DE2917954A1

DE2917954A1 - Pilotgesteuertes sicherheitsventil

Info

Publication number: DE2917954A1
Application number: DE19792917954
Authority: DE
Inventors: Horst Schultz
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1979-05-04
Filing date: 1979-05-04
Publication date: 1980-11-06

Description

V-63.735-01/38/78

CASCH/SUK 26. April 1979

BATTELLE - INSTITUT E.V., Frankfurt (Main)

Pilotgesteuertes Sicherheitsventil

Die Erfindung betrifft ein pilotgesteuertes Sicherheitsventil, das im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse, einem Ausblasstutzen und einer als Hauptventil wirkenden, geführten Platte, deren Bewegung durch ein Hilfsventil gesteuert wird, besteht. Das erfindungsgemäße Sicherheitsventil eignet sich insbesondere für den Einsatz auf Flüssiggas-Tankschiffen.

Die üblichen, auf Flüssiggas-Tankschiffen eingesetzten Sicherheitsventile bestehen aus einem senkrecht auf dem Tank stehenden Rohr, auf dem eine kreisrunde, als Hauptventil wirkende Platte vorgesehen ist. Diese Ventilplatte ist durch eine elastische Membran an dem Gehäuse des Aus-

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blasstutzens befestigt. Dadurch entsteht ein abgeschlossener, in seinem Volumen veränderbarer Druckraum, der mittels einer externen Verbindungsleitung und eines Dreiweg-Pilotventils mit dem Tank verbunden ist. In der Verschlußstellung der Ventilplatte herrscht im Druckraum der im Tank anstehende Druck. Da die wirksame Fläche der Membran größer ist als die der Ventilplatte, wird diese mit einer Kraft auf den Ausblasstutzen gepreßt, die dem Produkt aus der Druckdifferenz zwischen Tank- und Außendruck und der wirksamen Kreisringfläche der Membran entspricht. Geöffnet wird das Hauptventil, wenn im Tank ein bestimmter Ansprechdruck erreicht ist. Das Pilotventil schließt dabei die externe Verbindungsleitung, die den Tank mit dem Druckraum verbindet, und öffnet gleichzeitig eine Leitung zur Umgebung, wodurch der Druckraum entlüftet wird. Somit kann der im Tank herrschende Druck die Ventilplatte nach oben bewegen. Geschlossen wird das Hauptventil, wenn das Pilotventil umschaltet und der Druckraum über die externe Verbindungsleitung wieder mit dem Tankdruck beaufschlagt wird.

Ventile dieser Art benötigen zu ihrer Steuerung kompliziert aufgebaute Dreiweg-Pilotventile und haben den Nachteil, daß zu ihrer einwandfreien Funktion elastische, meist aus Gummi bestehende Membrane notwendig sind. Diese Membranen neigen während des Abblasevorgangs zu Schwingungen, welche die Membran beschädigen können. Ferner sind diese Ventile wegen der dünnen Membrane und der großen wirksamen Querschnitte

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nur für kleine Drücke einsetzbar, d.h. sie sind nur für LNG-Schiffe (Liquid Natural Gas, z.B. Erdgas-Methan-Schiffe) geeignet, deren maximaler Tankdruck etwa 1,3 bar beträgt. Für LPG Schiffe (Liquid Petroleum Gas, z.B. Erdölgase-Äthan, Butan, Methan, Propan usw.-Schiffe), die mit höheren Tankdrücken bis etwa 7 bar gefahren werden, können Membranventile nicht verwendet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein pilotgesteuertes Sicherheitsventil zu entwickeln, bei dem die geschilderten Nachteile der bekannten Ventile nicht auftreten und keine Membrane benötigt werden. Ferner sollte das Sicherheitsventil bei gleicher Funktionsweise für alle Drücke einsetzbar sein.
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Es hat sich nun gezeigt,daß sich diese Aufgabe in technisch sehr fortschrittlicher Weise lösen läßt, wenn bei einem Sicherheitsventil der eingangs genannten Art die Ventilplatte in dem abgeschlossenen Ventilgehäuse untergebracht und kolbenartig ausgebildet ist und wenn der Einlaß des Ausblasstutzens sich in dem Ventilgehäuse unterhalb der Ventilplatte befindet.

Das Einlaßende des Ausblasstutzens bzw. Ausblasrohres verläuft zunächst parallel zu der Ventiigehäuseachse, wird dann um 90° abgeknickt und durch die zylindrische Vand des Ventxlgehäuses nach außen geführt. Die kolbenartig ausgebil-

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dete Ventilplatte liegt im Ventilgehäuse auf einem Dichtring des Einlaßendes des Ausblasstutzens. Diese Platte ist mittig geführt und um einen bestimmten Weg nach oben beweglich. Zwischen der Ventilplatte und der inneren Wandung des Ventilgehäuses ist ein Spalt vorgesehen. Vorzugsweise besteht zwischen der Ventilplatte und der inneren Wandung des Ventilgehäuses kein Berührungskontakt, d.h. es ist ein bestimmter Ringspalt vorhanden. In der Ventilplatte können ferner Drosselöffnungen angebracht sein, die im Querschnitt veränderbar sein können. Ferner kann zwischen dem Ventilgehäuse und dem als einfach wirkenden Ventil ausgebildeten Hilfsventil eine außenliegende Verbindungsleitung vorgesehen sein.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Schilderung weiterer Details sowie aus den beigefügten Abbildungen hervor.

Es zeigen in schematischer Vereinfachung 20

Figur 1 das erfindungsgemäße Sicherheitsventil im Querschnitt;

Figur 2 Detaildarstellung der in Figur 1 mit A bezeichneten Stelle und

Figur 3 das erfindungsgemäße Sicherheitsventil bei

geöffnetem Hauptventil.

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Aus Figur 1 geht hervor, daß das erfindungsgemäße Sicherheitsventil aus einem zylindrischen abgeschlossenen Ventilgehäuse 1 besteht, in dem eine kolbenartig ausgeführte Ventilplatte 2 untergebracht ist. Ist der Tankdruck pm annähernd gleich dem Atmosphärendruck p., liegt die Ventilplatte 2 durch Eigengewicht auf der Öffnung des Ausblasstutzens 3. Das Einlaßende des Ausblasstutzens 3 verläuft zunächst parallel zur Achse des Ventilgehäuses, wird dann um 90° abgeknickt und durch die zylindrische Wand des Ventilgehäuses 1 nach außen geführt. Zwischen der Ventilplatte 2 und der inneren Wandung der Ventilgehäuse 1 ist ein Ringspalt 4 vorgesehen. Um eine sichere Bewegung der Ventilplatte 2, die nach oben durch den Abschluß des Ventilgehäuses 1 und nach unten durch das Einlaßende des Ausblasstutzens 3 begrenzt ist, zu gewährleisten, ist ein konzentrischer Führungsstift 5 vorgesehen. In der Ventilplatte können ferner Drosselbohrungen 6 vorhanden sein, welche in ihrem Querschnitt veränderbar sind. Eine mögliche Ausführung für eine Drosselbohrung in der Ventilplatte ist in Figur 2 dargestellt.

Zwischen dem Hilfsventil 7 und dem Ventilgehäuse 1 kann man ferner eine Verbindungsleitung 8 vorsehen.

Wenn der Tankdruck p_T annähernd gleich dem Atmosphärendruck p. ist, liegt die Ventilplatte 2 auf der Dichtfläche des Einlaßendes des Ausblasstutzens 3 auf. Wenn der Tankdruck P_T größer ist als der Atmosphärendruck p. wird die Ventilplatte 2 mit der Kraft (p_T - p.) . A₁ auf die Dichtfläche

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des Einlaßes des Ausblasstutzens gedrückt und mit steigendem Tankdruck p_T vergrößert sich diese Andruckskraft. A. ist die Fläche des Ausblasstutzens 3. Wenn der Tankdruck p™ gleich dem Ansprechdruck Pg ist, öffnet sich das Hilfsventil 7 und der Druckraum über der Ventilplatte 2 wird entlüftet. Hierbei fällt der Druck p_D im Druckraum ab. Dabei muß die Drosselwirkung in dem Ausblasstutzen kleiner sein als die Drosselwirkung des Ringspalts zwischen kolbenartiger Platte und der inneren Wandung des Ventilgehäuses. Der Beginn der Bewegung der Ventilplatte 2 ist abhängig vom Größenverhältnis der wirksamen Flächen. Vorzugsweise wird ein Verhältnis von Kolbenringfläche 9 (A_R) zur Querschnittsfläche 10 (A₁) des Ausblasstutzens 3 von etwa 2 : 1 vorgesehen. Im Moment des Öffnens des Pilotventils 7 ergeben sich dann folgende Druck- bzw. Kraftverhältnisse:

a) im Druckraum wirkt:

P_T · A_R + p_T · A₁ = Pjj . 2A₁ + p_D ·

P_T - P_D
^AR ^{= 2A}1

b) Ventilseitig wirken:

P_T . A_ß + p_A . A₁ = p_T . 2A₁ + A₁-A₁ (2p_T + l);

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Die Kolbenbewegung beginnt, wenn Kräftegleichgewicht herrscht, d.h.:

3p_D . A₁ = A₁ (2p_T + 1)

P_D - 2p_T + 1
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Bei einem Ansprechdruck von p_T = 1,25 bar ergibt sich

P_D = = 1,17 bar,

d.h. bei einem Druck im Druckraum über die Ventilplatte von 1,17 bar beginnt die Platte nach oben zu wandern, d.h. der Druck muß noch etwas weiter abfallen, da ja auch das Eigengewicht der Platte nach unten wirkt.

Die Ventilstellung im geöffneten Zustand ist in Figur 3 schematisch dargestellt. Geschlossen wird das Ventil wieder, wenn der Schließdruck des Pilotventils erreicht ist und dieses schließt. Dabei wird im Druckraum der im Tank herrschende Druck aufgebaut. Die Ventilplatte bewegt sich infolge ihres Eigengewichtes nach unten und schließt das Hauptventil.

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Claims

2917354 V-63.735-01/38/78 CASCH/SUK 26. April 1979 BATTELLE - INSTITUT E.V., Frankfurt (Main) Pat entansprüche 10

1. Pilotgesteuertes Sicherheitsventil bestehend im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse, einem Ausblasstutzen und einer als Hauptventil wirkenden, geführten Platte, deren Bewegung durch ein Hilfsventil gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplatte (2) in dem abgeschlossenen Ventilgehäuse (l) untergebracht und kolbenartig ausgebildet ist, und daß der Einlaß des Ausblasstutzens (3) sich in dem Ventilgehäuse (l) unterhalb der Ventilplatte (2) befindet. /

2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßende des Ausblasstutzens (3) parallel zu

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der Ventilgehäuseachse verläuft und dann der Ausblasstutzen (3) senkrecht zu der Ventilgehäuseachse aus der Gehäusewandung nach außen geführt wird.

3. Sicherheitsventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplatte (2) tnittig (5) geführt ist und zwischen Ventilplatte (2) und Ventilgehäuse (1) ein Spalt (4) vorhanden ist.

4. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ventilplatte (2) Drosselöffnungen (6) angebracht sind.

5. Sicherheitsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnungen (6) im Querschnitt verstellbar sind.

6. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsventil (7) als einfach wirkendes Ventil ausgebildet ist.

7. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ventilgehäuse (l) und Hilfsventil (7) eine außenliegende Verbindungsleitung (8) vorgesehen ist.

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8. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (9) der Ventilplatte (2) mindestens gleich der Querschnittsfläche (10) des Ausblasstutzens (3) ist.

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