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    • 专利摘要:

    公开号:WO1987003352A1
    申请号:PCT/DE1986/000474
    申请日:1986-11-21
    公开日:1987-06-04
    发明作者:Manfred Schmitt；Emil Zitzelsberger
    申请人:Bopp & Reuther Gmbh；
    IPC主号:F16K17-00
    专利说明:
    [0001] Federbelastetes Sicherheitsventil für Gase und Dämpfe
    [0002] Die Erfindung bezieht sich auf ein federbelastetes Sicherhei ventil für Gase und Dämpfe, dessen sich auf den Ventilsitz aufsetzender Ventilteller einen als Hubhilfe wirkenden, den Querschnitt des Ventilsitzes nach außen übergreifenden, inne kegelförmigen Umlenkkragen trägt.
    [0003] Zweck derartiger Hubhilfen ist einerseits, die in Ventilöff¬ nungsrichtung wirkenden Kräfte durch die Umlenkung am Teller rand zu vergrößern, damit die mit dem Öffnungshub zunehmende Ventilfederkraft überwunden werden kann. Andererseits soll d Kraftzunahme pro Hubeinheit möglichst konstant sein, das hei das Sicherheitsventil soll eine möglichst gerade Kraft-Hub- Kennlinie aufweisen, damit sowohl die Öffnungsdruckdifferenz als auch die Schließdruckdifferenz möglichst klein sind.
    [0004] Aus dem DE-GM 1 965 020 ist ein federbelastetes Sicherheits- ventil bekannt, bei dem der am erweiterten Ventiltellerrand vorgesehene Umlenkkragen als durchgehender Innenkegel ausge¬ bildet ist. Beim Öffnen dieses Sicherheitsventils befindet sich der untere Teil des Umlenkkegels noch weit unterhalb de Ventilsitzes, so daß das ausströmende Medium an der kegelför igen Strömungsleitfläche des Umlenkkragens entgegen der Zu¬ strömrichtung relativ stark nach unten umgelenkt wird. Mit zunehmendem Hub bewegt sich der Umlenkkegel mit dem Ventil¬ teller weiter in Ventilöffnungsrichtung, wodurch die Einwir¬ kung der schräg verlaufenden Strömungsleitfläche des U lenk- kragen auf das ausströmende Medium schwächer wird. Dabei ver ringert sich die Kraftzunahme pro Hubeinheit und die Kraft- Hub-Kennlinie verflacht. Außerdem wurde erkannt, daß bei die konischen Strömungsleitfläche am Umlenkkragen die Kraft-Hub- Kennlinie etwa im ersten Drittel des Hubes einen in Richtung Kraftminderung wirkenden Einbruch aufweist. Durch die Ab¬ flachung und durch diesen Einbruch der Kraft-Hub-Kennlinie ergibt sich eine große Arbeitsdruckdifferenz, die gleichbe¬ deutend ist mit der Summe aus Öffnungs- und Schließdruck¬ differenz.
    [0005] Aus der US-PS 2 597 057 ist außerdem bekannt geworden, den Ven- tilteller in einem feststehenden Umlenkzylinder zu führen und am Ventilsitz einen Gewindeeinstellring anzuordnen. Durch die feststehende Unterkante des Umlenkzylinders bleibt zwar der Grad der Umlenkung des ausströmenden Mediums bis zur vollen Ventilöffnungsstellung annähernd erhalten, jedoch ist diese Ventilteller-Gleitführung im Umlenkzylinder relativ aufwendig und birgt die besondere Gefahr, daß sich Schmutzteilchen im Führungsspalt einklemmen, wodurch die Sicherheitsfunktion in Frage gestellt wird. Durch den Einstellring am Ventilsitz läßt sich zwar die Ventilausströmkante in ihrer Höhe variieren und somit die Ausströmung an die Betriebsverhältnisse anpassen, jedoch ist hier eine Verbesserung der Öffnungsdruckdifferenz stets mit einer Verschlechterung der Schließdruckdifferenz oder umgekehrt verbunden. Außerdem läßt sich der Einstellring nur bei Außerbetriebnahme der abzusicherenden Anlage verstellen und arretieren.
    [0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Hubhilfe für federbelastete Sicherheitsventile so auszubilden, daß mit ein¬ fachstenMitteln niedrige ffnungs- und Schließdruckdifferenzen erzielt werden, ohne daß dies mit einer Verminderung des Durch- flußbeiwertes erkauft werden muß.
    [0007] Die Lösung dieser Aufgabe wird in den Merkmalen der Patentan¬ sprüche gesehen.
    [0008] Dadurch, daß gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 der Umlenk¬ kragen aus einem Innenkegelabschnitt und einem gegenüber dem Innenkegelabschnitt zur Strömung hin vorspringenden Außenkegel- abschnitt besteht, nimmt der sich aus der jeweiligen Hubstel¬ lung und damit aus dem jeweiligen engsten Abstand der Strö- mungsleitflache des Umlenkkragens zur Außenkante des Ventil¬ sitzes ergebende freie Strömungsquerschnitt nicht wie bei einer durchgehend konischen Strömungsleitfläche progressiv zu sondern erfährt im Bereich der Übergangsstelle zwischen dem Innen- und Außenkegelabschnitt eine Reduzierung des Strömungsquerschnitts-Zuwachses. Durch diese reduzierte Flächenzunahme wird die Druckverteilung entlang der Strömungs¬ leitfläche, deren Integral der Vertikalkomponenten die zu¬ sätzliche Ventilöffnungskraft ergibt, so beeinflußt, daß der Krafteinbruch der Kraft-Hub-Kennline vermieden und eine an¬ nähernd konstante Kraftzunahme pro Hubeinheit erzielt wird. Durch den vorspringenden Außenkegelabschnitt wird gleichzei¬ tig auch der Abflachung der Kraft-Hub-Kennlinie bei großem Hub entgegengewirkt, so daß die Arbeitsdruckdifferenz klein gehalten werden kann.
    [0009] Damit der Durchflußbeiwert durch die Querschnittsverringe¬ rung am Vorsprung des Hubkragens nicht nachteilig beeinflußt wird, sind die beiden Kegelabschnitte an der Übergangsstelle durch einen einen fließenden Übergang gewährleistenden Mittel- abschnitt miteinander verbunden, der in dem Kegelmantelbereich angeordnet ist, in dem bei durchgehend konischen Verlauf ein Krafteinbruch in der Kraft-Hub-Kennline zu verzeichnen ist.
    [0010] Der Mittelabschnitt ist hierbei entsprechend dem Merkmal des Anspruchs 2 als schmaler, zur Ventileintrittsachse spitz- winkliger Zwischenkegelabschnitt ausgebildet, wodurch Strö¬ mungsablösungen im Bereich des VorSprunges vermieden werden. Um eine noch weichere Strö ungsumlenkung an der Übergangs¬ stelle zu erzielen, ist der Mittelabschnitt entsprechend An¬ spruch 3 über Radien einerseits mit dem Innenkegelabschnitt und andererseits mit dem Außenkegelabschnitt verbunden.
    [0011] Der den Vorsprung bildende Mittelabschnitt ist entsprechend Anspruch 4 in einer solchen Höhe am Umlenkkragen angeordnet, daß die Minderung der Strömungsquerschnitts-Zunahme bei etwa einem Drittel des maximalen Ventilhubes wirksam ist. Damit liegt der Mittelabschnitt an der ermittelten Einbruchsteile der Kraft-Hub-Kennlinie eines durchgehend konischen Umlenk¬ kragens.
    [0012] Es wurde erkannt, daß auch noch am Anfang des Ventilöffnungs- hubes ein kleiner Einbruch in der Kraft-Hub-Kennlinie in
    [0013] Richtung Kraftminderung auftritt, der den Ventilöffnungsvor¬ gang in der ersten Öffnungsphase verzögert. Um auch diesen Kennlinien-Einbruch zu kompensieren, wird gemäß Anspruch 5 vorgeschlagen, den Außendurchmesser des Ventilsitzes größer ' als den Außendurchmesser der Dichtfläche des Ventiltellers auszubilden und den Umlenkkragen oberhalb der Dichtfläche über einen Rücksprung an den Ventilteller anzuschließen, so daß die Strömungsleitfläche des Umlenkkragens bei Beginn des Ventilöffnungshubes mit der Außenkante des Ventilsitzes eine Engstelle bildet. Durch die so gebildete Engstelle zwischen der Strömungsleitfläche des Umlenkkragens und der Außenkante des Ventilsitzes wird in der Anfangsphase der Öffnungsbewe¬ gung infolge der Drosselwirkung eine zusätzliche Öffnungs¬ kraft zum Ausgleich des Krafteinbruches erzielt. Mit zu- nehmendem Hub wird dieser Spalt so groß, daß die Drossel¬ wirkung entfällt.
    [0014] Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:
    [0015] Fig. 1 ein federbelastetes Sicherheitsventil mit dem erfindungsgemäßen Umlenkkragen im Längsschnitt,
    [0016] Fig. 2 den Ventilsitz mit Ventilteller und Umlenkkrage in vergrößertem Maßstab in verschiedenen Hub¬ stellungen,
    [0017] Fig. 3 die typische Kraft-Hub-Kennline eines federbe- lasteten Sicherheitsventil mit durchgehend konisch verlaufendem Umlenkkragen und
    [0018] Fig. 4 den Ventilsitz mit Ventilteller gemäß Fig.2 in Ventilschließstellung. Das in Fig. 1 gezeigte Sicherheitsventil besteht im wesentlich aus dem Ventilgehäuse 1 mit Eintrittsstutzen 2 und Austritts¬ stutzen 3, der Federhaube 4 mit Anlüftkappe 5 sowie aus der Ventilspindel 6 mit dem Ventilteller 7 und dem Ventilsitz 8. Durch die Ventilfeder 9 wird der Ventilteller 7 über die Ven¬ tilspindel 6 ständig in Ventilschließrichtung gedrückt, über den Anlüftdaumen 10 und die Anlüftwelle 11 kann das Ventil von außen mechanisch angelüftet werden. Zur Erhöhung der Öffnungskraft trägt der Ventilteller 7 einen den Querschnitt des Ventilsitzes 8 nach außen übergreifenden innenkegelförmige Umlenkkragen 12.
    [0019] Der Umlenkkragen 12 des Ventiltellers 7 besteht, wie die Fig.2 zeigt, aus einem inneren Kegelabschnitt 13 und einem äußeren Kegelabschnitt 14. Beide Kegelabschnitte 13 und 14 haben den gleichen Kegelwinkel, jedoch springt der äußere Kegelabschnitt 14 gegenüber dem inneren Kegelabschnitt 13 zur Strömung hin vor. Beide Kegelabschnitte 13 und 14 sind an der Übergangs¬ stelle durch einen Mittelabschnitt 15 so miteinander verbunden daß sich ein fließender Übergang zwischen den beiden Kegelab- schnitten 13 und 14 ergibt. Auf den durch die innere Stirn¬ fläche des Eintrittsstutzens 2 gebildeten Ventilsitz 8 legt sich bei geschlossenem Sicherheitsventil die Dichtfläche 16 des VentiltelJers 7 auf. Der Mittelabschnitt 15 ist als schmaler Zwischenkegelabschnitt ausgebildet, der mit der Ven- tileintrittsachse 17 einen Winkel einschließt, der kleiner als der Winkel der beiden Kegelabschnitte 13 und 14 aber größer als Null ist. Der Zwischenkegelabschnitt 15 ist über die Radien 18 und 19 einerseits mit dem inneren Kegelabschnitt 13 und andererseits mit dem äußeren Kegelaschnitt 14 fließend verbunden.
    [0020] Um die Wirkung des erfindungsgemäßen Umlenkkragens besser zu veranschaulichen, sind in Fig. 2 verschiedene Hubstellungen A bis F des Ventiltellers 7 dargestellt, wobei der einfacheren Darstellung halber nicht der Ventilteller 7 sondern der Ventil sitz 8 verschoben worden ist. In den verschiedenen Hubstel- lungen A bis F strömt der Dampf zwischen den Sitzflächen 8 und 16 radial nach außen und wird durch den Umlenkkragen 12 nach unten umgelenkt. Die Abströmung erfolgt in den verschie¬ denen Hubstellungen A bis F über die freien Strömungsring- querschnitte a bis f, die sich aus dem jeweils kürzesten Ab¬ stand der Strömungsleitfläche des Umlenkkragens 12 zur Außen¬ kante 20 des Ventilsitzes 8 ergeben. Durch den gegenüber dem inneren Kegelabschnitt 13 zur Strömung hin vorspringenden äußeren Kegelabschnitt 14 wird im Bereich des zwischen dem inneren und dem äußeren Kegelabschnitt liegenden Mittelab¬ schnitt 15 die an sich progressiv zunehmende freie Ausström¬ fläche b bis d in ihrer Zuwachsrate gemindert. Durch diese re¬ duzierte Flächenzunahme wird die Druckverteilung entlang der Strömungsleitfläche so beeinflußt, daß der bei einem durch- gehend konischen Umlenkkragen auftretende Krafteinbruch der Kraft-Hub-Kennline vermieden wird.
    [0021] Die Fig. 3 zeigt den typischen Verlauf der Kraft-Hub-Kennlinie 21 bei einem durchgehend konisch ausgebildeten Umlenkkragen. Die Kurve 21 zeigt deutlich, daß die Kraft F dort einen Ein- bruch 22 erfährt, wo der Hub h etwa ein Drittel des maxi¬ malen Hubes beträgt. Durch die Minderung der Querschnitts- zunahme mittels des zur Strömung hin vorspringenden Umlenk¬ kragens wird diese Kennlinieneinbauchung 22 vermieden und eine über den ganzen Hub annähernd konstante Kraftzunähme pro Hubeinheit erzielt.
    [0022] Die in Fig. 3 gezeigte Kurve 21 zeigt auch, daß bei Beginn des Öffnungshubes ebenfalls ein kleiner Krafteinbruch 23 auf¬ tritt. Um auch diesen Krafteinbruch 23 zu vermeiden, sind der Ventilsitz 8 und der innere Kegelabschnitt 13 des Umlenk- kragens 12 so ausgebildet, daß sich bei Beginn des Öffnungs¬ hubes eine Engstelle 24 ergibt, wie Fig. 4 zeigt. Der Außen¬ durchmesser des Ventilsitzes 8 ist zu diesem Zweck größer als der Außendurchmesser der Dichtfläche 16 des Ventiltellers 7 ausgebildet, und der Umlenkkragen 12 ist oberhalb der Dicht- fläche 16 über einen Rücksprung 25 an den Ventilteller 7 ange- schlössen. Bei Beginn des Ventilöffnungsvorganges entsteht in der Kammer 26 durch die Drosselung am Engpaß 24 ein Über¬ druck, der eine zusätzliche Öffnungskraft bewirkt und damit dem Kurveneinbruch 23 entgegenwirkt. Bei weiterer Hubzu¬ nahme nimmt die Wirkung der Engstelle 24 ab, so daß die Kraft-Hub-Kennline auch im Anfangshubbereich linear verläuft.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Federbelastetes Sicherheitsventil für Gase und Dämpfe, dessen sich auf den Ventilsitz aufsetzender Ventilteller einen als Hubhilfe wirkenden, den Querschnitt des Ventilsitzes nach außen übergreifenden, innenkegelförmigen Umlenkkragen trägt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Umlenk¬ kragen (12) aus einem inneren Kegelabschnitt (13) und einem im Kegelwinkel gleichen oder annähernd gleichen, jedoch gegen¬ über dem inneren Kegelabschnitt (13) zur Strömung hin vorsprin¬ genden äußeren Kegelabschnitt (14) besteht und beide Kegel- abschnitte (13,14) an der Übergangsstelle durch einen einen fließenden Übergang gewährleistenden Mittelabschnitt (15) mit¬ einander verbunden sind, der in dem Kegelmantelbereich ange¬ ordnet ist, in dem bei einem durchgehend konischen /Verlauf des Umlenkkragens ein Krafteinbruch in der Kraft-Hub-Kennlinie zu verzeichnen ist.
    2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Mittelabschnitt aus einem schmalen Zwischenkegelabschnitt (15) gebildet wird, der mit der Ventileintrittsachse (17) einen Winkel einschließt, der kleiner als der Winkel der beiden Kegelabschnitte (13,14), aber größer als Null ist.
    3. Sicherheitsventil nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mittelabschnitt (15) über Radien (18,19) einerseits mit dem inneren Kegelabschnitt (13) und andererseits mit dem äußeren Kegelabschnitt (14) fließend verbunden ist.
    4. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der den Vor¬ sprung bildende Mittelabschnitt (15) in einer solchen Höhe am Umlenkkragen (12) angeordnet ist, daß die Minderung der
    Strömungsquerschnittszunahme bei etwa einem Drittel des maxi¬ malen Ventilhubes wirksam ist.
    5. Sicherheitsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Außen¬ durchmesser des Ventilsitzes (8) größer als der Außendurch¬ messer der Dichtfläche (16) des Ventiltellers (7) ist und der Umlenkkragen (12) oberhalb der Dichtfläche (16) über einen Rücksprung (25) an den Ventilteller (7) angeschlossen ist, so daß der innere Kegelanschnitt (13) mit der Außenkante (20) des Ventilsitzes (8) bei Beginn des Öffnungshubes eine Engstelle (24) bildet.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1987-06-04| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1987-06-04| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1987-08-21| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1986906777 Country of ref document: EP |
    1988-02-03| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1986906777 Country of ref document: EP |
    1989-04-26| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1986906777 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3541495.2||1985-11-23||
    DE19853541495|DE3541495C1|1985-11-23|1985-11-23|Federbelastetes Sicherheitsventil fuer Gase und Daempfe|AT86906777T| AT42624T|1985-11-23|1986-11-21|Federbelastetes sicherheitsventil fuer gase und daempfe.|
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