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Hochhub-Sicherheitsventil, das in mehreren Hubstufen abbläst Beim
Abblasen von Dampfkessel-Sicherheitsventilen, vor allem bei solchen, die mit vollem
Hub öffnen (sog. Hochhub-Sicherheitsventile), tritt ein sehr starkes Geräusch auf,
da die austretende Dampfmenge sehr groß ist. Bei einem Sicherheitsventil muß der
Sitzquerschnitt so groß bemessen werden, daß ein Überschreiten des Kesseldrucks
auch bei höchster Dampferzeugung und völligem Aufhören des Dampfverbrauchs unmöglich
ist. Die entsprechend diesem großen Sitzquerschnitt und dem starken Druckgefälle
ausblasende Dampfmenge führt sehr oft zu einem Überreißen von Wasser, so daß das
Sicherheitsventil spuckt. Die mit dem Abblasen so großer Dampfmengen verbundene
plötzliche Druckverringerung führt zu Temperatursenkungen, die wiederum Wärmespannungen
zur Folge haben.
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Wenngleich das Sicherheitsventil einen so großen Querschnitt aus den
genannten Gründen haben muß, so ist doch in vielen Fällen der Überschuß an Dampferzeugung
nicht so groß, daß zum Abblasen der übererzeugten Dampfmenge der volle Querschnitt
des Sicherheitsventils erforderlich ist. Bei den bisher bekanntgewordenen Hochhub-Sicherheitsventilen
öffnet sich aber beim Überschreiten des normalerweise zulässigen Kesseldrucks in
jedem Falle das Sicherheitsventil mit volleng Querschnitt. Nur bei ganz geringer
Überschreitung des normalen Kesseldrucks öffnen manche Hochhub-Sicherheitsventile
zuerst mit ganz geringem Hub (sog. Vorblasen), da dann die ausströmende Dampfmenge
noch nicht ausreicht, um die Hochhubeinrichtungen (Zusatzfläche oder Hochhubkammer)
wirksam zu machen. Die bei diesem Vorblasen austretende Dampfmenge ist aber so klein,
daB in den meisten Fällen, also auch bei verhältnismäßig geringer Dampfübererzeugung,
der Kesseldruck weiter ansteigt und dann das Sicherheitsventil voll
öffnet,
wodurch die vorerwähnten Nachteile entstehen.
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Durch die vorliegende Erfindung sollen nun die Schwierigkeiten beseitigt
werden, die dadurch entstanden, daß auch bei geringer Dampfübererzeugung ein starkes
Abblasen der Sicherheitsventile erfolgte. Erfindungsgemäß bläst das Sicherheitsventil
nicht mehr plötzlich mit vollem Hub, sondern in zwei oder mehreren Hubstufen (außer
der Vorblasstufe) ab. Wenn die Dampfübererzeugung nur gering ist, öffnet das Sicherheitsventil
nur mit einem Bruchteil, beispielsweise nur mit '/2 oder '/4 des vollen Hubs, und
erst bei steigender Dampfübererzeugung und entsprechend steigendem Kesseldruck mit
größerem Hub. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die auf den Ventilkörper
in Ventilschließrichtung wirkende Kraft während der Hauptöffnungsbewegung des Ventils,
also auch abgesehen von einem gegebenenfalls vorgesehenen Vorblasestadium, absatzweise
wächst. Vorzugsweise werden dem während des Hauptöffnens allmählich wachsenden Gegendruck
bei ein oder mehreren vorbestimmten Hubhöhen zusätzliche Gegendrücke sprunghaft
überlagert. Konstruktiv kann man dies beispielsweise dadurch erreichen, daß außer
der normalen, den Öffnungsdruck des Sicherheitsventils bestimmenden Schließfeder
oder dem Belastungsgewicht eine oder mehrere Zusatzfedern oder Zusatzbelastungsgewichte
angeordnet sind, die aber so eingebaut sind, daß sie erst bei Erreichen eines gewissen
Teils des Ventilhubs ihre Kraft direkt oder mittelbar auf den Ventilteller des Sicherheitsventils
ausüben. Von der Hubstellung an, bei der die zusätzliche Feder oder das zusätzliche
Gewicht wirksam wird, muß der ausströmende Dampf einen weiteren Druck überwinden,
bevor das Ventil weiter öffnet. Zur Ausübung dieses höheren Drucks ist er bei richtiger
Bemessung der zusätzlichen Belastungsfeder oder des Belastungsgewichts nicht in
der Lage, bevor nicht eine zusätzliche Steigerung des Kesseldrucks stattgefunden
hat. Diese zusätzliche Steigerung des Kesseldrucks kann aber erst dann eintreten,
wenn die Dampfübererzeugung stärker ist als die Dampfmenge, die bereits durch das
teilweise geöffnete Sicherheitsventil abbläst.
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Das entsprechend der Erfindung gestaltete Sicherheitsventil öffnet
also erst dann mit stärkerem oder vollem Hub, wenn tatsächlich eine so starke Dampfübererzeugung
vorliegt, daß dieses starke Offnen des Sicherheitsventils erforderlich ist.
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In den meisten Fällen ist die Dampfübererzeugung nur gering und demzufolge
öffnet das erfindungsgemäß ausgebildete Sicherheitsventil dann auch nur mit einem
Teil seines Hubs. Es tritt dann auch nur ein Teil der Dampfmenge aus, die bei voller
Öffnung des Sicherheitsventils entweichen würde. Dementsprechend ist das Abblasegeräusch
gering. Auch das bei starkem Abblasen des Dampfes entstehende Mitreißen von Kesselwasser
unterbleibt, ebenso die schroffe Drucksenkung und die damit verbundenen Temperatursenkungen,
so daß der Dampfkessel geschont wird. Andererseits ist die Sicherheit des Kesselbetriebs
gewährleistet, da das Sicherheitsventil bei genügendem Ansteigen des Dampfdrucks,
also dann, wenn eine wirklich starke Dampfiibererzeugung vorliegt, wie jedes andere
Sicherheitsventil mit vollem Hub öffnet.
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In Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens dargestellt.
In dem Ventilsitz a ist der Ventilteller b geführt, der über eine Kugel c und einen
Federteller d durch die Hauptfeder e gegen die Dichtfläche des Sitzes a gedrückt
wird. Die Spannung der Hauptfeder e wird über einen zweiten Federteller f durch
eine Druckschraube g derart eingestellt, daß das Sicherheitsventil bei dem vorgeschriebenen
Kesseldruck zu öffnen beginnt (Vorblasestellung). Gegen den gegenüber dem Durchmesser
des Ventiltellers b größeren Federteller d (oder gegen einen Absatz am Ventilteller,
je nach der gewählten Ausführung) strömt der Dampf und übt dabei bei ausreichend
hohem Kesseldruck (nach Beendigung des Vorblasens) eine zusätzliche Kraft aus, die
durch den Abstand der Wand lt von dem Rand des Federtellers d beliebig bemessen
werden kann. Diese zusätzliche Kraft ist in der Lage, die beim Öffnen des Ventils
zunehmende Federkraft zu überwinden, so daß die bekannte Hochhubwirkung eintritt.
Außer der Hauptfeder e, die auch mehrteilig sein kann, ist eine Zusatzfeder k angeordnet,
die nach unten gegen einen Federteller l drückt, der durch einen Ansatz yn
und eine Bundmutter n in einem Führungsstück o so gehalten ist, daß der Ventilteller
b sich um das Maß p
heben kann, bevor sich die Kraft der Zusatzfeder
k auf den Ventilteller b auswirkt. Bei weiterem Offnen des Sicherheitsventils über
das Maß p hinaus muß also durch den Dampfdruck die Summe der Kräfte der Federn e
und k überwunden werden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Führungsstück o
mit einem Flansch q versehen, der zwischen den Federteller f und das obere Ende
der Feder e geklemmt ist, so daß eine weitere Befestigung nicht erforderlich ist.
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Die Wirkungsweise geht aus dem schon in der Beschreibungseinleitung
Gesagten hervor. Der Ventilteller b öffnet sich unter Einwirkung des Dampfdrucks
auf den Ventilteller und auf die Hochhubzusatzfläche vorerst nur um das Maß p, da
durch die Kraft der Feder k ein weiteres Offnen des Sicherheitsventils verhindert
wird, wenn nicht der Kesseldruck weiter ansteigt, und zwar derart, daß er auch die
Kraft der Feder k noch zusätzlich überwinden kann. Es entsteht also ein Öffnungsdiagramm,
wie es in Fig. z gezeigt ist. Längs der Abszisse wächst in Richtung des Pfeiles
K der Kesseldruck, längs der Ordinate in Richtung des Pfeiles H die Hubhöhe des
Ventils. Auf das durch die Linie A-B gekennzeichnete Vorblasen (mit ganz geringem
Hub) folgt der erste Teilhub nach der Linie B-C, woraufhin, wenn keine weitere Drucksteigerung
im Kessel erfolgt, das Ventil nach der gestrichelten Linie C-G schließt.
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Steigt dagegen der Kesseldruck um den Be- ' trag C-D weiter an, so
öffnet das Sicherheitsventil um den zweiten Teil des Hubs D-E und schließt,
nachdem
die übererzeugte Dampfmenge abgeblasen ist, gemäß der Linie E-F-G.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nur eine einzige Zusatzfeder dargestellt.
Es können auch zwei oder inelirere Zusatzfedern vorgesehen werden, wenn die Betriebsart
des Dampfkessels dies erfordert. Im allgemeinen wird aber eine Zusatzfeder ausreichend
sein.
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Fig.3 zeigt noch ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hauptbelastungsfeder
als Drehstabfeder ausgebildet ist, die Zusatzfeder dagegen als Spiralfeder. Die
Wirkungsweise ist sinngemäß die gleiche wie die in Fig. i dargestellte Ausführung.
An die Stelle der Drelistabfeder kann auch ein Belastungsgewicht treten, ebenso
wie auch die Zusatzfeder durch ein Belastungsgewicht ersetzt werden kann.