb eines unter Druck stehenden Systems von Behältern und Rohrleitungen mit mindestens zwei unter Druck stehenden Medien unterschiedlicher Dichte, das einen zylinderförmigen Schwimmkörper in einem Führungsrohr enthält. Die scheinbare Dichte des Schwimmkörpers liegt zwischen den Dichten der beiden voneinander getrennt zu haltenden Medien. Beim Schließen und Öffnen des Sicherheitsventile bewegt sich der Schwimmkörper innerhalb des Führungsrohres in vertikaler Richtung, Das eine Ende des Schwimmkörpers trägt das eine Teil der Ventildichtung, das dazu passende andere Teil der Ventildichtung ist an einem Ende des Führungsrohres angebracht. Beide Dichtungsteile des Sicherheitsventils liegen im geschlossenen Zustand aufeinander.

Mit scheinbarer Dichte des Schwimmkörpers wird das Verhältnis seiner Masse zu dem von ihm verdrängten Flüssigkeitsvolumen bezeichnet. Der Schwimmkörper kann aus Metall oder Kunststoff bestehen. Er kann - zwecks Einstellung der gewünschten scheinbaren Dichte - einen abgeschlossenen Hohlraum enthalten, der ganz oder teilweise mit einem Ma-

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terial ausgefüllt ist, das eine größere Dichte hat als das Material, aus dem der Schwimmkörper besteht. Der äußere Durchmesser des Schwimmkörpers, der aus einem oder mehreren Teilen gefertigt sein kann, ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des Führungsrohres mit im allgemeinen kreisförmigem Querschnitt. Zwischen der Mantelfläche des Schwimmkörpers und der Innenwand des Führungsrohres liegt ein Ringspalt, dessen Breite auf dem ganzen Umfang konstant oder unterschiedlich sein kann.

Die Spaltbreite richtet sich nach dem vom Sicherheitsventil noch durchzulassenden Volumenstrom des Mediums, nach dessen Viskosität sowie nach dem Unterschied zwischen der scheinbaren Dichte des Schwimmkörpers und der Dichte des Mediums, in dem der Schwimmkörper schwimmt. Am Boden und am Kopf des Schwimmkörpers ist der Ringspalt meist etwas schmaler als am Mantel des Schwimmkörpers.

Der vom Sicherheitsventil noch durchzulassende Volumenstrom (der kritische Volumenstrom) ist das Kriterium für einen "Schaden" am nachgeschalteten Hohlkörper. An der Dichtungsseite trägt der Schwimmkörper z. B. eine kegelartige oder halbkugelartige Dichtfläche, deren dazu passendes Gegenstück am Ende des Führungsrohres angebracht ist. Der Schwimmkörper kann an der Dichtungsseite auch einen Dichtring aus bekanntem elastischen Material tragen, der bei geschlossenem Sicherheitsventil auf einem kegelstumpfartigen Gegenstück aufsitzt.

Das Führungsrohr kann aus einem beliebigen Material bestehen, seine Auslegung richtet sich nach dem im System vorhandenen Druck. Das Führungsrohr wird bevorzugt aus durchsichtigem Material wie Glas oder Kunststoff hergestellt. Falls der Schwimmkörper mindestens teilweise undurchsichtig ist, kann seine Stellung im durchsichtigen Führungsrohr bereits aus größerer Entfernung ohne Hilfsmittel erkannt werden.

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Innerhalb eines Systems aus Behältern und Rohrleitungen kann das erfindungsgemäße Sicherheitsventil an allen Stellen angebracht werden, hinter denen - in Strömungsrichtung gesehen - ein Leck auftreten kann, das die druckmäßige Abtrennung dieses Teils des Systems erfordert, während der Druck im übrigen System erhalten bleibt. Das Sicherheitsventil kann auch vor den Behältern und Rohrleitungen angebracht werden, in die ein vorherbestimmter Volumenstrom des vorgeschriebenen Füllmediums eintreten soll, in die jedoch das andere Medium nicht eintreten darf.

Hat - in Strömungsrichtung gesehen - das hinter dem Sicherheitsventil vorgeschriebene Medium (z. B. Wasser) eine größere Dichte als das andere Medium (z. B. Luft), das das Sicherheitsventil nicht passieren soll, dann werden die beiden Teile der Ventildichtung am unteren Ende des Schwimmkörpers und am unteren Ende des vertikal angeordneten Führungsrohres angebracht. In dieser Anordnung vird das Sicherheitsventil von oben nach unten durchströmt; es ist geschlossen, wenn der Schwimmkörper unten im Führungsrohr steht.

Hat - in Strömungsrichtung gesehen - das hinter dem Sicherheitsventil vorgeschriebene Medium (z. B. Luft) eine kleinere Dichte als das andere Medium (z. B. Wasser), das das Sicherheitsventil nicht passieren soll, dann wird das Sicherheitsventil umgekehrt angebracht. In dieser Anordnung wird das Sicherheitsventil von unten nach oben durchströmt; es ist geschlossen, wenn der Schwimmkörper oben im Führungsrohr steht.

Im einfachsten Falle ist der Schwimmkörper eine Kugel. Die scheinbare Dichte der Schwimmkugel ist jedoch schwieriger auf den gewünschten Wert einstellbar als die scheinbare Dichte des erfindungsgemäßen zylindrischen Schwimmkörpers.

Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung des Sicherheitsventils. Der durchsichtige dickwandige zylindrische

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Körper (ΐ) enthält ein zylindrisches Führungsrohr (2), in dem sich der zylindrische Schwimmkörper (3) befindet. Zwischen Innenwand des Führungsrohres und Außenwand des Schwimmkörpers liegt der Ringspalt (4). Der Schwimmkörper trägt an einem Ende einen bekannten O-Ring (5) aus elastischem Material, der bei geschlossenem Sicherheitsventil auf dem Kegelmantel (6) des ringförmigen Einsatzes (7) am entsprechenden Ende des Führungsrohres aufliegt. Der ringförmige Einsatz (8) am gegenüberliegenden Ende des Führungsrohres verhindert das Herausfallen des Schwimmkörpers aus dem Führungsrohr. Der Einsatz (8) ist nur dann notwendig, wenn der Durchmesser des angeflanschten Rohres größer ist als der Durchmesser des Führungsrohres. Einer oder mehrere Schlitze (9) im oberen Teil des Schwimmkörpers lassen auch dann noch das Füllmedium durchtreten, wenn der Schwimmkörper am Einsatz (8) oder am Flansch anliegt. Der dickwandige zylindrische Körper wird zwischen zwei Flanschen (1O a, 10 b) mittels mehrerer Stehbolzen (11) eingeschraubt und mit bekannten Dichtungsringen (12 a, 12 b) abgedichtet.

In Figur 2 ist die Benutzung des erfindungsgemäßen Sicherheitsventils in einer Anlage zur Prüfung des Dauerstandsverhaltens von Behältern und Rohren (z. B. aus Kunststoff) bei Einwirkung eines Innendruckes beispielhaft dargestellt. Diese Hohlkörper werden dabei der Einwirkung von Druckwasser ausgesetzt.

Die Pumpe (21) drückt Wasser in das Druckhaltegefäß (22) mit Luftpolster. Dieses ist mit einem herkömmlichen Überdruckventil (23) versehen. Die Verteilerleitung enthält ein Hauptventil (2^). An die Verteilerleitung sind im allgemeinen viele Hohlkörper (27), wie Rohre, Tanks, Kessel, Fässer, Flaschen, parallel zueinander gleichzeitig angeschlossen, deren Dauerstandsverhalten unter Druck geprüft werden soll. Zwischen jedem Hohlkörper und der Verteilerleitung sind möglichst nahe vor dem Hohlkörper je ein erfindungsgemäßes Sicherheitsventil (25) und ein herkömmli-

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ches handbetätigtes Ventil (26) in Parallelschaltung vorgesehen. Die handbetätigten Ventile (26) werden geöffnet, nachdem ein aus einem anderen Reservoir mit Wasser gefüllter Hohlkörper angeschlossen ist und unter Druck gesetzt werden soll; sie werden geschlossen sobald der Schwimmkörper im zugehörenden Sicherheitsventil im Druckwasser schwimmt. Der dickwandige zylindrische Körper des Sicherheitsventils besteht in diesem Falle aus Plexiglas, der Schwimmkörper aus auffällig gefärbtem Polyethylen. Zur Entlüftung jedes Sicherheitsventils ist jeweils ein weiteres Handventil (28) vorgesehen.

Während der Dauerstandsprüfung überwacht je ein erfindungsgemäßes Sicherheitsventil einen angeschlossenen Hohlkörper. Speziell bei Hohlkörpern aus Kunststoff vergrößert sich deren Volumen zu Beginn der Druckeinwirkung; das zur Füllung dieses Zusatzvolumens notwendige Wasser kann durch den Ringspalt des Sicherheitsventils hindurchgehen. Das Sicherheitsventil schließt jedoch, sobald im nachgeschalteten Hohlkörper ein Leck entsteht und der Volumenstrom durch das Sicherheitsventil den kritischen Volumenstrom erreicht. Damit wird der defekte Hohlkörper von der Anlage druckmäßig abgetrennt, der Druck in den anderen angeschlossenen Hohlkörpern bleibt jedoch bestehen.

Das Sicherheitsventil schließt auch dann, wenn der Wasserstand im Druckhaltegefäß mit Luftpolster zu weit gefallen ist und die Luft in das Sicherheitsventil gelangt. Dann sinkt der Schwimmkörper im Sicherheitsventil ab, schließt das Ventil und verhindert damit das Eindringen von Druckluft in den angeschlossenen Hohlkörper.

Das erfindungsgemäße Sicherheitsventil hat folgende Vorteile:

1. Die scheinbare Dichte des Schwimmkörpers ist auf einfache Weise veränderbar.

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2. Der festgelegte kritische Volumenstrora in Schließrichtung durch das geöffnete Sicherheitsventil ist über die Breite des Ringspaltes einstellbar; damit werden geringfügige Undichtigkeiten und die allmähliehe Volumenvergrößerung speziell von Kunststoff-Hohlkörpern bei Druckeinwirkung durch Nachfließen des Füllmediums ausgeglichen.

3. Das Sicherheitsventil schließt automatisch, sobald der kritische Volumenstrom erreicht wird, oder sobald das aus dem Hohlkörper fernzuhaltende Medium am Sicherheitsventil ansteht. Im ersten Falle wird der Austritt von größeren Mengen des Füllmediums verhindert, weil das Füllmedium nicht nachfließen kann.

k. Das vertikal angeordnete Sicherheitsventil kann benutzt werden sowohl mit Schließrichtung des Schwimmkörpers von oben nach unten als auch von unten nach oben, wenn man es um 180 Grad gedreht einbaut. Die zu wählende Schließrichtung ist abhängig von dem Dichteunterschied zwischen den beiden getrennt zu haltenden unter Druck stehenden Medien.

5. Das Sicherheitsventil ist einfach gebaut, wirtschaftlieh herstellbar, anspruchslos in der Wartung, unempfindlich gegen Störungen und reagiert automatisch und zuverlässig auch nach sehr langen Wartezeiten. Die Stellung des Schwimmkörpers ist einfach zu erkennen.

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Claims (1)

1. O.Z.

   Patentanspruch:

   /\\ Sicherheitsventil innerhalb eines unter Druck stehenden Systems von Behältern und Rohrleitungen mit mindestens zwei unter Druck stehenden Medien unterschiedlicher Dichte,

   gekennzeichnet durch

   einen in einem Führungsrohr befindlichen zylindrischen Schwimmkörper, dessen scheinbare Dichte zwischen den Dichten der beiden voneinander getrennt zu haltenden Medien liegt, der sich beim Schließen und Öffnen des Sicherheitsventils innerhalb des Führungsrohres in vertikaler Richtung bewegt, der an seinem einen Ende das eine Teil der Ventildichtung trägt und dessen Außendurchmesser um die doppelte Breite des Ringspaltes kleiner ist als der Innendurchmesser des Führungsrohres, h

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   ORIGINAL INSPECTED