DE8890019U1 - Pipe rupture safety valve - Google Patents

Description

- 1 -ROHRBRUCHSICHERHEITSVENTIL- 1 -PIPE BREAK SAFETY VALVE

Diese Erfindung gehört dem Gebiet der leitungsgebundenen Transport-, Pneumatik-.und Hydrauliksysteme an.This invention belongs to the field of piped transport, pneumatic and hydraulic systems.

Die praktischen Erfahrungen zeigen uns immer wieder, dass leider viel zu oft solche Systeme einen Schaden erleiden. Die meisten Schaden entstehen durch Rohrbrüche, die entweder durch natürliche Erscheinungen - wie z.B. Korrosion, Einfrieren, Schwingungen etc. - oder durch irgendeinen menschlichen Sedienungsfehler hervorgerufen werden.Practical experience shows us time and again that unfortunately such systems suffer damage far too often. Most damage is caused by pipe bursts, which are either caused by natural phenomena - such as corrosion, freezing, vibrations, etc. - or by some human operating error.

Die Auswirkungen eines P.ohrbruches -können z.B. in Form einer Wohnungsüberschwemmung, einer Strassenbeschädigung, eines Stillstandes eines verfahrenstechnischen Betriebsprozesses, eines Ausfalls einer hydraulischen Vorrichtung eintreten. Die Folgeschäden können oft unüberschaubare Ausmasse annehmen.The effects of a burst pipe can, for example, take the form of flooding in a home, damage to a road, a standstill in a technical process, or a failure of a hydraulic device. The resulting damage can often reach unforeseeable proportions.

Bis heute werden die Rohrbrüche mit Hilfe sehr aufwendiger und teurer Vorrichtungen hauptsächlich im Bereich Hydraulik und in Systemen, die mit explosiven -jnd giftigen Medien arbeiten, eingesetzt, lien ist dabei auf Fremdenergiequellen - elektrischer C Strom, Magnete etc. - angewiesen. Durch die komplexe Ausführung solcher Geräte, die den Rohrbruch zu bewältigen haben, wird ihre Zuverlässigkeit und Steuerung aufwendig.To date, pipe burst detection using very complex and expensive devices is mainly used in the field of hydraulics and in systems that work with explosive and toxic media, and is dependent on external energy sources - electric current , magnets, etc. The complex design of such devices, which have to deal with pipe bursts, makes their reliability and control complex.

Die Tendenz dieser neuen Erfindung ist, viele verschiedenartige, leitungsgebundene Transport-, Pneumatik- und Hydraulik-Systeme vor den Rohrbruchschäden zu schützen. Dem neuen Sicherheitsventil werden -Hinsichtlich seiner Anwendung -keine Grenzen gesetzt, so dass der Aggregatzustand des Arbeitsmediums, eier Systemdruck und die -temperatur sowie die Grosse und das Material des Ventils eine untergeordnete Rolle spielen.The aim of this new invention is to protect many different types of pipe-based transport, pneumatic and hydraulic systems from damage caused by pipe bursts. There are no limits to the new safety valve's application, so that the state of the working medium, the system pressure and temperature, and the size and material of the valve play a subordinate role.

Die Haupta-jfcscs dieser Erfindung liegt also darin, einerseits das £r,:i\e:c.~.ei des Arteitsff.ediu.rs aus dem Svstem undThe main purpose of this invention is therefore to separate the work piece from the system and

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andererseits den unausweichlichen Folgeschaden zu verhindern.on the other hand, to prevent the inevitable consequential damage.

BESCHREIBUNG DCR TECHNISCHEN LÖSUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION DCR TECHNICAL SOLUTION OF THE INVENTION

Das Rohrbruchsicherheitsventil besteht aus Ventilgehäuse (1), Ventilgehäusedeckel (2), Teller <3), Einstellmutter (4), Feder (5) sowie Dichtungen (6), (7), (14) und (15).The pipe rupture safety valve consists of valve housing (1), valve housing cover (2), plate <3), adjusting nut (4), spring (5) and seals (6), (7), (14) and (15).

Das Ventilgehäuse (1) ist so ausgeführt, dass eine hohe Durchflusszahl - praktisch ein Mass für den Druckverlust durch Reibung und WirbelbiLdung, der sich beim Durchströmen eines Ventils ergibt - erzielt wird. Zusammen mit der Fläche der Nennweite des Ventils bilden sich sehr günstig« Ventilkennwerte, k -Wert genannt. Laut Definition ist der k -Wert diejenige Durchflussmenge in m'/h des Mediums bei S - 30° C, die bei einem Druckverlust von 1 bar durch das Ventil fliesst. Dieses Ventil besitzt einen sehr hohen k -Wert.The valve housing (1) is designed in such a way that a high flow rate - practically a measure of the pressure loss due to friction and vortex formation that occurs when flowing through a valve - is achieved. Together with the area of the nominal width of the valve, very favorable valve characteristics are formed, called the k value. According to the definition, the k value is the flow rate in m'/h of the medium at 5 - 30° C that flows through the valve with a pressure loss of 1 bar. This valve has a very high k value.

Der Ventilgehäuserfeckel (2), welcher mittels mehrerer Schrauben und dazwischen gesetzter Dichtung (14) mit dem Ventilgehäuse (1) fest verbunden ist, ist konstruktiv so gestaltet, dass in seinem unteren, breiteren Teil der Ventilteller (3) untergebracht ist. Seine Führung übernimmt die Bohrung, die sich im mittleren Teil des Ventilqehäusedeckels (2) befindet. Somit kann der Schaft des Ventiltellers (3) exakt geführt werden.The valve housing cover (2), which is firmly connected to the valve housing (1) by means of several screws and a seal (14) placed between them, is designed in such a way that the valve plate (3) is housed in its lower, wider part. It is guided by the hole located in the middle part of the valve housing cover (2). This allows the shaft of the valve plate (3) to be guided precisely.

Der Druckregler besteht aus einer Feder (5) und einer Einstellmutter (4). Die beiden Teile sind im oberen Teil des Vcnc.ilgehäusedeckels (2) untergebracht. Die Verbindung zwischen der Einstellt butter (6) und des Ventilgehäusedtckels (2) erfolgt durch das Ceivinde.The pressure regulator consists of a spring (5) and an adjusting nut (4). The two parts are housed in the upper part of the valve housing cover (2). The connection between the adjusting nut (6) and the valve housing cover (2) is made by the cylinder head.

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Dichtung (7") stellt einen O-Ring dar. Dieser dicht.it gegenüber Hülsendichtung (6), die aus einem Material mit seh- niedrigem Reibungskoeffizienten besteht, ab.Seal (7") is an O-ring . This seals against sleeve seal (6), which is made of a material with a very low coefficient of friction.

Dichtung (15) ist ebenfalls aus einem sitzdichtend-jm Material (z.B. NBR [Perbunan]). Ihre Aufgabe ist, die absolute Dichtung zwischen dem Ventilteller (3) und dem Ventilsitz zj erzielen.Seal (15) is also made of a seat-sealing material (e.g. NBR [Perbunan]). Its task is to achieve the absolute seal between the valve plate (3) and the valve seat zj.

ArbeitsprinzipWorking principle

Das Ventil arbeitet auf folgende Art und Weise: Das ankommende Medium passiert die Zuleitung (8) am Ventilgehäuse (1) und über die Umlenkkammer (9) erreicht es die Tellerkammer (10). Die feder (5) wird durch die Einstellmutter (4) belastet und übt Druck gemäss BILD 1 auf den Ventilteller (3) aus. Dieser ist bestrebt, eine Bewegung nach unten auszuüben, kann er aber nicht, da der aus der Richtung der Ableitung (13) und Ausoleichskammer (12) herwirkende Druck auf der unteren Seite des Ventiltellers (3) eine Gegenkraft ausübt. Sie ist grosser als die Federkraft, so dass beim Stillstand des zu transportierenden Mediums (v = 0) das Ventil geöffnet ist. Die Federcharakteristik wird so gewählt, dass die Feder eine geringfügig kleinere Kraft besitzt als die Kraft, die der Druck in der Ausgleichskammer (12) auf die projizierte Tellerschaftfläche ausübt. Das heisst mit anderen Worten, dass nur die Fläche des Tellerschaftes im Zusammenhang mit dem Druck in der Ausgleichskammer (12) entscheidend bei der Wahl der Feder ist. Alle anderen Wirkkräfte werden fast völlig eliminiert, weil der Druck ober- und unterhalb des Tellersitzes annähernd gleich gross ist. Obwohl die Strömung durch das Ventil dynamische Charakteristiken aufweist, dürfen die Kräftegleichgewichte als statisch betrachtet werden. Bei grösseren nassenstroffidicnten wird die Fliessgeschwindigkeit durch die Ausgleichskammer (12; grosser und damit der in ihr herrschende Druck kleiner. DurchThe valve works in the following way: The incoming medium passes through the supply line (8) on the valve housing (1) and reaches the plate chamber (10) via the deflection chamber (9). The spring (5) is loaded by the adjusting nut (4) and exerts pressure on the valve plate (3) as shown in FIGURE 1. This tries to move downwards, but cannot because the pressure acting from the direction of the discharge line (13) and the balancing chamber (12) exerts a counterforce on the lower side of the valve plate (3). This is greater than the spring force, so that when the medium to be transported is at a standstill (v = 0), the valve is open. The spring characteristic is selected so that the spring has a slightly smaller force than the force that the pressure in the balancing chamber (12) exerts on the projected plate shaft area. In other words, this means that only the area of the plate shaft in relation to the pressure in the compensation chamber (12) is decisive in the choice of spring. All other effective forces are almost completely eliminated because the pressure above and below the plate seat is almost the same. Although the flow through the valve has dynamic characteristics, the force equilibria can be considered static. With larger wet fluid volumes, the flow velocity through the compensation chamber (12;) is greater and thus the pressure prevailing in it is lower.

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die geringere Gegenkraft, die sich jetzt eingestellt hat, nirrtmt die feder selbständig eine neue Gleichgewichtslage ein. Der Kolben ist um einen äquivalenten Betrag nach unten versenkt, wodurch die Feder ihre ursprüngliche Kraft verliert und sich einer neuen Gegenkraft anpasst. Dieses Gleichgewichtsspiel ist nur dann möglich, wenn die Änderungen der Strömungsverhältnisse unterhalb eines kritischen Wertes ablaufen; Di«? ist bei fast allen technisch kontrollierbaren Fliessprozessen der Fall. Nur dort, wo es zu Gewaltbrüchen der Leitungen kommt, ist das Erreichen des kritischen Wertes zu erwarten. In diesem Fall entfällt die Gegenkraft, da der Druck in der Ausgleichskammer (12) prompt abgebaut w^irde, und die Federkraft bewirkt das Schliessen des Ventils. Dieser Schliessprozess wird verzögerungsfrei und ohne einen hydraulischen Stoss zu verursachen erfolgen. Dafür sorgt die Schliessdämpfung, die die besondere Ausführung des Ventiltellers und der Deckel ermöglichen. Sie wird dadurch erreicht dass der Ventilteller einen um einiges geringeren Durchmesser hat als die Bohrung des Ventilgehäusedeckels im unteren Teil. Will man die Schliesszeit verkürzen/verlängern, ist grösserer/kleinerer Ventilteiierdurchmssser anzustreben, tine weitere Möglichkeit, sie zu kontrollieren ist, s. Fig. 4, durch die spezielle Ausführung des Ventiltellers gegeben. Die Bestimmung der Schliessgeschwindigkeit wird durch die Anzahl der Bohrungen definiert.The smaller counterforce that has now set in causes the spring to automatically find a new equilibrium position. The piston is lowered by an equivalent amount, whereby the spring loses its original force and adapts to a new counterforce. This equilibrium is only possible if the changes in the flow conditions are below a critical value; this is the case in almost all technically controllable flow processes. The critical value is only expected to be reached where violent ruptures in the lines occur. In this case, the counterforce is eliminated because the pressure in the compensation chamber (12) is promptly reduced, and the spring force causes the valve to close. This closing process takes place without delay and without causing a hydraulic shock. This is ensured by the closing damping, which is made possible by the special design of the valve plate and the cover. This is achieved by the valve plate having a somewhat smaller diameter than the bore of the valve housing cover in the lower part. If you want to shorten/extend the closing time, you should aim for a larger/smaller valve plate diameter. Another way to control it is through the special design of the valve plate (see Fig. 4). The closing speed is determined by the number of bores.

Unabhängig davon, welche der möglichen Massnahmen für die Schliesszeitbestimmung zu ergreifen sind, ist es wichtig darauf zu achten, dass ein völliges Verschliessen in den Ventilgehäusedeckel (2)_z_ur Funktionsstörung führt.Regardless of which of the possible measures are to be taken to determine the closing time, it is important to note that a complete closure of the valve housing cover (2) will lead to a malfunction.

Bohrung (11) dient erstens dazu, die Bruchstelle der Leitung schneller und leichter zu finden und zweitens, falls Schliessen verursacht wurde, durch überschreiten der maximal erlaubten Durchflussmenge dss automatische Öffnen des Ventils zu ermöglichen. Dies ivird dadurch erreicht, dass dieHole (11) serves firstly to find the break point of the line more quickly and easily and secondly, if closure has been caused by exceeding the maximum permitted flow rate, to enable the automatic opening of the valve. This is achieved by

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Entnahmestelle zugemacht wird, wodurch sich die Drücke in Tellerkammer (10) und Ausgleichskammer (12) ausgleichen und die Gegenkraft die Federkraft bewältigt und die Bewegung des Ventil tellers (3) nach oben - Offnen - ermöglicht. Bei gasförmigen, giftigen und extrem heissen/kalter. Medien entfallen die Bohrungen (11) und (47). Die Abwesenheit von Bohrung (47) kann durch Bypasss (37) ersetzt werden, wenn es sich um Rohrbruchsicherheitsventile grösserer Nennweiten handelt. Bei kleineren Nennweiten wird mit Hilfe des Hebels (16), im BILD 3 dargestellt, das Ventil manuell geöffnet.The extraction point is closed, whereby the pressures in the plate chamber (10) and the compensation chamber (12) are equalized and the counterforce overcomes the spring force and enables the valve plate (3) to move upwards - opening. For gaseous, toxic and extremely hot/cold media, the holes (11) and (47) are omitted. The absence of hole (47) can be replaced by bypasses (37) if the pipe rupture safety valves have a larger nominal diameter. For smaller nominal diameters, the valve is opened manually using the lever (16), shown in FIGURE 3.

Wird eine höhere Leckagesicherheit verlangt, werden anstelle von O-Ringen (7) andere technische Lösungen herangezogen. Eine davon ist der Einbau eines Balges (17) zwischen dem Teller (3) und dem Ventilgehäusedeckel (2), dargestellt im BILD 5, bzw. bei grösseren Nennweiten zwischen dem Teller (21) und der Ventilgehäusedeckelplatte <44), dargestellt im BILD 6. Durch feste und dichtungssichere Verbindungen der Bälge (17) und (43), z.B. durch Löten, Kleben etc. erzielt, wird eine 100S-ige Ventilabdichtung erreicht.If a higher level of leakage protection is required, other technical solutions are used instead of O-rings (7). One of these is the installation of a bellows (17) between the plate (3) and the valve housing cover (2), shown in FIGURE 5, or, for larger nominal diameters, between the plate (21) and the valve housing cover plate (<44), shown in FIGURE 6. A 100S valve seal is achieved by firmly and securely connecting the bellows (17) and (43), e.g. by soldering, gluing, etc.

Claims (7)

nsprüchenclaims .1. Rohrbruchsicherheitsventil, bestehend aus einer.1. Pipe rupture safety valve, consisting of a Ventilteller (3) mit einem Ventilsitz und einer Ableitung (13) mit einem Ableitungsdruck (p2), dadurch \5 gekennzeichnet, daß auf die Oberseite des freiValve plate (3) with a valve seat and a discharge line (13) with a discharge pressure (p2), characterized \5 in that on the top side of the free beweglichen Ventiltellers (3) die einstellbare Kraft einer Feder (5) und eine obere Flächenkraft, bestehend aus deir· Umgebungsdruck auf eine obere Fläche (FL) und auf die Unterseite des Ventiltellers (3) eine untere Flächenkraft (F2p2), bestehend aus dem Ableitungsdruckmovable valve plate (3) the adjustable force of a spring (5) and an upper surface force, consisting of the ambient pressure on an upper surface (FL) and on the underside of the valve plate (3) a lower surface force (F2p2), consisting of the discharge pressure (p2) auf eine untere Fläche (F2), wirkt, wobei die obere Fläche (Fl) und die untere Fläche (F2) mit dem Ventilsit>;-Öffnungsquerschnitt (FNW) übereinstimmen und im güö£Chüten Normalzustand des Ventils die Kraft de. Feder (5; kloinor ist als die untere Flächenkraft (F2p2) =(p2) acts on a lower surface (F2), whereby the upper surface (Fl) and the lower surface (F2) correspond to the valve seat opening cross-section (FNW) and in the normal state of the valve the force of the spring (5; kloinor) is the lower surface force (F2p2) = 2. Rohrbruchsicherheitsventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Leitung (18) zwischen der Zuleitung (8) und dem Raum (41) auf der Oberseite des Ventiltellers (3), wobei der Querschnitt der Leitung (18) die Schließzeit des Ventils bestimmt.2. Pipe rupture safety valve according to claim 1, characterized by a line (18) between the supply line (8) and the space (41) on the upper side of the valve plate (3), the cross section of the line (18) determining the closing time of the valve. ■ ■ 3. Rohrbruchsicherheitsventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet3. Pipe rupture safety valve according to claim 1, characterized durch eine Bohrung (11) oder einen Bypass (37) zum Druckausgleich zwischen Zuleitung (3) und Ableitung (13)through a bore (11) or a bypass (37) for pressure equalization between supply line (3) and discharge line (13) zur automatischen Öffnung des Ventiltellers (3) nach Beseitigung eines Rohrbruchs.for the automatic opening of the valve plate (3) after a pipe break has been repaired. &bull;&bull; 9 P9P ·· · ·■»··· · ·■»· 4. Rohrbruchsicherheitsventil nach Anspruch 3, gekennzeichnet
durch einen externen, durch ein Ventil (37)
absperrbaren Bypass (36) (Fig. 2).4. Pipe rupture safety valve according to claim 3, characterized
by an external, by a valve (37)
lockable bypass (36) (Fig. 2). 5. Rohrbruchsicherheitsventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet i 5. Pipe rupture safety valve according to claim 1, characterized in durch einen Hebel (16) zur manuellen Öffnung des >|by a lever (16) for manual opening of the >| Ventiltellers (3) Hach Beseitigung eines Rohrbruches. |Valve disc (3) Hach Elimination of a pipe break. | 6. Rohrbruchsicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 -6. Pipe rupture safety valve according to one of claims 1 - . bis 5, gekennzeichnet durch Dichtungen (7, 29) im |. to 5, characterized by seals (7, 29) in | Ventiltellerschaft (3, 51) sowie eine Dichtung (14, 30) |Valve disk shaft (3, 51) and a seal (14, 30) | zwischen dem Ventilgehäuse (&lgr;, 19) und dem Ibetween the valve housing (&lgr;, 19) and the I Ventilgehäusedeckel (2, 20) (Fig. 1, 2).Valve housing cover (2, 20) (Fig. 1, 2). 7. Rohrbruchsicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 J7. Pipe rupture safety valve according to one of claims 1 J bis 5,gekennzeichnet durch einen Balg (17, 43), welcher % to 5, characterized by a bellows (17, 43), which % einerseits mit dem Ventilgehäusedeckel (2, 44) und ' andererseits mit der Oberseite des Ventiltellers (3, 21)on the one hand with the valve housing cover (2, 44) and ' on the other hand with the top of the valve plate (3, 21) gas-dicht verbunden ist. |is gas-tight. | &bull; t ■ &igr; * « t »&bull; t ■ &igr; * « t » &bull; f &igr; t f &igr;&bull; f &igr; t f &igr;