DE68917042T2

DE68917042T2 - Hochtemperatur-Sicherheitsventil.

Info

Publication number: DE68917042T2
Application number: DE68917042T
Authority: DE
Inventors: Cleo M Bickford; Walter W Powell; Larry A Sample
Original assignee: Keystone International Holdings Corp
Current assignee: Keystone International Holdings Corp
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1989-05-11
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2009-05-12
Also published as: JPH0242284A; KR900000631A; EP0348035A2; DE68917042D1; EP0348035B1; CA1312527C; EP0348035A3; US4848397A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hochtemperatur-Sicherheitsventil und auf ein Sicherheitsventil-System mit Verwendung eines solchen Ventils in Verbindung mit einem Führungs-Sicherheitsventil in einer Lüftungs- oder Hauptströmungsstrecke. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein System mit einem Sicherheitsüberdruckventil und einem zugehörigen Führungsventil vor, die speziell für eine Verwendung bei Temperaturen über etwa 177 ºC (350 ºF) und bis maximal 644 ºC ausgelegt sind.
In der Vergangenheit wurden solche Sicherheitsüberdrucksysteme wie das in US-A-4,425,938 vom 17. Januar 1984 beschriebene vorgestellt, bei denen ein Hauptsicherheitsventil oberhalb eines Druckbehälters, beispielsweise eines Tanks, angebracht war, wobei das Hauptventilelement eine mit einem zugehörigen Führungsventil in Flüssigkeitsverbindung stehende Kuppel aufweist, und das Führungsventil den Aufwärtsflüssigkeitsdruck im Tank oder der Strömungsstrecke erfaßt, um die Bewegung des Hauptventilelements zu steuern. Das Hauptventilelement bewegt sich beim Erreichen eines voreingestellten hohen Flüssigkeitsdrucks in eine geöffnete Position, um den Flüssigkeitsdruck innerhalb des Druckbehälters wieder auf einen voreingestellten niedrigen Wert zu reduzieren.
Darüber hinaus wurden sogenannte durchflußfreie oder nicht durchströmte Führungsventile bereits in Kombination mit Hauptüberdruckventilen verwendet, um das Öffnen und Schließen des Hauptventilelements zu steuern. Ein nicht durchströmtes Führungsventil hat während seines normalen Betriebs oder in einer Position, in der das Hauptventilelement sich in einem statischen Zustand befindet, keinen kontinuierlichen Flüssigkeitsdurchfluß. Durch den Ausschluß eines Flüssigkeitsdurchflusses durch das Führungsventil entfallen eine Reihe der Probleme, die bei Führungsventilen mit Flüssigkeitsdurchfluß auftreten, beispielsweise das Verstopfen von Öffnungen oder Anschlüssen durch in der Flußflüssigkeit mitgeführte Fremdkörper oder das Vereisen infolge der Verwendung von Naßgas. Zu einem nicht durchströmten Führungsventil gehört im Normalfall eine Zwischenflußkammer zwischen der Einlaßflußkammer und der Auslaßflußkammer, so daß es nicht zu einem gleichzeitigen Flüssigkeitsfluß durch die Einlaß- und Auslaßflußkammer kommt. In den bisher verwendeten nicht durchströmten Führungsventilen wurden jedoch normalerweise Elastomerdichtungen verwendet, die speziell für den Einsatz bei relativ niedrigen Temperaturen um etwa 177 ºC (350 ºF) geeignet sind, da Elastomerdichtungen die Tendenz haben, bei Temperaturen oberhalb etwa 177 ºC bis 204 ºC (350 ºF bis 400 ºC) beschädigt zu werden.
Normalerweise weist ein Sicherheitsüberdruckventil, das beispielsweise oberhalb eines Tanks befestigt ist, eine Gehäusekammer mit einem darin montierten Hauptventilelement auf. Dieses Hauptventilelement ist wechselseitig beweglich, wobei seine innere Endfläche über einen Einlaßdurchgang dem Flüssigkeitsdruck aus dem Tank ausgesetzt ist. Beim Erreichen eines voreingestellten hohen Drucks im Tank bewegt sich das wechselseitig bewegliche Ventilelement wie ein Kolben nach außen bzw. in vertikaler Richtung nach oben in eine geöffnete Position, um so den Flüssigkeitsdruck im Tank durch den Flüssigkeitsfluß durch das Hauptsicherheitsventil auf einen voreingestellten niedrigen Wert zu reduzieren. Damit wird in der geschlossenen Position die Gehäusekammer des Hauptsicherheitsventils dem Auslaßflüssigkeitsdruck ausgesetzt, der dem atmosphärischen Druck entsprechen kann.
Über dem Hauptventilelement gibt es im Normalfall eine Kuppelkammer, die in Flüssigkeitsverbindung zur Zwischenkammer des zugehörigen Führungsventils steht, und der Flüssigkeitsdruck in der Kuppelkammer ist im allgemeinen derselbe wie der Einlaßflüssigkeitsdruck. Damit reagiert das Hauptventilelement auf den Flüssigkeitseinlaßdruck, der dem Druck des Druckbehälters entspricht. Damit der Kuppeldruck im wesentlichen immer dem Einlaßflüssigkeitsdruck entspricht, ist es erforderlich, daß das wechselseitig bewegliche Ventilelement mit einer Flüssigkeitsdichtung versehen wird, so daß es hinter dem wechselseitig beweglichen Ventilelement nicht zu einem Austreten von Flüssigkeit aus der Kuppelkammer in die Gehäusekammer kommt, was zu einem Absinken des Flüssigkeitsdrucks in der Kuppelkammer führen würde. Normalerweise wird zwischen dem Hauptventilelement und dem angrenzenden Gehäuseelement eine Elastomerdichtung angebracht, um eine solche Flüssigkeitsdichtung zu erhalten. Elastomerdichtungen können jedoch keinen hohen Temperaturen oberhalb 204 ºC (400 ºF) ausgesetzt werden, ohne daß es zu einer wesentlichen Funktionsbeeinträchtigung und einem daraus resultierenden Flüssigkeitsaustritt kommt, was speziell bei Temperaturen über 315 ºC (600 ºF) der Fall ist.
US-A-4172466 stellt ein mit Führungssteuerung versehenes Sicherheitsventil zur Aufnahme von überhohem Druck aus einem System unter Flüssigkeitsdruck vor, das die folgenden Bestandteile aufweist:
ein Hauptsicherheitsüberdruckventil mit einem kammerförmigen Ventilgehäuse, das einen Einlaßflußdurchgang und einen Auslaßflußdurchgang aufweist, die zueinander im rechten Winkel angeordnet sind und mit der Ventilhauptkammer in Verbindung steht;
ein Ventilkolbenelement, das in der Ventilhauptkammer im rechten Winkel zur Längsachse des Einlaßflußdurchgangs befestigt ist, und zwar so, daß wechselseitige Bewegungen entlang der Längsachse des Auslaßflußdurchgangs möglich sind;
eine Buchse, die innerhalb der Gehäusekammer fest installiert ist und das darin befindliche Ventilkolbenelement zur Gewährleistung dessen wechselseitiger Bewegungen aufnimmt; eine Dichtung, die zwischen dem Ventilkolbenelement und der Buchse befestigt ist;
ein im Auslaßflußdurchgang befindliches Düsenelement, das eine ringförmige Auflagefläche bildet, auf der das Ende des Ventilkolbenelements in geschlossener Position aufliegt, um den Flüssigkeitsfluß zwischen dem Einlaßflußdurchgang und dem Auslaßflußdurchgang zu blockieren;
eine Kuppelkammer im Inneren des Ventilgehäuses; und
ein nicht durchströmtes Führungsventil zur Steuerung der Funktion des Überdruckventils.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Hochtemperatur-Sicherheitsüberdruckventil vorgestellt, das die folgenden Bestandteile aufweist:
ein Ventilgehäuse, welches eine Ventilhauptkammer bildet und einen Einlaßflußdurchgang sowie einen Auslaßflußdurchgang aufweist, wobei die Durchgänge rechtwinklig zueinander angeordnet sind und mit der Ventilhauptkammer in Verbindung stehen;
ein Ventilkolbenelement, das entlang der Längsachse des Auslaßflußdurchgangs und im rechten Winkel zur Längsachse des Einlaßflußdurchgangs wechselseitig beweglich in der Ventilhauptkammer befestigt ist;
eine Buchse, die innerhalb der Ventilhauptkammer fest installiert ist und das darin befindliche Ventilkolbenelement zur Gewährleistung dessen wechselseitiger Bewegungen aufnimmt;
eine Hochtemperaturdichtung, die zwischen dem Ventilkolbenelement und der Buchse montiert ist;
ein im Auslaßflußdurchgang befindliches Düsenelement, das eine ringförmige Auflagefläche bildet, auf der das innere Ende des Ventilkolbenelements in geschlossener Position aufliegt, um den Flüssigkeitsfluß zwischen dem Einlaßflußdurchgang und dem Auslaßflußdurchgang zu blockieren, wobei der ringförmige Abschnitt des Ventilkolbenelements, der sich rings um die Außenfläche der ringförmigen Auflagefläche befindet, in geschlossener Position des Ventilkolbenelements dem Flüssigkeitseinlaßdruck in der Gehäusekammer ausgesetzt ist;
eine Kuppelkammer im Ventilgehäuse unmittelbar neben dem äußeren Ende des Ventilkolbenelements; sowie
eine zur Kuppelkammer gehörende Flüssigkeitsfederungseinrichtung, durch welche das Ventilkolbenelement bei dessen Rückbewegungen zur auf dem Düsenelement aufliegenden Position durch Flüssigkeit abgefedert wird, nachdem es bei einem vorher festgelegten hohen Flüssigkeitsdruck geöffnet war.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein vollständiges Hochtemperatur- Sicherheitsüberdruckventilsystem vor. In diesem System kommt ein Hochtemperatur-Sicherheitsüberdruckventil nach vorliegender Erfindung und entsprechend dem unmittelbar vorangegangenem Abschnitt zum Einsatz sowie ein nicht durchströmtes Führungsventil, das mit der Kuppelkammer des Überdruckventils in Verbindung steht und der Steuerung des Überdruckventils dient.
Mit den bevorzugten Ausführungsformen wird ein Hochtemperatur-Sicherheitsüberdruckventilsystem bereitgestellt, das für Temperaturen oberhalb etwa 177 ºC (350 ºF) geeignet ist. Da Elastomerdichtungen die Tendenz zur Beschädigung haben, insbesondere bei Temperaturen ab etwa 260 ºC (500 ºF), ist es angbracht, daß bei solchen hohen Temperaturen Metalldichtungen oder Metall-auf-Metall- Dichtungen sowohl im eigentlichen Überdruck als auch im zugehörigen Führungsventil zum Einsatz kommen.
Es folgt nun eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die folgenden Inhalt haben:
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Hochtemperatur-Sicherheitsüberdruckventilsystems entsprechend der vorliegenden Erfindung, in der ein Hauptsicherheitsventil und das zugehörige Führungsventil auf einem Druckbehälter gezeigt werden;
Fig. 2 ist eine Längsschnittdarstellung des Hauptsicherheitsventils und des zugehörigen Führungsventils in normalem Betriebszustand, wobei sich das Hauptsicherheitsventil in geschlossener Position befindet und das Ausströmen aus dem Druckbehälter blockiert wird;
Fig. 3 ist eine Längsschnittdarstellung entsprechend der von Fig. 2, in der das Hauptsicherheitsventil allerdings in geöffneter Position gezeigt wird, die beim Erreichen eines vorher festgelegten hohen Flüssigkeitsdrucks im Druckbehälter eingenommen wird, um den Überdruck im Druckbehälter abzubauen;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Detaildarstellung aus Fig. 2, in der das Hauptsicherheitsventil in normal aufliegender Position gezeigt wird;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Detaildarstellung aus Fig. 3, in der das Hauptsicherheitsventil in geöffneter Position gezeigt wird und wie es bei seiner Bewegung aus der aufliegenden Position in die geöffnete Position abgefedert wird;
Fig. 6 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Ablaßventils mit einem beweglichen Element, das den Flüssigkeitsabfluß aus der Kuppelkammer erlaubt;
Fig. 7 ist eine Schnittdarstellung des in Fig. 6 dargestellten Ablaßkegelventils, wobei hier jedoch das bewegliche Ventilelement in einer Position gezeigt wird, in der ein Flüssigkeitsfluß zwischen der Einlaß- und der Kuppelkammer blockiert ist;
Fig. 8 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung des Führungsventils, wobei bestimmte Teile nicht abgebildet werden und das Führungsventil in seiner normalen Betriebsposition gezeigt wird, in der der Flüssigkeitsfluß zwischen Einlaß-, Auslaß- und Zwischenkammer blockiert ist;
Fig. 9 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung des in Fig. 8 dargestellten Führungsventils, hier jedoch wird das Führungsventil in betatigter Position bei einem vorher eingestellten hohen Flüssigkeitsdruck gezeigt, in der eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Zwischenkammer und der Auslaßkammer besteht, um den Flüssigkeitsdruck in der Kuppelkammer des Hauptsicherheitsventils zu reduzieren; und
Fig. 10 ist eine Schnittdarstellung einer modifizierten Ausführung des Hauptsicherheitsventils, die eine modifizierte Auflagefläche für das Hauptventilelement verdeutlichen soll, bei dem sich die Befestigungseinrichtungen im Inneren des Hauptventilgehäuses befinden.
Bezugnehmend auf die Abbildungen, insbesondere auf Fig. 1, in der ein bevorzugtes Hochtemperatur-Sicherheitssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt wird, verfügt ein allgemein mit der Kennziffer 10 bezeichneter Druckbehälter oder Tank über einen Auslaß (12) der in einem Flansch (14) endet. Ein allgemein mit der Kennziffer 16 bezeichnetes Hauptsicherheitsventil wird an einem unteren Flansch (18) mit Hilfe geeigneter Schrauben- und Mutternkombinationen (20) mit dem Flansch (14) verbunden. Eine Auslaßleitung (22) wird mit Hilfe zweier Flansche und einer Schrauben- und Mutternkombination (24) mit dem Hauptsicherheitsventil (16) verbunden.
Das Hauptsicherheitsventil (16) besteht aus einem Hauptgehäuse (26) mit einer durch Gewindeschrauben (30) sicher daran befestigten Abdeckung oder Kappe (28). Ein allgemein mit der Kennziffer 32 bezeichneter Trägerwinkel ist mit der Abdeckung (28) über Schrauben (30) verbunden, und ein allgemein mit der Kennziffer 34 bezeichnetes Führungsventil ist ebenfalls am Trägerwinkel (32) befestigt. Eine Einlaßleitung (36) erstreckt sich vom Hauptventil (16) zum Führungsventil (34), eine Auslaßleitung (38) geht vom Führungsventil (34) zur nachgeordneten Auslaßseite des Gehäuses (26). Eine Steuerungsflüssigkeitsleitung (40) geht vom Führungsventil (34) zur Kuppel bzw. zur Kuppelkammer (42) des Hauptventils (16). Das hier dargestellte Hochtemperatur-Drucksicherheitssystem ist besonders für einen Einsatz bei Temperaturen oberhalb etwa 177 ºC (350 ºF) geeignet und kann mit Dampf oder Flüssigkeit verwendet werden, wobei verschiedene Arten von Druckbehältern oder Flüssigkeitsleitungen zum Hauptsicherheitsventil (16) möglich sind.
Wie aus Fig. 2 bis Fig. 5 ersichtilich wird, weist das Gehäuse (26) des Hauptsicherheitsventils (16) einen den Einlaß (44) bildenden Einlaßflußdurchgang (45) sowie einen den Auslaß (46) bildenden Auslaßflußdurchgang (47) auf, wobei eine mit der Kennziffer 48 bezeichnete Hauptventilkammer zu jedem Zeitpunkt in direkter Flüssigkeitsverbindung mit dem Einlaßflußdurchgang (45) steht. Der Auslaß (46) hat einen innenliegenden ringförmigen Flansch (50), der eine aneinanderstoßende Fläche bzw. einen Absatz (52) neben der Ventilkammer (48) bildet. Ein allgemein mit der Kennziffer 54 bezeichnetes festes Ventilsitzelement weist eine Düse (56) mit einem konisch zulaufenden Einlaßende (58) auf, das eine ringförmige Metallauflagefläche (59) mit einem Durchmesser D bildet. Ein äußerer ringförmiger Flansch (60) grenzt an den ringförmigen Absatz (52) des Flanschs (50). Gegenüberliegende Öffnungen in den Flanschen (50 und 60) nehmen Gewindeschrauben (62) auf, mit denen das Ventilsitzelement (54) innerhalb des Auslaßflußdurchgangs (47) befestigt wird. Eine geeignete Hochtemperaturdichtung (64), beispielsweise eine Metalldichtung oder eine metallähnliche Dichtung wie die unter dem Warenzeichen "Grafoil", einem eingetragenen Warenzeichen der Union Carbide Corporation, erhältliche Graphitdichtung, wird zwischen dem Auflageelement (60) und dem Gehäuse (60) plaziert.
Die Abdeckung oder Kappe (28) am Ventilgehäuse (26) weist zwischen der Leitung (40) und der Kuppelkammer (42) eine Öffnung (65) auf. Die Abdeckung (28) ermöglicht einen Zugang zur Ventilkammer (48), wenn durch Lösen der Schrauben (30) die Abdeckung (28) entfernt wird. Das Gehäuse (26) hat entsprechend der Darstellung in Fig. 2 und Fig. 3 eine Flüssigkeitseinlaßöffnung (66), die auch durch die Abdeckung (28) geht und über die Einlaßleitung (36) eine Flüssigkeitsverbindung mit dem Führungsventil (34) herstellt. Zwischen dem Einlaßflußdurchgang (45) und der Einlaßöffnung (66) befindet sich eine Öffnung (68). Ein rohrförmiger Abschnitt (70) neben der Öffnung (68) erstreckt sich zwischen der Abdeckung (28) und dem Gehäuse (26), wobei der rohrförmige Abschnitt (70) durch eine Graphitdichtung (72) abgedichtet wird. Eine innere Graphitdichtung (74) dichtet außerdem den Bereich zwischen der Abdeckung (28) und dem Gehäuse (26) ab.
Das Ventilgehäuse (26) weist eine Bohrung (76) neben der Abdeckung (28) auf, mit der eine Verbindung zur Ventilkammer (48) hergestellt wird. Im Inneren dieser Bohrung (76) befindet sich die zylindrische Buchse bzw. der Zylinder (78), der durch die Abdeckung (28) und die Dichtung (74) in seiner Position gehalten wird. Eine ringförmige Dichtung (80) dichtet außerdem den Bereich zwischen der Bohrung (76) und der Buchse (78) ab. Die zylindrische Buchse (78) bildet einen Hauptbohrungsabschnitt (82) mit einem Durchmesser D1 sowie einen erweiterten Bohrungsabschnitt (84) mit einem vergrößerten Durchmesser D2. Ein mit der Kennziffer 86 bezeichneter Verbindungsbohrungsabschnitt verbindet die beiden Bohrungsabschnitte (82 und 84). Ein allgemein mit der Kennziffer 88 bezeichneter hohler Kolben ist so befestigt, daß er innerhalb der Buchse (78) wechselseitige Bewegungen ausführen kann. Zwei Metallkolbenringe (90 und 92) lagern in ringförmigen Nuten auf dem Kolben (88) und gleiten als Dichtung entlang dem jeweiligen Bohrungsabschnitt (82 und 84) der festen Buchse (78). Das innere Ende des Kolbens (88) weist eine allgemein mit der Kennziffer 94 bezeichnete Aussparung auf, die einen im wesentlichen kugelförmigen Zentralabschnitt (96) bildet. Ein allgemein mit der Kennziffer 98 bezeichneter scheibenförmiger Ventilsitz befindet sich innerhalb der Aussparung (94) und weist einen konvex-kugelförmigen Zentralabschnitt (100) auf, der in Auflagekontakt mit der durch den Zentralabschnitt (96) gebildeten Oberfläche steht. Ein Sprengring (102) ist lose in die axial angeordneten ringförmigen Nuten im Kolben (88) und der Ventilsitzscheibe (98) eingelegt. Die Ventilsitzscheibe (98) kann eine begrenzte Bewegung innerhalb der Aussparung (94) ausführen, so daß der durch die Ventilsitzscheibe (98) gebildete ringförmige Ventilsitz (104) in einem Metall-auf-Metall-Dichtungskontakt mit der angrenzenden ringförmigen Auflagefläche (59) auf dem Ventilsitzelement (54) steht. Der Oberflächenbereich der Ventilsitzscheibe (98), welcher durch Durchmesser D gekennzeichnet ist, ist der Bereich, der in geschlossener, aufsitzender Position des Kolbens (88) dem Auslaßflüssigkeitsdruck ausgesetzt ist.
Die Kuppelkammer (42), welche durch den Hohlkolben (88) gebildet wird, weist eine hier allgemein mit der Kennziffer 106 bezeichnete innere Federungsbuchse auf und bildet eine Federauflage (108). Eine Feder (110) wird zwischen der Federauflage (108) der inneren Federungsbuchse (106) und einer Federungsauflage (111) am inneren Ende des Hohlkolbens (88) vorgespannt. Die Feder (110) drückt das innere Federungsteil (106) gegen die innere Oberfläche (112) der Abdeckung (28), was besonders in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt wird. Außerdem wird durch die Feder (110) der Kolben (88) in Dichtungskontakt mit dem festen Ventilsitz (59) gedrückt.
Der Kolbens (88) wird sowohl während der Bewegung aus der geschlossenen Position in die geöffnete Position als auch während der Bewegung aus der in Fig. 5 gezeigten vollständig geöffneten Position in eine geschlossene, aufsitzende Position durch Flüssigkeitsdosierung abgefedert. Wie besonders aus Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, weist der Kolben (88) einen mit Kennziffer 113 bezeichneten Abschnitt mit vergrößertem Innendurchmesser auf, der sich bei Kennziffer 114 zu einem Abschnitt mit normalem Durchmesser (116) auf einem ringförmigen Absatz (117) zuspitzt. Das innere Ende der Federungsbuchse (106) weist eine ringförmige Wulst oder Ausstülpung (118) auf. Eine in Fig. 5 mit der Kennziffer 120 bezeichnete Flüssigkeitsdosierkammer wird zwischen der Außenfläche der Buchse (106) und der benachbarten Oberfläche mit vergrößertem Durchmesser (112) des Kolbens (88) gebildet. Dadurch ergibt sich bei einer Bewegung des Kolbens (88) in die in Fig. 5 gezeigte geöffnete Position aufgrund der beengten Durchflußöffnung zwischen Buchse (106) und Kolben (88), daß die Flüssigkeit in der Kammer (120) komprimiert wird, wodurch eine Federung des Kolbens (88) während einer solchen Bewegung entsteht.
Bei der Rückbewegung aus der geöffneten Position aus Fig. 5 in die geschlossene Position bildet sich eine mit der Kennziffer 122 bezeichnete Flüssigkeitsdosierkammer zwischen dem Außenumfang des Kolbens (88) und dem erweiterten Bohrungsabschnitt (84) der Buchse (78). Während der Metallring (92) als flüssigkeitsundurchlassige Dichtung ausgelegt ist, ist der andere Metallring (90) so gebaut, daß er im begrenzten Maße ein Durchsickern von Flüssigkeit aus der Kammer (122) erlaubt, wenn sich der Kolben (88) in die aufsitzende Position bewegt. Damit wird, wenn der Kolben (88) sich aus der geöffneten Position aus Fig. 5 in die geschlossene, aufsitzende Position von Fig. 4 bewegt, durch Durchsickern hinter der Metalldichtung (90) Flüssigkeit aus der Kammer (122) dosiert abgegeben, wodurch ein Aufschlagen oder Aufstoßen auf den ringförmigen Ventilsitz (59) minimiert wird. Dabei muß erwähnt werden, daß die normale Funktion des Sicherheitssystems aufgrund des Durchsickerns von Flüssigkeit hinter den Metalldichtungen (90 und 92) nicht beeinträchtigt wird, da die Gehäusekammer (48) zu jedem Zeitpunkt über den Einlaßflußdurchgang (45) dem Einlaßflüssigkeitsdruck ausgesetzt ist. Wäre dagegen die Ventilkammer (48) im Normal betrieb dem Auslaßflüssigkeitsdruck ausgesetzt, wie das bei bisherigen Systemen der Fall war, würde ein solches Durchsickern negative Auswirkungen auf die Funktion des Sicherheitssystems haben, da der Flüssigkeitsdruck aus der Kuppelkammer durch die Flüssigkeitsverbindung oder das Durchsickern in den Bereich mit niedrigerem Auslaßdruck innerhalb der Ventilgehäusekammer absinken würde.
Um zu erreichen, daß sich das Ventilelement (88) bei einem genau voreingestellten Schließdruck wieder schließt, ist es zweckmäßig, wenn die durch den Durchmesser D2 bestimmte Querschnittfläche der Kuppelkammer (42) etwa doppelt so groß ist wie die durch den Durchmesser D bestimmte Querschnittsfläche der Ventilauflagefläche (104). Die durch den Durchmesser D1 bestimmte Querschnittsfläche liegt zwischen den durch D und D2 bestimmten Querschnittsflächen.
Es ist von außerordentlichem Vorteil, wenn der Kolben (88) bei seiner Bewegung aus der geschlossenen Position in die geöffnete Position und aus der geöffneten Position in die geschlossene Position abgefedert wird, da große Öffnungs- und Schließkräfte auftreten. Die großen Öffnungskräfte werden durch den von Durchmesser D bestimmten, relativ großen Bereich verursacht, der dem hohen Flüssigkeitseinlaßdruck ausgesetzt ist, nachdem es zur ersten Öffnung des Hauptventils (16) kommt, da in der aufsitzenden, geschlossenen Position des Ventils (16) nur der ringförmige Abschnitt zwischen dem von Durchmesser D bestimmten Bereich und dem von Durchmesser D1 bestimmten Bereich dem Flüssigkeitsdruck aus dem Einlaßflußdurchgang (45) ausgesetzt ist. Desgleichen ist auch die Schließkraft beim Verschließen sehr hoch, da die von Durchmesser D2 bestimmte Fläche am besten etwa doppelt so groß ist wie die durch Durchmesser D bestimmte Fläche. Deshalb ist es sehr zweckmäßig, wenn eine Federung in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens (88) gewährleistet ist. Es wurde bereits erwähnt, daß ein Durchsickern von Flüssigkeit während der Bewegung des Kolbens (88) in die geschlossene Position nur bei der kleinen Metalldichtung (90) erwünscht ist, wogegen die Dichtung (92) mit großem Durchmesser nicht für ein Durchsickern ausgelegt ist, da ein Flüssigkeitsfluß von der Dosierkammer (122) in die Kuppelkammer (42) während des Schließvorgangs unerwünscht ist, weil dieser den Flüssigkeitsdruck aus dem Führungsventil (34) beeinträchtigen könnte, der über die Leitung (40) übertragen wird. Obwohl die durch Durchmesser D2 bestimmte Fläche bevorzugterweise etwa doppelt so groß sein soll wie die durch Durchmesser D bestimmte Fläche, ist es wohl verständlich, daß die Größe dieser Flächen je nach Anwendungsgebiet variiert. Es ist lediglich erforderlich, daß die durch Durchmesser D2 bestimmte Fläche größer ist als die durch Durchmesser D bestimmte Fläche.
Es ist von Vorteil, insbesondere wenn das Sicherheitsüberdrucksystem entsprechend der vorliegenden Erfindung mit Dampf betrieben wird, daß die Kuppelkammer (42) mit einer Abflußleitung versehen wird. Aus diesem Grund wird, wie besonders in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellt, ein allgemein mit der Kennziffer 124 bezeichnetes Wechselventil neben der Unterseite der Kuppelkammer (42) installiert. Ein Wechselventilgehäuse (126) wird innerhalb einer Bohrung (128) in der Abdeckung (28) untergebracht. Die Bohrung (128) steht über eine seitliche Öffnung (130) in Flüssigkeitsverbindung mit der Einlaßöffnung (66). Das Gehäuse (126) hat zwei Endöffnungen (132 und 134), wobei die eine Öffnung (132) in Flüssigkeitsverbindung mit der Kuppelkammer (42) steht und die andere Öffnung (134) mit der Bohrung (128) verbunden ist. Ein Wechselventilelement (136) liegt - wie aus Fig. 6 ersichtlich - lose innerhalb des Gehäuses (126) in einer im Normalzustand mittigen Position zwischen zwei gegenüberliegenden Federn (138), dabei tritt im begrenzten Maße ein Durchsickern von Flüssigkeit vorbei am Wechselventilelement (136) auf, wenn dieses sich in seiner mittigen Position befindet. Somit dringt in der in Fig. 6 dargestellten mittigen Position Flüssigkeit aus der Kuppelkammer (42) durch die Öffnung (132), am Wechselventilelement (136) vorbei und durch die Öffnungen (134 und 130) in die Einlaßöffnung (66). Bei einem Anstieg des Einlaßflüssigkeitsdrucks über einen bestimmten Wert bewegt sich das Wechselventilelement (136) in die in Fig. 7 dargestellte Position und sperrt die Öffnung (132), wodurch die Flüssigkeitsverbindung zwischen der Kuppelkammer (42) und der Einlaßöffnung (66) unterbrochen wird. Wenn der Schließdruck in der Kuppelkammer (42) durch die Leitung (40) getestet werden soll, bewegt sich das Wechselventilelement (136) in eine Position, in welcher der Flüssigkeitsfluß von der Endöffnung (134) und von der Einlaßöffnung (66) unterbrochen wird, wodurch es bei normalem Flüssigkeitseinlaßdruck ermöglicht wird, daß der hohe Testflüssigkeitsdruck in Flüssigkeitsverbindung mit der Kuppelkammer (42) gebracht wird.
Es wurde bereits erwähnt, daß Elastomerdichtungen bei Temperaturen eingesetzt werden, die im allgemeinen unter etwa 177 ºC (350 ºF) liegen, da solche Dichtungen bei höheren Temperaturen beschädigt und nicht mehr funktionieren würden. Deshalb werden bei Temperaturen über etwa 177 ºC (350 ºF) Metalldichtungen, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder aus Graphit, eingesetzt, die mit Dämpfen und Flüssigkeiten bei Drücken von 2 x 10&sup5; bis 4 x 10&sup7; Pa (30 psi bis 6000 psi) verwendet werden können. Da Metall- oder Graphitdichtungen relativ hart sind, tritt nur eine minimale Reibung bzw. ein Widerstand gegen die Bewegung des Hauptventilelements auf, wodurch ein relativ schnell reagierendes Sicherheitsventilsystem entsteht.
In Fig. 2 und Fig. 3, insbesondere jedoch in Fig. 8 und Fig. 9, wird das Hochtemperatur-Führungsventil (34) gezeigt, welches im hier vorgestellten Hochtemperatur-Sicherheitsventilsystem Anwendung findet. Das Führungsventil (34) ist ein sogenanntes nicht durchströmtes Führungsventil, bei dem in Normalposition kein Durchfluß auftritt. Ein nicht durchströmtes Führungsventil hat keinen kontinuierlichen Durchfluß, wenn es im normalen Betriebszustand ist oder in einer Position, wenn sich das Hauptsteuerungs- oder Sicherheitsventil (16) in seiner normalen, also geschlossenen Position befindet. Auch wenn während des Betriebs eine sehr geringe Flüssigkeitsmenge durch das Führungsventil übertragen wird, ist diese Menge doch unbedeutend.
Darüber hinaus ist die Ansprechempfindlichkeit eines nicht durchströmten Führungsventils gegenüber Druckänderungen in einer Flüssigkeit in seinem gesamten Betriebsbereich relativ konstant, da ein nicht durchströmtes Führungsventil nicht so stark durch die Öffnungsgröße beeinflußt wird wie ein durchströmtes Führungsventil. Damit reagieren nicht durchströmte Führungsventile schneller auf Druckänderungen als Führungsventile, die ständig von Flüssigkeit durchströmt werden.
Das Hochtemperatur-Führungsventil (34) hat ein Gehäuse (140) mit einer durchgehenden Zentralbohrung (142). Die Zuleitung (36) steht in Flüssigkeitsverbindung zu einer Einlaßkammer (144), die Auslaßleitung (38) steht in Flüssigkeitsverbindung zu einer Auslaßflüssigkeitskammer (146), und die Kuppelkammerleitung (40) steht in Flüssigkeitsverbindung zu einer Flüssigkeitszwischenkammer (148), die sich zwischen der Flüssigkeitseinlaßkammer (144) und der Flüssigkeitsauslaßkammer (146) befindet.
Das Gehäuse (140) weist einen oberen Flansch (150) auf, und eine Ventilabdeckung (152) mit einem unteren Flansch (154) ist mit Hilfe von Schrauben (156) auf dem Flansch (150) befestigt. Eine Feder (158) lagert innerhalb der Ventilabdeckung (152) zwischen den sich gegenüberstehenden unteren und oberen Federfolgeteilen (160). Die Einstellschraube (162) greift in das obere Federfolgeteil (160), um die Kompression der Feder (158) einzustellen; sie hat außerdem eine Sicherungsmutter (164) zur Sicherung in einer eingestellten Position. Eine Kappe (166) wird auf das obere Ende der Ventilabdeckung (152) geschraubt und bildet eine Abdeckung für die Einstellschraube (162). An der Ventilabdeckung (152) ist ein Lüftungsanschluß (168) befestigt, über den das Innere der Ventilabdeckung (152) belüftet wird.
Eine allgemein mit der Kennziffer 170 bezeichnete feste Führung stößt an ein allgemein mit der Kennziffer 172 bezeichnetes Düsenelement, das durch den Flansch (154) der Ventilabdeckung (152) in eine abdichtende Position mit einen inneren ringförmigen Absatz (174) und einer darauf befindlichen Metalldichtung (176) gezwungen wird. Der Flansch (154) stößt an die Führung (170), die das Düsenelement (172) beim Anziehen der Schrauben (156) in einen abdichtenden Kontakt mit der Dichtung (176) bringt. Die Führung (170) hat eine Zentralbohrung (178), die eine allgemein mit der Kennziffer 180 bezeichnete Spindel aufnimmt, wodurch diese Längsbewegungen ausführen kann. Das obere Ende der Spindel (180) greift in das untere Federfolgeteil (160) und wird durch die Feder (158) und das Folgeteil (160) nach unten gedrückt. Die Spindel (180) hat an der Unterseite eine mit 182 bezeichnete Aussparung in Form einer zentralen, kugelförmigen Fläche, die der Aufnahme eines Scheibenauflageteils (184) dient. Das Scheibenauflageteil (184) hat an der Oberseite eine komplementäre, kugelförmige Fläche (186), die genau in die kugelförmige Fläche (182) der Spindel (180) paßt. Am unteren Ende des Scheibenauflageteils (184) befindet sich eine untere ringförmige Auflagefläche (188), die in eine genau dazu passende feste Auflagefläche (190) auf dem unteren Düsenelement (172) greift. Die beiden kugelförmigen Flächen (182 und 186) ermöglichen dem Scheibenauflageteil (184) ein flüssigkeitsdichtes Aufsitzen auf der festen Auflagefläche (190).
Das Düsenelement (172) hat eine durchgehende Düsenöffnung (192), und ein mit 194 bezeichneter Abstandsstab ist mit einem Abstand zur Düsenöffnung (192) befestigt und bildet durch diesen Zwischenraum einen ringförmigen Durchflußweg. Das obere Ende (196) des Abstandsstabs (194) wird in der in Fig. 8 dargestellten statischen Position in einem Abstand D3 zum benachbarten Ende des Auflageteils (184) gehalten. Das obere Ende (196) ist so gestaltet, daß es von unten auf das Auflageteil (184) auftrifft, wenn der Einlaßflüssigkeitsdruck um einen bestimmten Betrag ansteigt, was im folgenden noch beschrieben wird. Das andere, gegenüberliegende untere Ende des Abstandsstabs (194) befindet sich ständig in aufliegendem Kontakt mit einem allgemein mit der Kennziffer 200 bezeichneten Kolbenauflageteil. Das Kolbenteil (200) hat eine Aussparung (202), die der Aufnahme des unteren Endabschnitts des Abstandsstabs (194) dient.
Um den Schließdruck einzustellen, wird ein allgemein mit der Kennziffer 204 bezeichnetes längsgerichtetes Innengehäuse, das von außen mit einem Gewinde (206) versehen ist, in den mit einem Innengewinde versehenen Bohrungsabschnitt (208) der Bohrung (142) des Gehäuses (140) geschraubt. Das Innengehäuse (204) weist einen oberen erweiterten Bohrungsabschnitt (210), einen mittleren Bohrungsabschnitt (212) mit kleinem Durchmesser sowie einen unteren Bohrungsabschnitt mit erweitertem Durchmesser (214) auf. Das Kolbenteil (200) wird vom oberen erweiterten Bohrungsabschnitt (210) aufgenommen und liegt bei normalem Betrieb des Führungsventils (34) im Metall-auf-Metall-Kontakt abdichtend auf der spitz zulaufenden Auflagefläche (216) des Innengehäuses (204). Ein mit Außengewinde versehenes Auflageteil (218) wird in den erweiterten Bohrungsabschnitt (210) des Innengehäuses (204) geschraubt und weist ein unteres Ende (220) auf, das eine untere ringförmige Auflagefläche bildet, welche normalerweise einen Abstand D4 zum oberen ringförmigen Ende des Kolbens (200) hat. Das obere Ende des Kolbens (200) ist so gestaltet, daß es beim Erreichen eines bestimmten hohen Flüssigkeitsdrucks in der Einlaßkammer (144) im Metall-auf-Metall-Dichtungskontakt auf der Auflagefläche (220) aufliegt, wie es in Fig. 9 dargestellt ist.
Zur Befestigung der Zuleitung (36) im erweiterten Bohrungsabschnitt (214) des Gehäuses (204) ist ein Metallklemmring (222) um die Zuleitung (36) angebracht. Eine mit Außengewinde versehene Druckmuffe (224) wird in den erweiterten Bohrungsabschnitt (214) gegen den Metallklemmring (222) geschraubt, um so eine dichte Verbindung herzustellen. Eine Stellschraube (226) wird an ihrem inneren Ende von einer ringförmigen Nut (228) in der Druckmuffe (224) aufgenommen, und eine Sicherungsmutter (230) wird angezogen, wenn die Stellschraube (226) eine gewünschte Position innerhalb der Nut (228) erreicht hat, ohne daß jedoch das innere Ende der Stellschraube (226) die Muffe (224) berührt und dabei trotzdem ein Herausrutschen der Muffe (224) verhindert.
Um das Innengehäuse (204) in einer gewünschten Position zu befestigen, wird eine Sicherungsmutter (232) über einen mit Außengewinde versehenen Umfang des Gehäuses (204) festgezogen und bringt dabei eine Metalldichtung (234) in abdichtende Position. Außerdem wird, um ein Entfernen des Gehäuses (204) zu verhindern, eine Stellschraube (236) in eine ringförmige Nut (238) im Gehäuse (204) geschraubt, um das Abnehmen des Gehäuses (204) von der Bohrung (142) zu sperren.
Es wurde bereits erwähnt, daß der Zwischenraum zwischen der Spindel (180) und der feststehenden Führung (170) in Fig. 8 und Fig. 9 mit D5 gekennzeichnet wird. Der Zwischenraum D4, der den Abstand zwischen dem Kolben (200) und der Auflagefläche (218) beschreibt, ist dabei größer als der Zwischenraum D3 zwischen dem oberen Ende (196) des Abstandsstabs (194) und dem Auflageteil (184) der Spindel (180), jedoch kleiner als die Summe aus den Abständen D3 und D5, so daß es nicht zum Kontakt, das heißt zum Aufsetzen der Spindel (180) auf der Führung (170) kommt, wenn das Führungsventil (34) entsprechend der Darstellung in Fig. 9 betätigt wird.
Der Schließdruck wird in Abhängigkeit der Funktion eingestellt, die der Kolben oder das Ventilkolbenelement ausführen soll. Wenn beispielsweise beabsichtigt ist, daß der Kolben eine Modulationsfunktion ausübt, wird der Schließdruck auf Null gesetzt, so daß der Kolben (88) ähnlich einem Rückschlag-Regulatorventil arbeitet. Normalerweise wird ein schnell reagierendes Führungsventil auf einen Schließwert von etwa fünf Prozent (5 %) eingestellt. Wenn der vorgesehene Ansprechdruck erreicht wird, der in erster Linie durch Einstellung der Stellschraube (162) festgelegt wird, öffnet sich das Führungsventil (34), um den Druck in der Kuppelkammer (42) zu senken, wodurch die Belastung auf das äußere Ende des oberen Bereichs des Kolbens (88) reduziert wird, so daß die Federspannung der Feder (110) überwunden und das Hauptventil geöffnet wird. Wenn der voreingestellte Schließdruck erreicht wird, schließt sich das Führungsventil (34), und der Systemdruck wird dann in die Kuppelkammer umgeleitet, wodurch sich der Kolben (88) in eine geschlossene Position bewegt.
Um den Schließdruck bzw. die Schließkraft einzustellen, wird der Zwischenraum oder Abstand D3 verändert, indem das Innengehäuse (204) verstellt wird. Eine Vergrößerung des Abstands D3 hat einen geringeren Schließdruck zur Folge, wohingegen eine Verkleinerung des Abstands D3 zu einem größeren Schließdruck bzw. Schließkraft führt, da der Abstand D4 konstant bleibt. Für eine solche Einstellung wird zunächst die Muffe (224) gelöst, um eine Drehung des Innengehäuses (204) relativ zur Flüssigkeitszuleitung (36) zu ermöglichen. Anschließend wird die Sicherungsmutter (232) gelöst, um ein Verstellen des Gehäuses (204) nach innen oder außen relativ zur Bohrung (132) und zum Gehäuse (140) zu ermöglichen. Wenn die vorgesehene Position des Innengehäuses (204) erreicht ist, in der der Abstand D3 den gewünschten Wert hat, wird die Sicherungsmutter (232) wieder angezogen. Abschließend wird die Muffe (224) wieder befestigt, um die Zuleitung (36) zu sichern.
Während des Betriebs führt ein Ansteigen des Flüssigkeitseinlaßdrucks aus dem Druckbehälter (10) zu einem Anstieg des Flüssigkeitsdrucks in der Flüssigkeitseinlaßkammer (144) des Führungsventils (34), was ein Anheben des Kolbens (200) zur Folge hat, wodurch der Flüssigkeitsdruck am Kolben (200) vorbeigeleitet wird und die Spindel (180) sowie das Auflageteil (184) erstmalig angehoben werden. Eine weitere Bewegung des Kolbens (200) führt zu einer Bewegung des Abstandsstabs (194), der Kontakt zum Auflageteil (184) hat und das Auflageteil (184) solange in angehobener Position hält, wie der Kolben (200) entsprechend der Darstellung in Fig. 9 auf der Auflagefläche (220) aufliegt, wodurch eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Auslaßflüssigkeitskammer (146) und der Flüssigkeitszwischenkammer (148) entsteht, um den Flüssigkeitsdruck in der Kuppelkammer (42) zu senken. Der Flüssigkeitsdruck in der Ventilkammer (48) wirkt gegen den ringförmigen Bereich des Kolbens (88), der sich zwischen dem durch Durchmesser D1 für den Kolben (88) definierten Bereich und dem durch Durchmesser D für die feste Auflagefläche (54) definierten Bereich bildet, und hebt den Kolben (88) an. Der Einlaßflüssigkeitsdruck wirkt dann gegen die gesamte Oberfläche des Kolbens (88) und bewegt den Kolben (88) mit großer Kraft und Geschwindigkeit in die geöffnete Position. Die äußere Bewegung des Kolbens (88) in die in Fig. 3 dargestellte geöffnete Position führt zu einer dosierten Flüssigkeitsabgabe aus der Kammer (120) zwischen der Federungsbuchse (106) und der Innenfläche mit vergrößertem Durchmesser (112), wodurch die Bewegung des Kolbens (88) in seine vollständig geöffnete Position abgefedert wird.
Bei einem folgenden Absinken des Flüssigkeitsdrucks im Einlaßflußdurchgang (45) auf einen festgelegten Wert wird der Flüssigkeitsdruck in der Einlaßkammer (144) reduziert, und die Feder (158) im Führungsventil (34) läßt die Spindel (180) wieder auf die Düse (172) aufsitzen, wodurch die Flüssigkeitsverbindung zwischen der Flüssigkeitszwischenkammer (148) und der Flüssigkeitsauslaßkammer (146) unterbrochen wird. Gleichzeitig steht die Flüssigkeitszwischenkammer (148) in Flüssigkeitsverbindung mit der Flüssigkeitseinlaßkammer (144), während sich der Kolben (200) in die aufliegende Position bewegt, was zu einem Anstieg des Flüssigkeitsdrucks in der Kuppelleitung (40) und der Kuppelkammer (42) führt. Der Schließdruck in der Kuppelkammer (42) bewirkt gemeinsam mit der Vorspannung der Feder (110) eine Bewegung des Kolbens (88) in eine in Fig. 2 dargestellte aufliegende Position. Die Bewegung des Kolbens (88) in die aufliegende, geschlossene Position wird durch dosierte Abgabe von Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsdosierkammer (122) abgefedert, wobei die Flüssigkeit am Metallring mit kleinem Durchmesser (90) durchsickert und somit die Aufschlagwirkung gegen die Auflagefläche (54) mindert.
Ein entscheidender Vorteil der beschriebenen Ausführungsform ergibt sich aus der Tatsache, daß die Gehäusekammer (48) des Hauptsicherheitsventil (16) normalerweise dem Einlaßflüssigkeitsdruck aus dem Druckbehälter ausgesetzt ist und nicht dem Auslaßflüssigkeitsdruck, wie das bei bisherigen Systemen der Fall war. Das führt dazu, daß ein möglicher Flüssigkeitsaustritt aus der Kuppelkammer (42) des Hauptsicherheitsventils im Bereich der Metalldichtungen auf dem Kolben (88) in die Ventilhaupty-kammer (48) nicht zu einer Beeinträchtigung der Funktion des Sicherheitssystems - einschließlich des dessen Funktion steuernden Führungsventils (34) - kommt. Die Flüssigkeitszwischenkammer (148) des Führungsventils (34) steht in Flüssigkeitsverbindung mit der Kuppelkammer (42), und ein mögliches Eindringen von Flüssigkeit aus der Kuppelkammer in die Ventilhauptkammer hätte keine negativen Auswirkungen auf die Funktionsweise des Führungsventils. Dieser Tatsache kommt insbesondere bei Hochtemperaturventilen eine große Bedeutung zu, bei denen Metall- oder metallähnliche Dichtungen verwendet werden, da es oft schwierig ist, mit Metalldichtungen eine flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung zu erreichen.
Ein weiterer Vorteil des vorgestellten Systems besteht darin, daß das bewegliche Ventilkolbenelement (88) des Hauptsicherheitsventils sowohl während seiner Bewegung aus einer aufliegenden, geschlossenen Position in eine geöffnete Position, als auch während der Rückkehrbewegung in die aufliegende, geschlossene Position abgefedert ist. Das bewirkt, daß die vom Ventilelement gegen das Ventilgehäuse wirkenden Aufschlag- und Stoßeffekte minimiert werden.
In Fig. 10 wird ein modifiziertes Düsenelement (54A) gezeigt, das nach der Entfernung der Abdeckung (28A) durch die Hauptventilkammer (48A) und das Gehäuse (26A) im Auslaßflußdurchgang (47A) positioniert werden kann. Der Flansch (60A) des Düsenelements (54A) wird unmittelbar angrenzend an den ringförmigen Absatz (52A) des Gehäuses (26A) positioniert. Ein Sprengring (240) liegt rund um das Düsenelement (54A), der Außenabschnitt des Sprengrings (240) wird von einer ringförmigen Rinne (242) des Gehäuses (26A) aufgenommen. Ein Drahtteil mit geringem Durchmesser (243) wird neben dem Sprengring (240) in die Rinne (242) eingelegt. Die Sicherungsschrauben (26A) verlaufen durch die Gewindeöffnungen im Sprengring (240) und drücken beim Anziehen den Sprengring (240) gegen das Drahtteil (243), wobei dessen innere Enden in den Flansch (60A) greifen, um das Düsenelement (54A) gegen den Absatz (52A) zu pressen. Eine Hochtemperaturdichtung (64A) sorgt für eine Dichtung zwischen dem Flansch (60A) und dem Gehäuse (26A). Die sonstigen Bauteile des Sicherheitsventils (16A) sind mit denen der in Fig. 1 bis Fig. 9 gezeigten Ausführungsform identisch.

Claims

1. Hochtemperatur-Sicherheitsventil (16) bestehend aus:

einem Ventilgehäuse (26, 26A), welches eine Ventilhauptkammer (48, 48A) bildet und einen Einlaßflußdurchgang (45) sowie einen Auslaßflußdurchgang (47, 47A) aufweist, wobei die Durchgänge (45 und 47, 47A) rechtwinklig zueinander angeordnet sind und mit der Ventilhauptkammer (48) in Verbindung stehen;

einem Ventilkolbenelement (88), das entlang der Längsachse des Auslaßflußdurchgangs (47, 47A) und im rechten Winkel zur Längsachse des Einlaßflußdurchgangs (45) wechselseitig beweglich in der besagten Ventilhauptkammer (48) befestigt ist;

einer Buchse (78), die innerhalb der besagten Ventilhauptkammer (48) fest installiert ist und das darin befindliche Ventilkolbenelement (88) zur Gewährleistung dessen wechselseitiger Bewegungen aufnimmt;

einer Hochtemperaturdichtung (92), die zwischen dem besagten Ventilkolbenelement (88) und der besagten Buchse (78) montiert ist;

einem im Auslaßflußdurchgang (47, 47A) befindlichen Düsenelement (56, 54A), das eine ringförmige Auflagefläche (59) bildet, auf der das innere Ende (104) des besagten Ventilkolbenelements (88) in geschlossener Position aufliegt, um den Flüssigkeitsfluß zwischen besagtem Einlaßflußdurchgang (45) und besagtem Auslaßflußdurchgang (47, 47A) zu blockieren, wobei der ringförmige Abschnitt des Ventilkolbenelements (88), der sich rings um die Außenfläche der ringförmigen Auflagefläche (59) befindet, in geschlossener Position des Ventilkolbenelements (88) dem Flüssigkeitseinlaßdruck in der Ventilhauptkammer (48, 48A) ausgesetzt ist;

einer Kuppelkammer (42) im Ventilgehäuse (26, 26A), die durch das hohle Ventilkolbenelement (58) gebildet wird;

einer zur Kuppelkammer (42) gehörenden Flüssigkeitsfederungseinrichtung, durch welche das Ventilkolbenelement (88) bei seinen Rückbewegungen zur auf besagtem Düsenelement (56, 54A) aufliegenden Position durch Flüssigkeit abgefedert wird, nachdem es bei einem vorher festgelegten hohen Flüssigkeitsdruck geöffnet war.

2. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, wobei die besagte Flüssigkeitsfederungseinrichtung eine Flüssigkeitsdosierkammer (122) mit einer Einrichtung zur Einschränkung des Flüssigkeitsflusses aufweist, durch welche die Flüssigkeit aus besagter Flüssigkeitskammer (122) dosiert wird, die während der Rückbewegung des Ventilkolbenelements (88) unter Druck abgesondert wird, wodurch sich der besagte Effekt der Flüssigkeitsfederung ergibt.

3. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 2, wobei die besagte Einrichtung zur Einschränkung des Flüssigkeitsflusses eine zweite Dichtung (90) aufweist, die sich in Längsrichtung von besagter erster Hochtemperaturdichtung (92) befindet und angrenzend an die erwähnte Ventilkammer (48) zwischen besagtem Ventilkolbenelement (88) und besagter äußeren Buchse (78) installiert ist, wobei die besagte Flüssigkeitsdosierkammer (122) zwischen den besagten, mit Abstand zueinander angeordneten Dichtungen (90, 92) gebildet wird, und die besagte zweite Dichtung (90) die Funktion der erwähnten Einrichtung zur Einschränkung des Flüssigkeitsflusses übernimmt und ein Austreten von Flüssigkeit aus der besagten Dosierkammer (122) bei der Rückbewegung des Ventilkolbenelements (88) ermöglicht.

4. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 2, dessen weiterer Bestandteil eine zusätzliche Flüssigkeitsfederungseinrichtung für die Kuppelkammer (42) und das Ventilkolbenelement (88) zur Flüssigkeitsfederung des Ventilkolbenelements (88) bei dessen Bewegung aus der auf besagtem Düsenelement (56) aufliegenden Position in die geöffnete Position ist, wobei die besagte zusätzliche Flüssigkeitsfederungseinrichtung eine neben dem äußeren Ende des besagten Ventilkolbenelements (88) angeordnete, getrennte Flüssigkeitsdosierkammer (120) aufweist, und die darin befindliche Flüssigkeit bei der Bewegung des Ventilkolbenelements (88) in die geöffnete Position unter Druck gesetzt wird.

5. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 4, das außerdem folgenden Bestandteil aufweist:

eine zusätzliche Einrichtung zur Einschränkung des Flüssigkeitsflusses (118) für die besagte getrennte Flüssigkeitsdosierkammer (120) zur Einschränkung des Flusses der aus besagter getrennter Flüssigkeitsdosierkammer (120) unter Druck abgegebenen Flüssigkeit, wodurch die Öffnungsbewegung des Ventilkolbenelements (88) abgefedert wird.

6. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, wobei das besagte Ventilkolbenelement (58) einen äußeren Endabschnitt (113) mit vergrößertem Durchmesser aufweist und besagte Buchse (78) einen Innenbohrungsabschnitt (84) mit vergrößertem Durchmesser aufweist, der besagten Abschnitt (113) mit vergrößertem Durchmesser des Ventilkolbenelements (88) aufnimmt.

7. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, bei dem die Bewegung des besagten Ventilkolbenelements (88) in eine im Verhältnis zur besagten Buchse (78) vollständig geöffnete Position zur Bildung einer Dosierkammer (122) im ringförmigen Zwischenraum führt, der durch den Innenbohrungsabschnitt mit vergrößertem Durchmesser (84) der Buchse (78) definiert wird, wobei bei der Rückbewegung des Ventilkolbenelements (88) in eine aufliegende Position durch die Federungskammer (122) Flüssigkeit hinter die Dichtung (90) neben der Ventilkammer (48) dosiert wird, wodurch diese Bewegung abgefedert wird.

8. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, das darüber hinaus folgenden Bestandteil aufweist:

eine Endabdeckung (28), die am Ventilgehäuse (26) befestigt ist, um einen Zugang zur Ventilkammer (48) zu schaffen, und die das äußere Ende der Kuppelkammer (42) definiert.

9. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, wobei die besagte Flüssigkeitsfederungseinrichtung eine innere Federungsbuchse (106) aufweist, die in der Kuppelkammer (42) konzentrisch zur erwähnten äußeren Buchse (78) befestigt ist und zur Aufnahme des Ventilkolbenelements (88) dient und somit gleichzeitig eine Flüssigkeitsdosierkammer (122) zwischen den beiden Buchsen (78, 106) neben dem äußeren Ende des Ventilkolbenelements sowie eine Vorrichtung zur Einschränkung des Flüssigkeitsflusses (118) für die besagte Flüssigkeitsdosierkammer (120) bildet, wodurch ein Dosieren der unter Druck aus besagter Dosierkammer (120) abgegebenen Flüssigkeit ermöglicht wird, wenn sich das Ventilkolbenelement (88) aus der geschlossenen in die geöffnete Position bewegt, wobei der Flüssigkeitsfluß von besagter Dosierkammer (120) durch besagte Einrichtung zur Einschränkung des Flüssigkeitsflusses (118) so eingeschränkt wird, daß die nach außen gerichtete Bewegung des Ventilkolbenelements (88) abgefedert wird.

10. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 9, wobei die besagte Einrichtung zur Einschränkung des Flüssigkeitsflusses zwischen dem Innenumfang des besagten Ventilkolbenelements (88) und dem Außenumfang der besagten inneren Buchse (106) gebildet wird und die Einrichtung zur Einschränkung des Flüssigkeitsflusses eine Dosierungsöffnung (114) aufweist, deren Größe während der Öffnungsbewegung des Ventilkolbenelements allmählich verringert wird.

11. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, die außerdem eine Einrichtung (96) aufweist, die ein inneres Ende (104) des besagten Ventilkolbenelements (88) in eine aufliegende, geschlossene Position auf besagter Auflagefläche (59) zwingt, um den Flüssigkeitsfluß zwischen dem Einlaßflußdurchgang (45) und dem Auslaßflußdurchgang (47) beim normalen Betrieb zu blockieren, wobei das innere aufliegende Ende (104) des besagten Ventilkolbenelements (88) in einer geschlossenen Position zur Auslaßöffnung (58) zeigt und einen Durchmesser hat, der größer als der Durchmesser der Auslaßöffnung (58) ist, wodurch ein äußerer ringförmiger Bereich rings um die Außenseite der ringförmigen Auflagefläche (59) entsteht, der in einer geschlossenen Position dem Flüssigkeitsdruck vom Einlaßflußdurchgang (45) innerhalb der Ventilhauptkammer (48) ausgesetzt ist.

12. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 11, das außerdem folgenden Bestandteil aufweist:

einen Federmechanismus (110), durch den das besagte Ventilkolbenelement (88) in eine aufliegende geschlossene Position auf der Ventilauflagefläche (59) gezwungen wird.

13. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 11, bei dem die wirksame Flüssigkeitsdruckfläche des besagten Ventilkolbenelements (88), welche dem Flüssigkeitsdruck aus der besagten Kuppelkammer (42) ausgesetzt ist, etwa zweimal so groß ist wie die wirksame Flüssigkeitsdruckfläche des dem Auslaßdruck aus dem Auslaßflußdurchgang (47) ausgesetzten inneren Endes (104) des Ventilkolbenelements (88), wenn dieses Ventilkolbenelement (88) sich in aufliegender, geschlossener Position befindet.

14. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, bei dem es sich bei besagter Buchse (78) um eine zylindrische Buchse mit einem Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser (84) handelt, der sich unmittelbar neben dem äußeren Ende des besagten Ventilkolbenelements (88) befindet und einen Abschnitt mit entsprechend erweitertem Durchmesser (113) des besagten Ventilkolbenelements (88) aufnimmt, wodurch der besagte Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser (84) der besagten zylindrischen Buchse (78) eine Flüssigkeitsfederungskammer (122) bildet, wenn sich das Ventilkolbenelement (88) in der geöffneten Position befindet.

15. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 14, das außerdem folgenden Bestandteil aufweist:

einen dehnbaren Kolbenring (90), der auf besagtem Kolben (88) sitzt und eine Hochtemperaturdichtung (92), die auf dem Abschnitt des Ventilkolbenelements mit erweitertem Durchmesser (113) sitzt.

16. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, wobei besagtes Ventilkolbenelement (88) an seinem inneren Ende eine zentrale Aussparung (94) aufweist und diese Aussparung (94) einen von besagtem Ventilkolbenelement (88) gehaltenen, separaten Ventilsitz (98) aufnimmt.

17. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 16, wobei besagter Ventilsitz (98) ein kugelförmiges Kopfteil (100) aufweist, das von einer Aussparung (96) des Kolbenkörpers mit dazu passender Kugelform aufgenommen wird und so ausgelegt ist, daß es im Verhältnis zum besagten Kolbenkörper schwenken kann, damit ein festes Aufliegen auf besagtem Düsenelement (56) gewährleistet ist.

18. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, wobei besagtes Düsenelement (56, 54A) einen sich ringsum nach außen erstreckenden Flansch (60A) aufweist und das besagte Ventilgehäuse (26) einen sich nach innen erstreckenden, axial ausgerichteten Flansch (52A) in aufeinanderstoßender Anordnung aufweist.

19. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 18, wobei besagtes Gehäuse (26) neben den beiden Flanschen (52A, 60A) eine innere ringförmige Nut (242) seitlich von besagtem Düsenelement (56) aufweist; ein Sprengring (240) auf dem Düsenelement (56) sitzt, der einen äußeren Randabschnitt hat, welcher in die besagte ringförmige Nut (242) greift; der Sprengring (240) eine Anzahl von mit Innengewinde versehenen Öffnungen aufweist; mit Außengewinden versehene Sicherungsbolzen (62A) so in die besagten Öffnungen geschraubt werden, daß deren innere Enden auf den besagten Flansch (60A) des Düsenelements aufstoßen und die besagten Bolzen (62A) bei ihrer Befestigung den besagten Ring (240) gegen die angrenzenden Flächen der Nut (242) pressen und die Flansche (52A, 60A) fest auf das erwähnte Gehäuse (26) pressen, so daß eine sichere Befestigung des Düsenelements (56) gewährleistet ist.

20. Hochtemperatur-Sicherheitsventil nach Anspruch 1, wobei besagtes Ventilgehäuse (26) einen sich nach innen erstreckenden Flansch (50) innerhalb des erwähnten Auslaßflußdurchgangs (47) aufweist und besagtes Düsenelement (56) einen achsengleich angeordneten, sich nach außen erstreckenden Flansch (60) aufweist; dabei verlaufen Sicherungsbolzen (62) durch die sich gegenüberstehenden Öffnungen der besagten Flansche (50, 60), mit denen die beiden Flansche (50, 60) so zusammengezogen werden, daß diese aufeinanderstoßen und das Düsenelement (56) dicht abschließend mit dem Flansch (50) des besagten Ventilgehäuses (26) verbunden wird.

21. Hochtemperatur-Sicherheitsventilsystem, das aus einem Hochtemperatur- Sicherheitsventil nach allen vorangegangenen Ansprüchen sowie aus einem nicht durchströmten Führungsventil (34) besteht, das über eine Flüssigkeitsverbindung zur Kuppelkammer (42) des besagten Sicherheitsventils (16) den Betrieb des besagten Sicherheitsventils (16) steuert.

22. Hochtemperatur-Sicherheitsventilsystem nach Anspruch 21, wobei das nicht durchströmte Führungsventil (34) eine Einlaßkammer (144), eine Auslaßflüssigkeitskammer (146), eine mittlere Flüssigkeitskammer (148) mit Flüssigkeitsverbindung zur Kuppelkammer (42) des besagten Sicherheitsventils (16) sowie ein wechselseitiges Ventilelement (200) in der mittleren Kammer (148) aufweist, das in Bezug zur erwähnten Auslaßkammer zwischen einer geöffneten und geschlossenen Position beweglich ist.

23. Hochtemperatur-Sicherheitsventilsystem nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, wobei das nicht durchströmte Führungsventil (34) aus einem Ventilgehäuse (140) mit einer Zentralbohrung (142) sowie einem Innengehäuse (204) aufgebaut ist, wobei letzteres in die erwähnte Zentralbohrung (142) eingeschraubt wird.

24. Hochtemperatur-Sicherheitsventilsystem nach Anspruch 23, wobei das Führungsventil (34) außerdem Einstellungseinrichtungen (224) zur genauen Einstellung des genannten Innengehäuses (204) im Verhältnis zum besagten Ventilgehäuse aufweist, wodurch der Schließdruck für die besagte Kuppelkammer (42) festgelegt werden kann.

25. Hochtemperatur-Sicherheitsventilsystem nach Anspruch 23, wobei das Führungsventil (34) eine Flüssigkeitszuleitung (36) zur besagten Flüssigkeitseinlaßkammer (144) besitzt, und die Flüssigkeitszuleitung (36) im äußeren Ende des Innengehäuses (204) ankommt.

26. Hochtemperatur-Sicherheitsventilsystem nach Anspruch 21, wobei das nicht durchströmte Führungsventil (34) folgende Bauteile aufweist:

ein langgestrecktes Ventilgehäuse (140) mit einer durchgehenden Zentralbohrung (142), wodurch an einem Ende der Bohrung (142) eine Einlaßflüssigkeitskammer (144), am anderen Ende der Bohrung (142) eine Auslaßflüssigkeitskammer (146) und eine mittlere Flüssigkeitskammer (148) zwischen der Einlaß- und der Auslaßflüssigkeitskammer gebildet werden, wovon die mittlere Kammer (148) eine Flüssigkeitsverbindung zur Kuppelkammer (42) des Hauptsteuerungsventils (16) dieses Sicherheitsventilsystems hat;

ein in einem Ende der Zentralbohrung (142) des besagten Ventilgehäuses befestigtes Innengehäuse (204) mit einer durchgehenden Zentralbohrung (208), wodurch die besagte Einlaßflüssigkeitskammer (144) gebildet wird;

eine Flüssigkeitszuleitung (36), die sich axial in der erwähnten Zentralbohrung (208) ausgehend von deren äußerem Ende erstreckt; sowie

Einstellungseinrichtungen (224) zur lösbaren Befestigung des erwähnten Innengehäuses (204) mit der besagten Zentralbohrung (142) des genannten Ventilgehäuses (140).

27. Hochtemperatur-Sicherheitsventilsystem nach Anspruch 26, wobei das Führungsventil (34) des weiteren aus folgenden Bauteilen besteht:

Ventileinrichtung (200) innerhalb der Zentralbohrung (142) zwischen der besagten mittleren Flüssigkeitskammer (148) und der besagten Auslaßflüssigkeitskammer (146) zur Blockierung des Flüssigkeitsflusses bei normalen Betriebsbedingungen des Führungsventils (34), wobei die besagte Ventileinrichtung (200) einen Flüssigkeitsfluß zwischen der erwähnten mittleren Flüssigkeitskammer (148) und der erwähnten Auslaßflüssigkeitskammer (146) zuläßt, sobald ein vorher eingestellter hoher Flüssigkeitsdruck in besagter Einlaßflüssigkeitskammer (144) erreicht ist.