DE3235274A1 - Sicherheitsvorrichtung fuer stellgeraete wie z.b. druckminderer - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung
• für Stellgeräte zur Einstellung, Regelung oder Minderung des Öruckes strömender Medien mittels eines Stellgliedes, insbesondere des Ventilkegels eines in die Strömungsleitung eingebautenm Durchgangsventils od. dgl., welches von einer vom Druck des Mediums beaufschlagbaren Arbeitsmembran od. dfl. entgegen der Wirkung einer Sollwertfeder betätigbar ist. besondere betrifft die Erfindung ein Druckminderventil dieser Art.
• Bei den üblichen Druckmindrventilen kann bei einer Beschädigung oder einem Bruch der Arbeitsmembran die Sollwertfeder das Ventil ganz öffnen. Dadurch wird der maximale Durchfluß freigegeben, und es kann sich in der angeschlossenen Anlage ein unzuglässig hoher Druck aufbauen, der zu schweren Schaden führen kann. Um dies zu vermeiden0 sind Geräte gebaut worden bei denen zwei Membranen oder auch eine Membran und ein llilfskolben derart fest miteinander gekoppelt sind. daß das Gerät bei einem Bruch der Arbeitsmembran weiter funktionieren kann. Diese Ausbildung hat aber u.a. den Nachteil. daß der Schaden im Gerät nicht gleich erkannt wird und behoben werden kann.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitvorrichtung für Druckminderer oder sonstige Stellgerte zu schaffen welche mit geringe Kostenaufwand bei einem Bruch der Arbeitsmembran das Stellgerat in eine Sicherheitsstellung, z.b. das Druckminderventil in seine Schließstellung bringt und dort hält, so daß keine Schäden in der Anslage auftreten können.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß auf einfache und zuverlassige Weise dadurch gelöst, daß eine Sicherbeitsmembran oder ein entsprechender sicherheitskolben nur lose Mit einer Arbeitsmembran In Verbindung steht, die im Schadensfall durch die Sollwertfeder in seine Sicherheitsstellung bzw. dem Sicherheitskolben trennbar list, weiche dann ihrerseits dds Stellglied unabhängig von der sollwertfeder in seine Sicherheitsstellung bzw. Schließstellung bringt.
• Wesentlich ist für die Erfindung also die nur kraftschlüssige Verbindung der Arbeitsmembran mit der Sicherheitsmembran bzw. dem Sicherheitskolben, derart, daß die Trennung dieser Teile ini Schadensfall durch die Kraft der Sollwertfeder @@@@k bewirkt wird.
• Weitere vorteilhalfte Merkmale und Weiterbildungen der Erfindung sind im folgenden näher bescnrteben und in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht.
• Fig. 1 zeigt im senkrechten Längsschnitt ein Druckregelventil mit einer Arbeismembran und einer Sicherheitsmembran; Fig. 2 zeigt ein Druckregelventil entsprechend Fig. 1, jedoch mit einen Sicherheitskolben; und Fig. 3 zeigt eine Variante des Druckregelventils nachFig. 1.
• Das Druckregelventil besteht aus einem Ventilgehäuse 13 mit einer Ventildurchgangsöffnung 14 und elnem Arbeitsgehäuse 15, weiches aus zwei durch Schrauben 16 verbundenen Halbschalen zusammengesetzt ist. Im Arbeitsgehäuse 15 be den sich axial übereinander zwei mit ihren Rändern zwischen den Umfangsflanschen der Arbeitsgehäuseschalen eingespannte und zwischen Membrantellern gehaltene Membranen, nämlich eine Arbeits- oder Meßmembran 1 und eine Sicherheitsmembran 2.
• Die Arbeitsmembran 1 ist mit dem inneren, in der Zeichnung oberen Ende einer Zugstange t7 verbunden.
• den äußeres. in der Zeichnung unteres Ende mit einem axial verstellbaren Federteller 18 verschraubt ist.
• Zwische dem Federteller 18 und dem boden des Arbeitsgehäuseraum ses 15 ist eine Sollwertfeder 5 eingespannt. Der Arbeitsgehäuseraum 4 unterhalb der Arbeitsmembran 1 ist durch eine Impulsleitung 10 mit dem Ausgangsraum 9 des Ventlis verbunden. Zwischen der Arbeitsmembran t und der Sicherheitsmembran 2 befindet sich ein Sicherwngsraum 3. Der Arbeitsgehäuseraum 8 oberhalb der Sicherheitsmembran 2 steht durch eine Gehäusebohrung 7 mit der Außenluft in Verbindung, so daß im Raum 8 ständig Atmosphärendruck herrscht.
• Das obere Ende der Zug stange ist mit einem Bund 12 versehen, gegen den sich im Normal betrieb lose, aber kraftschlüssig die untere Ringfläche 19 einer die Sicherheitsmembran 2 bzw. deren unteren Membranteller haltenden Flanshbuchse 20 legen kann. In der Flanschs buchse 20 befindet sich eine axiale Bohrung 21, in die ein auf dem Bund 12 sitzender Zapfen 22 axial beweglich, aber radial nicht verschieblich eingreift. Die Arbeitsmembran 1 und die Sicherheitsmembran 2 sind dadurch so gegeneinander gefürt, daß bei gegebener axialer Bewegungsmöglichkeit keine radialen Vreschiebungen möglich oder besondere radiale Lagerungen notwendig sind.
• Mit dem Ventilsitz 23 der Ventildurchgangsöffnung 14 arbeitet ein Ventilkegel 11 zusammen. Die ventilstan ge 24 ist von einer öffnungsfeder 6 umgeben, die zwischen dem Kopf einer Führungshülse 25 und einem Federteller 26 eingespannt ist.
• Im Normalbetrieb wird der im Ausgangsraum 9 des Druckminderventils herrschende Druck über die Impulsleitung 10 in den Gehäuseraum 4 unterhalb der intakten Arbeitsmembran 1 eingeführt. Die von der Arbeitsmembran 1 ausgeübte, dem Produkt aus Druck und Wirkfläche entsprechende Kraft wirkt in Sichließrichtung des ventils, da die Sichertsmembran 2 über die Ringfläche 19 und den Bund 128 kraftschlßssig an der Arbeitsmembran 1 anliegt. Dieser Kraft wirken die Sollwertfeder 5, die öffnungsfeder 6 und die Durck-bzw. Strömungskräfte am Ventilkegel 11 entgegen.
• Im normalen bzw. stationären Zustand, bei. dem der Druck im Ausgangsraum 9 nahezu den durch die Zugfeder 5 vorgegebenen Sollwert hat, sind diese Kräfte im Gleichgewicht.
• Wird nun die Arbeits- oder Meßmembran 1 beispielsweise infolge Alterung oder Sprödigkeit undicht, dann baut sich im Sicherungraum 3 der ursprünglich nur im Gehäuseraum 4 herrschende Druck auf. Damit wird die Druckdifferenz an der Arbeitsmembran 1 zu Nut und die Sollwertfeder 5 zieht die Arbeitsmembran 1 in öffnungsrichtung. Gleichzeitig sorgt der überdruck im Sicherungsraum 3 dafür, daß die Reibung und die Kraft der öffnungsfeder 6 überwunden werden. Infolgedessen löst sich die nnur kraftschlüssige Verbindung der Arbeitsmembran 1 mit der Sicherheitsmembran 2, und die Sicherheitsmembran drückt den Ventilkegel 11 in seine Schließstellung. Für einen zuverlässigen Schlißvorgang reichen in Anbetracht der großen Membranfläche bereichts geringe überdrücke iom Sicherungsraum 3 gegenüber dem durch die Bohrung 7 gegebenen Atmosphärendruck auf der Gegenseite der Sicherhettsmembran 2. Ein Ausfall der Arbeitsmembran 1 fürt somit zu einer Sicherheitsstellung des Stellgliedes, im Ausführungs beispiel des Ventilkegels. Der Fehler wird schnell erkannt, da die durch das Ventil lufende Versorgung unterbrochen ist. Ein Austritt von Leitungsmedium in die Umgebung findet dabei nicht statt.
• Die in Figq 2 gezeigte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß anstelle der Sicherheitsmembran 2 ein Sicherheitskolben 2' vorgesehen ist. Durch die Verwendung eines Sicherheitskolbens 2' mit geringem Spiel in siener Gleitführung kann gegebenenfalls zwischen den Gehäuseräumen 3 und 8 eine Verbindung hergestellt werden, durch die kleine Leckströmungen von dort über die Gehäusebohrung 7 nach außen auftreten können. Dabei muß die zwischen dem Kolben und der Gehäusewand durchtretende Fluidmege in jede Fall wesentlich geringer sein als die durch die Impulsleitung 10 zufließende Menge.
• Die lose bzw. nur kraftschlüssige Verbindung zwischen der Arbeitsdmembran 1 und dem Sicherheitskoblen 2' ist die gleiche wie bet der Ausführung mit zwei Membranen 1 und 2 entsprechend Fig. 1.
• Eine ähnliche gefinge Leckströmung zwischen den Gehäuseräumen 3 und 8 kann gemäß Fig. 3 durch eine kleine bohrung 27 In der Sicherheitsmembran 2 und deren Membrantellern erzielt werden.
• Durch eine solche Maßhme ist eine Anzeige der Sicherheitsstellung, z.b. der Ventsshließung und damit gleichzeitung eine Signalisierung des aufgetretenen nach Schadens vor Ort möglich. Eine solche Ausbildung könnte bi komplexeren Anlagen, bei denen das die Abschaltung hervorrufende, fehlerhafte Gerät sonst nicht ohne weiteres zu lokalisieren ist, mit Vorteil eingesetzt werden.
• Im übrigen beschränt sich die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen und in der Zeichnung, veran schaulichten Ausführungsformen, sondern sie umfaßt, auch alle Varanten im Rahmen dewr wesentlichen Erfuindungsmerkmale. Auch fallen in, den Rahmen der Erfindung die mit der Sicherheitsvorrichtung ausgerüsteten Geräte selbst.

Claims (8)

1. S i c h e r h e i t s v o r r i c h t u n g f ü r S t e l l g e r ä t e w i e z. B.

   D r u c k m i n d e r e r P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Sicherheitsvorrichtung für Stellgeräte zur Einstellung, Regelung oder Minderung des Druckes strömender Medien mittels eines Stellgliedes insbesondere des Ventilkegeis eines in die Strö.ungsleitung eingebauten Durchgangsventils od.dgl., welches von einer vom Druck des Mediums beaufschlagbaren Arbeitsmembran od.dgl. entgegen der Wirkung einer Sollwertfeder betätigbar und bei einem Undichtwerden bzw. Ausfall der Arbeitsmembran von einer dann dam gleichen Mediumdruck ausgesetzten Hilfsmembran od. dgl. steuer ist. dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherheitsmembran (2) oder ein entsprechender Sicherheitskolben (2') nur lose mit einer Arbeitsmembran (1) in Verbindung steht, die im Schandensfall durch die Sollwertfer (5) vollständig von einer der Sichterheitsmembran (2) bzw. dem Sicherheitskolben (2') trennbar ist, welche dann ihrerseits das Stellglied (11) unabhängig von der Sollwertfeder (5) in seine Sicherheitsstellung bzw. Schließstellung bringt.
2. 2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsmembran (2) bzw. der Sicherheitskoblen (2'> normalerweise kraftschlüssig ktt der Arbeitsmembran (1) bzw. deren Sollwertfederzugstange (17) verbundn ist.
3. 3. Sichterheitsvorichtung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch geennzeichnet, daß der über der Sicherheitsmembran (2) bzw. dem Sicherheitskolben (2') befindliche Gehäuseraum (8) durch eine Gehäusebohrung (7) mit der Außenluft in Verbindung steht.
4. 4. Sicherheitsvorrichtung nach eine oder mehreren der Ansprüche t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnflache an der Sicherheitsmembran (2) bzw. dem Sicherheitskolben (2') oder deren Halteilen nur kraftschlüssig an einer Gegenfläche der Arbeitsmembran (1) oder deren Halteteilen angliegt.
5. 5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringfläche (19) einer Flanschmuffe (20) der Sicherheitsmembran (2) bzw. des Stcherheitskolbens (2) an eine Bund (12) des oberen Endes der Zustange (17) der Arbeitsmembran (1) lose anliegt.
6. 6. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanchmuffe (20) mit einer Führungsborung (21) versehen ist, in die ein Zapfen (22) am oberen Ende der Zugstange (17) axial verschiebbar eingreift.
7. 7. Sicherheitsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet. daß die Sicher.

   heitsmembran (2) mit einer kleinen Durchtrittsbohrung (27) versehen ist.
8. 8. Sicherheitsvorrichtung nach eine oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitskolben (2') reibungsfrei mit geringem Spiel an der ßehausewand geführt ist.