DE1230281B - Rupture disc safety device for pressure systems - Google Patents
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B74400XII/47g
26. November 1963
8. Dezember 19661230 281
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November 26, 1963
December 8, 1966
Die Erfindung betrifft eine Berstscheibensicherheitseinrichtung für Drucksysteme, bei der hinter der Berstscheibe ein Druckentlastungsraum vorgesehen ist, der über ein Überdruckventil mit einer Abgasleitung verbunden ist.The invention relates to a rupture disc safety device for pressure systems, in which behind the Rupture disc a pressure relief space is provided, which is connected to an exhaust line via a pressure relief valve connected is.
Bei verschiedenen physikalischen und chemischen Verfahren besteht die Notwendigkeit, einen Druckbehälter völlig gasdicht abzuschließen, und zwar entweder weil der gas- oder dampfförmige Inhalt wegen seiner toxischen Eigenschaften nicht in den Umgebungsraum gelangen darf oder weil zur Erzielung eines einwandfreien Produktes im Bearbeitungsverfahren jeder Gasverlust vermieden werden muß. Sofern der Druck im Überdruckraum einen festgelegten zulässigen Wert überschreitet, soll eine Sicherheitseinrichtung ansprechen, welche einen Druckausgleich in zuverlässiger Weise ermöglicht. Für derartige Aufgabenstellungen kennt man bereits Folienventile bzw. Sicherheitsventile mit vor- oder nachgeschalteter Berstscheibe.Various physical and chemical processes require a pressure vessel complete gas-tight, either because of the gaseous or vaporous content its toxic properties must not get into the surrounding area or because to achieve For a perfect product in the processing process, any loss of gas must be avoided. Provided the pressure in the overpressure space exceeds a specified permissible value, a safety device should respond, which allows pressure equalization in a reliable manner. For such One already knows tasks with foil valves or safety valves with upstream or downstream Rupture disc.
Beim Folienventil wird der vollständige Gasabschluß durch eine dünne Folie bewirkt, die zwischen Ventilkegel und Stützkolben gelegt wird und nach dem Anziehen der Flanschschrauben des Ventils den Eingangsstutzen dicht abschließt. Die Folie stützt sich bei zulässigem Betriebsdruck gegen den Stützkolben. Überschreitet der Druck den zulässigen Wert, so bewegt sich der Ventilsitz mit dem Stützkolben gegen Federkraft, und dabei wird die am Rand eingespannte Folie abgeschert. Das Ventil wirkt dann als Überdruckventil, wobei der völlig gasdichte Abschluß erst durch die Einfügung einer neuen Zwischenfolie wiederhergestellt werden kann. Diese Folie, die meist in einer Stärke von 0,02 bis 0,05 mm verwendet wird, ist vor dem Einspannen sorgfältig auf etwaige Porenöffnungen zu untersuchen. Wegen der geringen Dicke können bereits geringfügige Korrosionen eine Porosität hervorrufen, welche den ursprünglichen Vorteil des völligen Gasabschlusses weitgehend aufhebt. Dickere Folien erfordern große Kräfte beim Ansprechen, weil neben der Federkraft des Ventils noch der Widerstand der Folie gegen Abscheren zu überwinden ist. Befindet sich der Druck im Überdruckraum dicht unterhalb des Ansprechdruckes für'das Sicherheitsventil, so wird der Gegendruck der Federkraft bereits kompensiert, und nur der Widerstand der Folie verhindert zunächst das Ansprechen. In einem solchen Betriebszustand wird die Folie unkontrollierbar beansprucht und bei häufiger Widerholung allmählich ermüden. Ein derartiges Sicherheitsventil zeigt eine gewisse Undichtigkeit, obwohl es noch nicht infolge Überdruck angesprochen hatte.In the case of the foil valve, the gas is completely sealed off by a thin foil that is placed between Valve cone and support piston is placed and after tightening the flange screws of the valve seals the inlet connection tightly. The film is supported against the at the permissible operating pressure Support piston. If the pressure exceeds the permissible value, the valve seat moves with the support piston against spring force, and the film clamped at the edge is sheared off. The valve then works as a pressure relief valve, the completely gas-tight seal only through the insertion of a new intermediate film can be restored. This film, usually in a thickness of 0.02 to 0.05 mm is used, carefully inspect for any pore openings before clamping. Because Due to the small thickness, even minor corrosion can cause porosity, which the The original advantage of complete gas exclusion largely eliminates. Thicker foils require large ones Forces when responding, because in addition to the spring force of the valve, there is also the resistance of the film to shearing off is to be overcome. If the pressure in the overpressure chamber is just below the response pressure for the safety valve, the back pressure of the Spring force already compensated, and only the resistance of the foil initially prevents the response. In such an operating state, the film is stressed uncontrollably and with frequent repetition gradually tire. Such a safety valve shows a certain amount of leakage, although it does had not yet responded due to overpressure.
Berstscheibensicherheitseinrichtungfür
DrucksystemeRupture disc safety device for
Printing systems
Anmelder:Applicant:
Brown Boveri/Krupp Reaktorbau G. m. b. H.,Brown Boveri / Krupp Reaktorbau G. m. B. H.,
Düsseldorf, Königsallee 70Düsseldorf, Königsallee 70
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr.-Ing. Walter Stürmer, MannheimDr.-Ing. Walter Stürmer, Mannheim
Aus der USA.-Patentschrift 2 788 794 ist es bereits bekannt, als Sicherheitsemrichtung für ein Drucksystem eine Anordnung von mehreren Berstscheiben mit nachgeschaltetem Überdruckventil vorzusehen, von denen die das Drucksystem abschließende Berstscheibe durch einen mit Druck beaufschlagten Raum weitgehend entlastet wird. Eine ähnliche Anordnung — jedoch ohne die Nachschaltung eines Sicherheitsventils — zeigt die USA.-Patentschrift 2 895 492. Für beide Sicherheitseinrichtungen trifft jedoch zu, daß lediglich die erste Berstscheibe druckentlastet ist, während die weiteren Membranen einen hohen Differenzdruck aufzunehmen haben und daher völlig einseitig beansprucht werden. Außerdem wird die Betriebssicherheit der Vorrichtung mit jeder zusätzlich eingebauten Membran geringer, da diese ein sehr störanfälliges Bauelement darstellen.It is already known from US Pat. No. 2,788,794 as a security device for a printing system to provide an arrangement of several bursting discs with a downstream pressure relief valve, of which the rupture disc closing the pressure system through a pressurized space is largely relieved. A similar arrangement - but without a downstream safety valve US Pat. No. 2,895,492 shows. For both safety devices, however, it is true that only the first rupture disc is relieved of pressure, while the other membranes have a high differential pressure have to take up and are therefore completely unilaterally stressed. In addition, the operational safety the device with each additionally built-in membrane is lower, as this is a very failure-prone Represent component.
Aus der genannten USA.-Patentschrift 2788 794 ist es ferner bekannt, zwischen dem Drucksystem und dem Druckentlastungsraum eine die erste Membran überbrückende Verbindungsleitung vorzusehen, die bei normalen Betriebsbedingungen den Druck des Drucksystems auf den Druckentlastungsraum überträgt. Bei Anstieg dieses Druckes über einen vorgegebenen Wert hinaus wird die Verbindungsleitung durch ein federbelastetes Ventil geschlossen. Bei weiterer Drucksteigerung wölbt sich die Membran vor und zerstört mittels eines Stiftes eine zweite Membran. Erst dann wird der Druck in dem Entlastungsraum abgebaut, und die erste Membran bricht. Diese Ausbildung hat neben dem verzögerten Ansprechen der ersten Membran den Nachteil, daß bei Ermüdung oder Korrosion der zweiten, nicht druckentlasteten Membran die Gefahr besteht, daß das in dem Drucksystem anstehende Medium über die Verbindungsleitung direkt in die Abgasleitung gelangen kann. From the aforementioned USA. Patent 2788 794, it is also known between the printing system and to provide a connecting line bridging the first membrane in the pressure relief space, which transfers the pressure of the pressure system to the pressure relief space under normal operating conditions. If this pressure rises above a specified value, the connecting line will closed by a spring-loaded valve. If the pressure increases further, the membrane bulges and destroys a second membrane with a pin. Only then is the pressure reduced in the relief space and the first membrane ruptures. These In addition to the delayed response of the first membrane, training has the disadvantage that when fatigue occurs or corrosion of the second, unpressurized membrane, there is a risk that this will occur in the pressure system pending medium can get directly into the exhaust pipe via the connecting pipe.
609 730/215609 730/215
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Berstscheibensicherheitseinrichtung der genannten Art anzugeben, die mit nur einer Berstscheibe auskommt, welche völlig druckentlastet ist und bei Anstieg des Druckes in dem Drucksystem auf einen vorbestimmten Wert unmittelbar anspricht. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mit einer Druckquelle in Verbindung stehende Entlastungsraum über eine Druckausgleichsleitung mit der Abgasleitung verbunden ist, wobei in der Druckausgleichsleitung ein vom Druck im abzusichernden System gesteuertes Absperrventil angeordnet ist. Bei einer derartigen Anordnung wird eine eingespannte Scheibe als Berstscheibe verwendet, wobei in dem hinter dieser Scheibe befindlichen Druckentlastungsraum bei ordnungsgemäßem Betriebszustand, d. h. zulässigem Überdruck in dem vor der Berstscheibe liegenden Drucksystem, ein Druck aufrechterhalten wird, der so groß oder wenigstens nahezu so groß wie der Druck im abzusichernden System ist. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß die einzig vorhandene Berstscheibe zunächst nahezu druckentlastet ist und daher mit geringer Dicke hergestellt werden kann. Beim Eintreten des Störungsfalles bewirkt das Schwinden des Druckes im Druckausgleichsraum eine so erhebliche Druckbelastung der Berstscheibe, daß ein rasches Ansprechen sichergestellt ist.The present invention is based on the object of a rupture disc safety device of the type mentioned, which manages with only one bursting disc, which is completely pressure-relieved and is immediately responsive to the increase in pressure in the pressure system to a predetermined value. The object is achieved according to the invention in that the is connected to a pressure source standing relief space is connected to the exhaust line via a pressure equalization line, with in A shut-off valve controlled by the pressure in the system to be protected is arranged in the pressure equalization line is. In such an arrangement, a clamped disc is used as a rupture disc, wherein in the pressure relief space located behind this pane when the operating condition is correct, d. H. permissible overpressure in the pressure system in front of the rupture disc which is as large or at least almost as large as the pressure in the system to be protected is. This arrangement offers the advantage that the only rupture disc that is present is initially almost relieved of pressure and can therefore be made with a small thickness. When the malfunction occurs the shrinkage of the pressure in the pressure equalization space such a considerable pressure load Rupture disc that a quick response is ensured.
Da das Drucksystem in jedem Fall völlig gasdicht abgesperrt sein soll, ist es zweckmäßig, das Absperrventil als Faltenbalgventil derart auszubilden, daß eine völlige Abdichtung zwischen Uberdruckraum und Druckentlastungsraum eintritt. Dabei ist es vorteilhaft, daß die Ventilspindel des Absperrventils eine Stützscheibe aufweist, an deren Oberfläche eine Schraubendruckfeder einseitig abgestützt ist, welche gleichzeitig am Ventilgehäuse aufliegt, und daß zwischen der Stützscheibe und der Wand des Ventilgehäuses ein erster Faltenbalg eingeschaltet ist, welcher die Schraubendruckfeder und die Ventilspindel teilweise umschließt, daß ferner an die Ventilspindel und das Ventilgehäuse im Bereich des Ventiltellers ein zweiter Faltenbalg angeschlossen ist und daß eine mit dem Drucksystem verbundene Steuerleitung in den Raum zwischen den beiden Faltenbügeln mündet.Since the pressure system should always be shut off completely gas-tight, it is advisable to use the shut-off valve to be designed as a bellows valve in such a way that a complete seal between the overpressure chamber and pressure relief chamber enters. It is advantageous that the valve spindle of the shut-off valve a Has support disc, on the surface of which a helical compression spring is supported on one side, which at the same time rests on the valve housing, and that between the support disc and the wall of the valve housing a first bellows is switched on, which the helical compression spring and the valve spindle partially encloses that also to the valve spindle and the valve housing in the area of the valve disk a second bellows is connected and that a control line connected to the pressure system in the space between the two fold brackets opens.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt.In the drawing, an embodiment of the subject matter of the invention is shown schematically.
Man erkennt einen Behälter 1 des Drucksystems mit einem Anschlußstück 2, welches einen Flansch 3 aufweist. An den Flansch 3 ist mit Hilfe eines Gegenflansches 4 ein rohrförmiges Druckentlastungsteil 5 angeschlossen, das mit einem federbelasteten Überdruckventil 6 in Verbindung steht, wobei dieses Überdruckventil 6 in eine je nach den vorliegenden Betriebsbedingungen weitergeführte oder nach der Außenluft öffnende Abgasleitung 7 mündet. Zwischen dem Druckentlastungsteil 5 und der Abgasleitung 7 befindet sich eine das Überdruckventil 6 überbrükkende Druckausgleichsleitung 8.A container 1 of the pressure system can be seen with a connection piece 2 which has a flange 3 having. A tubular pressure relief part 5 is attached to the flange 3 with the aid of a counter flange 4 connected, which is in communication with a spring-loaded pressure relief valve 6, this Relief valve 6 in a continued depending on the operating conditions or after Exhaust gas line 7 which opens outside air opens. Between the pressure relief part 5 and the exhaust pipe 7 there is a pressure equalization line 8 bridging the pressure relief valve 6.
In diese Druckausgleichsleitung 8 ist ein Ventilteller 9 eines Absperrventils 10 eingeschaltet, der von einer Ventilspindel 11 getragen wird. Die Ventilspindel 11 ist in einem Ventilgehäuse 12 durch eine Hülse 13 geführt und weist außerdem eine Stützscheibe 14 auf, gegen die einseitig eine Schraubendruckfeder 15 abgestützt ist. Das andere Ende der Schraubendruckfeder 15 liegt am Ventilgehäuse 12 auf. Die Schraubendruckfeder 15 sowie die Ventilspindel sind teilweise in einem ersten Faltenbalg 16 angeordnet, welcher einseitig an der Stützscheibe 14 und am Ventilgehäuse 12 gasdicht befestigt ist. Ein zweiter Faltenbalg 17 ist an die Ventilspindel 11 im Bereich des Ventiltellers 9 angeschlossen und mit seinem anderen freien Ende gleichfalls am Ventilgehäuse 12 gasdicht befestigt. In den Raum des Ventilgehäuses, welcher von der Außenfläche des ersten Faltenbalges 16, der Stützscheibe 14 und vom Innenraum des zweiten FaI-tenbalges 17 im wesentlichen umgrenzt wird, mündet eine Steuerleitung 18, die unmittelbar mit dem Innenraum des Überdruckbehälters 1 in Verbindung steht. Zwischen den Flanschen 3 und 4 ist gegen eine Stützvorrichtung 19 eine Berstscheibe 20 eingespannt.In this pressure equalization line 8 is a valve plate 9 of a shut-off valve 10, which is carried by a valve spindle 11, is switched on. The valve stem 11 is guided in a valve housing 12 through a sleeve 13 and also has a support disk 14 on, against which a helical compression spring 15 is supported on one side. The other end of the helical compression spring 15 rests on the valve housing 12. The helical compression spring 15 and the valve spindle are partially arranged in a first bellows 16, which on one side of the support disc 14 and on the valve housing 12 is attached gas-tight. A second bellows 17 is attached to the valve spindle 11 in the area of the Valve disk 9 connected and also gas-tight with its other free end on the valve housing 12 attached. In the space of the valve housing, which from the outer surface of the first bellows 16, the Support disk 14 and is delimited by the interior of the second bellows 17 essentially opens a control line 18 which is directly connected to the interior of the overpressure container 1. A rupture disk 20 is clamped between the flanges 3 and 4 against a support device 19.
Die Stützvorrichtung, die für die Sicherheitsvorrichtung nicht unbedingt erforderlich ist, erlaubt eine Prüfung des Überdruckventils, ohne, die Berstscheibe, zu belasten. Ferner schützt sie die Berstscheibe bei einem Entlasten des Drucksystems, wenn nicht gleichzeitig der Druck im Druckentlastungsraum gesenkt wird. Der dem im Überdruckbehälter 1 herrschenden Druck entsprechende Druckwert wird im Druckentlastungsraum durch eine Druckluftvorrichtung erzeugt, von der die Luft ζ. Β. durch ein Regelventil 22, gesteuert durch den Druckfühler 21, in den Druckentlastungsraum gelangt.The support device, which is not absolutely necessary for the safety device, allows one Check the pressure relief valve, without, the rupture disc, to charge. It also protects the rupture disc when the pressure system is relieved, if not at the same time the pressure in the pressure relief space is reduced. The prevailing in the overpressure tank 1 Pressure corresponding pressure value is generated in the pressure relief space by a compressed air device, from which the air ζ. Β. through a control valve 22, controlled by the pressure sensor 21, into the pressure relief space got.
In ordnungsgemäßem Betriebszustand entspricht der Überdruck im Drucksystem etwa dem Druck im Druckentlastungsraum 5, und die Druckausgleichsleitung 8 ist durch den Ventilteller 9 des Absperrventils 10 verschlossen. Ebenso ist das Überdruckventil 6 gegen Federdruck in seiner Schließendlage festgehalten.In a proper operating condition, the overpressure in the pressure system corresponds approximately to the pressure in the Pressure relief space 5, and the pressure equalization line 8 is through the valve disk 9 of the shut-off valve 10 locked. Likewise, the pressure relief valve 6 is in its closing end position against spring pressure held.
Überschreitet der Druck im Überdruckbehälter 1 den zulässigen Wert, so bewirkt die Weiterleitung dieses Druckwertes durch die Steuerleitung 18 zum Absperrventil 10, daß der Ventilteller 9 vom Ventilsitz 8 abhebt, und es wird nunmehr eine Verbindung zwischen dem Druckentlastungsraum und der Abgasleitung 7 hergestellt. Dadurch tritt im Druckentlastungsraum eine starke Druckabsenkung ein, so daß der Überdruck die Berstscheibe 20 durchschlägt und das Überdruckventil 6 zum Ansprechen bringt.If the pressure in the overpressure container 1 exceeds the permissible value, it will be forwarded this pressure value through the control line 18 to the shut-off valve 10, that the valve plate 9 from the valve seat 8 takes off, and there is now a connection between the pressure relief chamber and the exhaust pipe 7 manufactured. As a result, a strong pressure drop occurs in the pressure relief space, so that the overpressure breaks through the rupture disc 20 and causes the overpressure valve 6 to respond.
Nach Druckabfall im Überdruckbehälter 1 schließt das Absperrventil 10, und die Druckausgleichsleitung 8 wird erneut abgesperrt. Die Anlage arbeitet dann ausschließlich mit dem federbelasteten Sicherheitsventil 6, bis eine neue Berstscheibe 20 zwischen die Flanschteile 3, 4 eingesetzt wird.After the pressure drop in the overpressure container 1, the shut-off valve 10 closes and the pressure equalization line 8 is locked again. The system then works exclusively with the spring-loaded safety valve 6 until a new bursting disc 20 is inserted between the flange parts 3, 4.
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