JP3645570B2 - 閉空間と周囲大気との間の圧力平衡用圧力リリーフ弁 - Google Patents

Description

本発明は、閉空間と周囲大気との間の圧力平衡用圧力リリーフ弁に関する。このような圧力リリーフ弁の特に重要な使用分野は石油製品及び化学製品用のタンカーであり、以下の説明及び記載では、この使用分野が出発点として取り上げられるが、同じ原理が他の使用分野、たとえば、液体石油製品或いは化学製品用の定置貯蔵タンク或いは走行輸送タンクに等しく適用できることが理解されよう。
たとえば、m³/hで計量される、単位時間当たり或る一定容量の製品をタンクに積み込む際、タンク内の圧力が予め設定した閉鎖圧力以上に上昇したときに圧力リリーフ弁は開き、その後、もしある場合にはタンク内の液面からの蒸発の追加で、単位時間当たり積み込まれる製品の量に対応して、特定の量のガスが単位時間当たり吹出されることになっている。単位時間当たりの吹出し量は弁の流れ抵抗で、それによって、弁の持ち上げ高さで、そして、タンク内の圧力で決まる。タンク内の圧力が或る安全限度を超えることなしに得られる、蒸発の追加を差し引いた、単位時間当たりの最大吹出し量は、「圧力リリーフ弁の容量」と称され、かくして、これは単位時間当たりの最大許容積込み量の尺度（たとえば、m³/h）である。
単位時間当たり積み込まれる製品の体積量は「積込み流量」（たとえば、m³/h）と称され、単位時間当たり吹出されるガスの体積量は「吹出し流量」（同様に、たとえば、m³/h）と称される。吹出し流量は、たとえば、m/secで測定される、ガスを弁開口部から吹出す線速度を意味する吹出し速度と混同されるべきではない。
特に、本発明は、上方に面する実質的に円錐形の弁座を形成した吹出し開口部を頂部に備えた弁ハウジングと、下側に衝突するガス流れを上向きの噴流に集中させるのに適した滴形本体と、弁体を構成する前記滴形本体の円い表面の下方に面した部分に形成されている、前記弁座に接して閉鎖するための実質的に円錐形の弁面と、前記滴形本体と連結されかつハウジング内の下方レベルに位置し、前記弁座の内径より大きい外径を有する昇降ディスクと、弁の全開位置を定める停止手段とを備え、昇降ディスクは弁の閉鎖位置で自由通路スロットによって取り囲まれている、圧力リリーフ弁に関する。
このような圧力リリーフ弁は国際公開番号第WO90/10168号として1990年９月７日に発行された国際特許出願第PCT/DK90/00050号に開示されかつ請求されている。
説明されている構成により、持ち上げ圧力は開放の開始で弁座内の滴形部材の下側の小さい方の面積から昇降ディスクの大きい方の面積に転換され、それによって、より高い持ち上げ速度が得られる。
国際公開第WO90/10168号に開示されている実施の形態では、弁ハウジングは滴形本体及び昇降ディスクが持ち上げられるときに昇降ディスクのまわりの自由通路の面積を増大させるような内部形態を有し、それによって又、増大する吹出し量では、弁がその全開状態に近づくまで、可能であろうよりも低い圧力が得られる。
しかしながら、ある状況では、積込まれるべき製品のタイプと積込みステーションの設備及び実施に応じて、特に、比較的低い積込み流量、これに対応して、積込まれるタンクからの低い流出流量で、滴形弁体及び昇降ディスクからなる流量制御要素が、たとえば、乱流即ち流れの不均一な分布によって引き起こされるガス流量の変動を受ける状況が起こることがわかっている。その結果生じる流量制御要素の振動運動は流量に作用し、それによって、相互増幅効果を開始し、この相互増幅効果により、弁を全開位置と閉鎖位置との間で行ったり来たり動揺させる。それによって、弁は金属対金属の急な連続の激しい衝突を受け、これは、それ自体、機械的な理由のために望ましくなく、そのうえ、激しい騒音を生じさせ、この騒音は反響物としてタンク壁によっていっそう増幅される。
本発明の目的は、この欠点を除くこと或いは減ずることにあり、本発明によれば、これは、滴形本体及び昇降ディスクが閉鎖位置から全開位置まで持ち上げられるときに、昇降ディスクのまわりの自由通路の面積を減少させるような内部形態を有する弁ハウジングを与えることによって達成される。
この構成によって、開放圧力に達する際、弁の高い開放速度が維持されるが、いったん弁が開かれると、吹出し制御要素に作用する吹出し圧力は広範囲にわたって吹出し流量に依存することがなく、従って、ガス流量の変動に鈍感であり、その結果、全開位置と閉鎖位置との間で行ったり来たりする弁の動揺を回避することができ、或いは、これを少なくとも和らげて、衰えさせる。
今、本発明を添付図面を参照してもっと詳細に説明する。
図１は、閉鎖位置で図示する本発明の実施の形態による圧力リリーフ弁を側面図及び部分断面図で示す。
図２は、弁のその全開位置で示す図１に対応する図である。
図３は、図４は、本発明により構成された圧力リリーフ弁の試作品について決定された、単位時間当たりの体積吹出し量に対して記入された、タンク圧力、吹出し速度をそれぞれ表すグラフである。
図面において、１は垂直に向けられた弁ハウジングであり、該弁ハウジングはその下端にフランジ２を有し、該フランジ２は下端にフランジ５が構成された管状ソケット４のフランジ３にボルト止めされ、このフランジ５は石油タンクの圧力リリーフ出口に或いは１以上のタンク区画に連結された圧力リリーフ管の上端にボルト止めされる。図示した実施の形態では、ソケット４は真空リリーフ弁７を連結した横向き開口部６を有する。この弁が本発明の一部を形成しないので、弁を詳細に説明しない。
弁ハウジングはその下端に円筒壁部分８を有し、上向き方向に、円筒壁部分８に続いて、先細の壁部分９、その後、円筒壁部分10がある。弁ハウジングはその頂部が吹出し開口部11で終わる。
マウスリング12が吹出し開口部11に取付けられ、円錐弁座13がマウスリング12の内側に形成されている。滴形本体14が吹出し開口部11に配置され、円錐弁面15が滴形本体14の下側に形成され、この円錐弁面15は弁の閉鎖状態で弁座13に密封係合する。密封性を改善するために、前記国際公開第WO90/10168号に開示されているように、滴形本体14の下側に係合する環状の弾性ガスケットをマウスリングの下側に配置するのがよい。
ステム18が滴形本体に連結されかつハウジングを下方に貫通し、ステム18はハウジング内で弁ハウジングの上部ステムガイド19及びソケット４の下部ステムガイド20によって案内される。ステム18は昇降ディスク21を支持し、この昇降ディスク21は弁の閉鎖位置で円筒壁部分８の内部に位置しかつ円筒壁部分８の直径よりわずかに小さい直径を有し、その結果、自由通路スロット22が昇降ディスクのまわりに形成される。ステム18の下端には、弁の点検持ち上げの際に使用される揺動レバー24が取付けられている。
ステム18は上部ステムガイド19と昇降ディスク21との間に重り23を支持する。かくして、滴形本体14と、ステム18と、重り23と、昇降ディスク21とを備える、ここでは流出制御用部材と称される構造は、この構造の全部品の全重量と等しい下向きの閉鎖力を受ける。前記国際公開第WO90/10168号に開示されているように、重り23に圧縮ばねを補足してもよいし、あるいは、重り23を圧縮ばねで置き換えてもよい。
そこで、もし、大気圧を超える圧力がタンクの中に生じるならば、スロット22からの漏れにより、この圧力は昇降ディスク21の上の空間に伝播し、従って、昇降ディスク21は上下から同じ圧力を受ける。従って、滴形本体の下側に加わる過剰圧力の作用だけによって持ち上げ力を生じさせる。この持ち上げ力は、過剰圧力に弁座の内側の吹出し開口部の横断面積を掛けたものと等しい。
持ち上げ力が前述した閉鎖力以上に上昇するとき、弁は開かれる。吹出しが弁の開口部で始まるとき、昇降ディスクの上側に加わる圧力は下がり、持ち上げ力の正味の値はタンクの圧力に昇降ディスクの面積を掛けたものと等しくなる。この昇降ディスクの面積は吹出し開口部の面積より大きいから、持ち上げ力を増加させ、それによって、持ち上げ速度を増大させる。
かくして、昇降ディスクが持ち上げられるとき、弁の流れ抵抗を制御する、昇降ディスクのまわりの通路の面積は、壁部分９の先細りのために減少する。
昇降ディスクのまわりの通路面積は弁の流れ抵抗を決定し、それによって、所定の吹出し流量について弁の前後の圧力降下を決定するから、図３に示すように、一定の関係がタンクの圧力と吹出し流量との間に存在し、タンクの圧力は大気圧に弁の前後の圧力降下を加えたものと等しく、この弁全域の圧力降下は、事実上、昇降ディスクのまわりの通路面積内の圧力降下と同じである。
吹出しガスの速度は吹出し量及び昇降ディスクのまわりの通路面積によって決定され、従って又、図４に図示するように、決定することができる。
図３は、ゼロから或る境界値まで変化する吹出し流量では、圧力は平らな曲線に沿って、先ず上向きに、次に閉鎖圧力値まで変化することを図示する。境界値を超えるとき、圧力は、点線で示す図の部分によって指示するように、もし、弁が最初から完全に開いていたとしたならば圧力がとるであろう値と同じ値まで突然降下する。吹出し流量の連続した増大で、弁は全開のままであり、タンクの圧力はさらに増大し、タンクの圧力が値P_maxをとるとき、吹出し流量は最大許容値に達していて、この最大許容値は「圧力リリーフ弁の容量」と称される。もし、タンクの積込み中、積込み流量は、あるとすれば蒸発を差し引いて、圧力リリーフ弁の容量以下に保たれ、タンクは実質的な安全限界内で爆発から護られる。
吹出し流量の前記境界値は吹出し流量の利用できる範囲を、タンク圧力に及ぼす吹出し流量の影響、それによって、弁に作用する持ち上げ力に及ぼす吹出し流量の影響が非常に小さい低い方の範囲と、圧力リリーフ弁が常にその全開位置にある高い方の範囲とに分ける。
どちらの範囲でも、全開位置と閉鎖位置との間を行ったり来たりする弁の動揺の危険が、ガス流量の付随的な変動の結果、事実上除去される。
図４に図示するように、ガスの弁からの吹出し速度は、非常に低い吹出し流量で非常に高いので、この吹出し速度を図示することはできない。吹出し流量の増大で、吹出し速度は吹出し流量の境界値で、或いは境界値のあたりで最小値まで減少する。寸法決めはこの最小値が高い速度値、たとえば、30m/secについて規定された最小値V_minより十分に上にあるべきである。

Claims (1)

1. 閉空間と周囲大気との間の圧力平衡用の圧力リリーフ弁であって、上方に面する実質的に円錐形の弁座（13）を形成した吹出し開口部（11）を頂部に備えた弁ハウジング（１）と、下側に衝突するガス流れを上向きの噴流に集中させるのに適した滴形本体（14）と、弁体を構成する前記滴形本体（14）の円い表面の下方に面した部分に形成されている、前記弁座（13）に接して閉鎖するための実質的に円錐形の弁面（15）と、前記滴形本体（14）と連結されかつハウジング（１）内の低いレベルに位置し、前記弁座（13）の内径より大きい外径を有する昇降ディスク（21）と、弁の全開位置を定める停止手段とを備え、前記昇降ディスク（21）は、弁の閉鎖位置で自由通路スロット（22）によって取り囲まれている圧力リリーフ弁において、前記滴形本体（14）及び前記昇降ディスク（21）が全閉位置から全開位置まで持ち上げられるときに、前記昇降ディスク（21）のまわりの自由通路の面積が、開いたままで、全閉位置における自由通路の面積より小さい自由通路の面積に減少するような内部形態（８、９、10）を、前記弁ハウジング（１）が有している、ことを特徴とする圧力リリーフ弁。

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