DE2940111A1

DE2940111A1 - Sicherheitsauslassventil

Info

Publication number: DE2940111A1
Application number: DE19792940111
Authority: DE
Inventors: Jun Norman Lavaughn Freeman
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1979-10-03
Publication date: 1980-05-29
Also published as: NL7904513A; BR7904936A; IT1122112B; NO793644L; GB2035514A; US4248265A; GB2035514B; AU5268379A; CA1114265A; IT7924247A0

Description

PATENTANWALTS
Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE ■ Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH41 · D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG 4V^UI ' »

Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung Halliburton Company, Duncan Oklahoma USA

Sicherheitsauslaßventil

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsauslaßventil mit einer Hauptventilanordnung, über welche ein Druckmittel abblasbar ist. Bekannte einstellbare Sicherheitsauslaßventile enthalten üblicherweise eine einzige Ventilanordnung, die durch eine
einstellbare Feder belastet ist. Beispiele solcher bekannter Vorrichtungen sind in den US-Patentschriften 4 064 906,
3 422 840, 3 409 037 und 3 008 485 gezeigt. Es ist bei einem einstellbaren Sicherheitsauslaßventil wünschenswert, daß das Ventil das unter hohem Druck stehende Druckmittel bei einem
vorgegebenen Druck abbläst und dann bei dem vorgegebenen Druck sofort voll öffnet, so daß eine ausreichende Fläche zum sehr schnellen Abblasen eines auftretenden Überdrucks freigegeben wird. Ein besonderer Bedarf für ein solches einstellbares
Sicherheitsauslaßventil besteht bei Hochdruckpumparbeiten mit Verdrängungspumpen. Beispiele für solche Pumpen sind die beim Zementieren von Ölbohrungen verwendeten Pumpen.

Ein weiteres Problem, das bei Sicherheitsauslaßventilen zur
Verwendung bei solchen Gerätschaften wie ölfeld-Zementierpumpen auftritt besteht darin, daß das Druckmittel, d.h. der Zement, in den Sicherheitsauslaßventilen abbinden und diese funktionsunfähig machen kann.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsauslaßventil zu schaffen, welches bei Erreichen eines vorgegebenen Drucks sofort voll öffnet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einstellbares Sicherheitsauslaßventil so auszubilden, daß es ohne Veränderung seiner Einstellung geöffnet werden kann und dann ein Reinigen des Ventildurchganges von Resten der abgeblasenen Druckflüssigkeit möglich ist.

Eine spezielle Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Sicherheitsauslaßventil zu schaffen, welches speziell in Verbindung mit Zementierpumpen für die Zementierung von Ölbohrungen verwendbar ist.

Erfindungsgemäß ist das Sicherheitsauslaßventil gekennzeichnet durch ein Steuerventil, durch welches das unter Druck stehende Druckmittel auf die Hauptventilanordnung aufschaltbar ist.

Es kann dann das Steuerventil so ausgelegt sein, daß es mit relativ kleinem Querschnitt erst bei einem Druck öffnet, der wesentlich über dem Öffnungsdruck der Hauptventilanordnung liegt. Wenn dieser Druck erreicht wird und das Steuerventil öffnet, dann wirkt dieser erhöhte Druck auf die größere Fläche der Hauptventilanordnung und drückt die Hauptventilanordnung sofort in die voll geöffnete Stellung. Es wird auf diese Weise vermieden, daß sich die Hauptventilanordnung bei einem Druckaufbau zunächst langsam, in dem Maße, wie sich der Druck aufbaut, öffnet.

Um ein Reinigen des Sicherheitsauslaßventils zu ermöglichen, kann eine Hilfseinrichtung vorgesehen sein, durch welche das Ventilschließglied ohne Veränderung der das Ventilschließglied belasteten elastischen Glieder in die Offenstellung bewegbar ist.

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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Die Figuren 1 und 1A stellen zusammen einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Sicherheitsauslaßventils dar.

Das einstellbare Sicherheitsauslaßventil ist generell mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Sicherheitsauslaßventil 10 enthält ein Ventilgehäuse 12. Das Ventilgehäuse 12 weist einen oberen Gehäuseteil 14, einen unteren Gehäuseteil 16 und einen zylindrischen Einlaßteil 18 auf. Der obere Gehäuseteil 14 ist an einem unteren Ende mit dem oberen Ende des unteren Gehäuseteil 16 durch ein Gewinde 20 verbunden. Ein unteres Ende des unteren Gehäuseteils 16 ist mit einem oberen Ende des zylindrischen Einlaßteils 18 mittels eines Gewindes 22 verschraubt.

Der zylindrische Einlaßteil 18 hat eine axiale Einlaßbohrung 24. Der Einlauteil 18 enthält obere und untere axiale Gegenbohrungen 26 bzw. 28, die am oberen bzw. unteren Ende des zylindrischen Einlaßteils enden.

Ein unteres Ende der Außenfläche des zylindrischen Einlaßteils 18 enthält einen Abschnitt 30 von vergrößertem Durchmesser, der eine nach oben weisende Schulter 32 bildet, die sich von einer Zylinderfläche 34 radial nach außen erstreckt. Auf der Zylinderfläche 34 sitzt eine Flügelmutter, die durch die Schulter 32 auf dem zylindrischen Einlaßteil 18 gehalten wird.

Das obere Ende des zylindrischen Einlaßteils 18 weist einen Abschnitt 38 von vermindertem Durchmesser auf, der eine zweite nach oben weisende Schulter 40 bildet.

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Auf dem Abschnitt 38 von vermindertem Durchmesser sitzt eng ein zylindrischer Kolbensitz 42, der an der zweiten Schulter 40 anliegt. Der Kolbensitz 42 weist einen nach außen vorstehenden Flansch 44 an seinem unteren Ende und einen nach innen radial vorstehenden Flansch 46 an seinem oberen Ende auf. Der nach innen vorstehende Flansch 46 besitzt eine Axialbohrung 48, die konzentrisch zu der oberen Gegenbohrung 26 des zylindrischen Einlaßteils 18 ist und den gleichen Durchmesser wie diese besitzt. Eine radial innere Kante des nach innen vorstehenden Flansches 46 besitzt eine abgeschrägte Ringfläche 50.

Der Abschnitt 38 von verminderten Durchmesser des zylindrischen Einlaßteils 18 weist eine Ringnut 52 auf, in welcher ein elastischer Dichtring 54 angeordnet ist.

Der untere Gehäuseteil 16 ist von zylindrischer Gestalt und besitzt eine Axialbohrung 56. Der untere Gehäuseteil 16 weist auch erste, zweite und dritte obere Gegenbohrungen 58,60 bzw. 62, eine untere Gegenbohrung 64 und einen Auslaß 65 auf, der in einer Seitenwandung des unteren Gehäuseteils 16 vorgesehen ist.

Eine nach unten gerichtete Schulter 66 zwischen der Bohrung und der unteren Gegenbohrung 64 liegt an dem radial nach außen vorstehenden Flansch 44 des Kolbensitzes 42 an, so daß beim Anziehen des Gewindes 22 der Flansch 44 zwischen der Schulter 66 des unteren Gehäuseteils 16 und der Schulter 40 des zylindrischen Einlaßteils 18 festgeklemmt wird.

Ein Ventilkolben 67 ist axial innerhalb des Ventilgehäuses 12 angeordnet. Der Ventilkolben 67 bildet ein hin- und hergehendes Ventilschließglied.

Der Ventilkolben 67 enthält einen oberen und einen unteren Teil 68 bzw. 70, die durch ein Gewinde 72 miteinander verschraubt sind. Ein oberer Abschnitt des oberen Teils 68 des Ventilkolbens ist gleitbeweglich in einem RingfederJustierglied 74

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geführt. Das RingfederJustierglied 74 hat zylindrische Gestalt mit einer Axialbohrung 75 und einem radial nach außen vorstehenden Flansch 76 an seinem unteren Ende. Ein Außengewinde 78 des RingfederJustierglieds 74 greift in einen Gewindeabschnitt einer Kappe 82 ein. Die Kappe 82 ist mittels eines Gewindes 84 mit dem oberen Gehäuseteil 14 verschraubt.

Ein Gewindering 86 ist als Verriegelung auf das Außengewinde des RingfederJustierglieds 74 oberhalb der Kappe 82 aufgeschraubt. Der Gewindering 86 ist durch eine Schraube 88 verriegelt, die sich durch den Gewindering 86 hindurcherstreckt und in ein Gewindeloch 90 in der Kappe 82 eingreift.

Die Kappe 82 weist eine untere Gegenbohrung 92 auf. Eine nach unten weisende Schulter 93 zwischen dem Gewinde 80 und der Gegenbohrung 92 liegt an einer oberen Schulter oder einem Flansch 76 des RingfederJustierglieds 74 an.

Eine untere Stirnfläche 94 des RingfederJustierglieds 74 weist eine radial außenliegende, ringförmige, abgeschrägte Kante 96 auf.

Die abgeschrägte Kante 96 liegt an einer ringförmigen, radial inneren, komplementär abgeschrägten Innenkante 98 eines oberen Ringfederwiderlagers 100 an.

Das obere Ringfederwiderlager ist ein ringförmiges Glied mit einer Axialbohrung 102. Die Axialbohrung 102 ist konzentrisch zu der Axialbohrung 75 des RingfederJustierglieds 74, besitzt den gleichen Durchmesser aber ist in axialem Abstand davon angeordnet. Die Axialbohrung 102 nimmt auch eng den Ventilkolben 67 auf. Das Ringfederwiderlager 1OO besitzt einen unteren Abschnitt 104 von vermindertem Durchmesser. Eine ringförmige, radial außenliegende, nach unten weisende Schulter 106 liegt an der oberen, äußeren Endringfeder 108 an.

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An der oberen, äußeren Endringfeder 108 liegt eine innere Ringfeder 110 an. Die innere Ringfeder 110 liegt an einer äußeren Ringfeder 112 an.

Abwechselnde innere und äußere Ringfedern 110 und 112 bilden einen Ringfederstapel, der generell mit dem Bezugszeichen 114 bezeichnet ist. Jede der äußeren Ringfedern weist radial innere, obere und untere, sich verjüngende Flächen 116 bzw. auf. Die Flächen 116 und 118 sind vorzugsweise unter einem Winkel von ungefähr 14° gegen die Vertikale geneigt.

Jede der in axialen Abständen voneinander angeordneten inneren Ringfedern 110 weist radial äußere, obere und untere, sich verjüngende Flächen 120 und 122 auf. Jede der oberen, sich verjüngenden Flächen 120 der inneren Ringfeder 110 liegt an einer unteren, sich verjüngenden Fläche 118 einer äußeren Ringfeder 112 an. Jede der unteren, sich verjüngenden Flächen 122 einer inneren Ringfeder 110 liegt an einer oberen, sich verjüngenden Fläche 116 einer äußeren Ringfeder 112 an.

Die obere, äußere Endringfeder 108 ist im wesentlichen die untere Hälfte einer äußeren Ringfeder 112.

Die unterste, radial innere Ringfeder 110 liegt an einer unteren, äußeren Endringfeder 124 an, die im wesentlichen die obere Hälfte einer äußeren Ringfeder 112 darstellt.

Die untere, äußere Endringfeder 124 liegt an der oberen Stirnfläche 126 eines Kolbens 128 an. Der Kolben 128 besitzt ringförmige Gestalt mit einer Axialbohrung 130, welche eng den unteren Teil 70 des Ventilkolbens aufnimmt. Eine radial äußere Stirnfläche 132 des Kolbens 128 ist eng innerhalb eines zylindrischen inneren Abschnitts 134 des oberen Gehäuseteils geführt. In der radial äußeren Oberfläche 132 ist eine Ringnut 136 vorgesehen, die einen elastischen Dichtring 138 aufnimmt. Der untere Teil 70 des Ventilkolbens besitzt eine zylindrische Ausßenflache 140 mit ersten, zweiten und dritten Abschnitten

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142,144 bzw. 146 von zunehmend vermindertem Durchmesser. Der zweite Abschnitt 144 von vermindertem Durchmesser weist ein Gewinde 148 auf.

Ein unteres Ende 150 des Kolbens 128 liegt an einer Schulter . 152 zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 142 und von vermindertem Durchmesser an. Der Kolben 128 ist dadurch gehalten, daß das untere Ende 150 an einer Schulter 152 anliegt und eine Mutter 154, die auf das Gewinde 148 aufgeschraubt ist, an der oberen Stirnfläche 156 des Kolbens 128 anliegt.

In dem zweiten Abschnitt 144 von vermindertem Durchmesser ist angrenzend an die Schulter 152 eine Ringnut 158 vorgesehen. In der Ringnut 158 ist ein elastischer Dichtring 160 angeordnet. Die zylindrische Außenfläche 140 und der erste Abschnitt 142 von vermindertem Durchmesser des unteren Teils 70 des Ventilkolbens ist eng in einem Kolbendichtring 162 geführt. Der Kolbendichtring 162 hat eine Axialbohrung 164, die in dessen oberer Stirnfläche endet. Eine Gegenbohrung 166 endet in der unteren Stirnfläche des Kolbendichtrings 162. Zwischen der Gegenbohrung 166 und der Axialbohrung 164 ist ein Bohrungsabschnitt 168 von vergrößertem Durchmesser gebildet, dessen Innendurchmesser geringfügig größer als der der Gegenbohrung 166. Zwischen dem Bohrungsabschnitt 168 und der Bohrung 164 ist ein abgeschrägter, ringförmiger Bohrungsabschnitt 170 gebildet.

Der Kolbendichtring 162 enthält eine radial nach außen vorspringende Leiste 172 angrenzend an den Bohrungsabschnitt 168 von vergrößertem Durchmesser. Die Leiste 172 weist eine Mehrzahl von Belüftungsöffnungen 174 auf.

Die oberen und unteren Stirnflächen der Leisten 172 liegen an den Schultern 176 und 178 des oberen Gehäuseteils 14 bzw. des unteren Gehäuseteils 16 an. Die Belüftungsöffnungen 174 treten aus der Schulter 172 angrenzend an eine abgeschrägte, ringförmige Innenkante 180 einer unteren Gegenbohrung 182 des oberen Gehäuseteils 14 aus.

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Die Tiefe der unteren Gegenbohrung 182 des oberen Gehäuseteils 14 ist geringfügig kleiner als die axiale Dicke der radial vorstehenden Leiste 172, so daß zwischen einem unteren Ende des oberen Gehäuseteils 14 und der Schulter 178 des unteren Gehäuseteils 16 ein schmaler Ringspalt gebildet wird. Eine Austrittsöffnung 186 steht mit dem Ringspalt 184 in Verbindung. Das gestattet es, daß alles unter Druck stehende Druckmittel, daß in den inneren Teil des Kolbendichtringes 162 gelangt, über die Öffnungen 174, die abgeschrägte Ringfläche 180, den Ringspalt 184 und die Austrittsöffnung 186 zur Atmosphäre hin belüftet ist.

Der Kolbendichtring 162 besitzt innere Ringdichtungen 186 und 188, die zwischen der Bohrung 164 bzw. der Gegenbohrung 166 und dem Ventilkolben 67 angeordnet sind.

Der Kolbendichtring 162 enthält auch obere und untere elastische Dichtringe 190 und 192 die eine Abdichtung zwischen dem Kolbendichtring 162 und dem oberen und unteren Gehäuseteil 14 bzw. 16 bewirken.

An einer unteren Stirnfläche des Kolbendichtrings 162 liegt eine Stahlscheibe 174 an, die auf einer nach oben weisenden Schulter einer Innenbohrung des unteren Gehäuseteils 16 ruht.

Es werden jetzt die Einzelheiten des Aufbaus des Ventilkolbens 67 beschrieben. Wie oben angegeben, enthält der Ventilkolben 67 einen oberen Kolbenteil 68 und einen unteren Kolbenteil 70, welche durch das Gewinde 7 2 miteinander verbunden sind.

Der untere Kolbenteil 70 weist eine Axialbohrung 196 mit ersten und zweiten aufeinanderfolgenden unteren Gegenbohrungen 198 bzw. 200 auf. Der untere Kolbenteil 70 weist auch eine obere Gegenbohrung 202 auf, die am oberen Ende des unteren Kolbenteils 70 endet. Der obere Kolbenteil 68 besitzt eine Axialbohrung 204.

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Zwischen der ersten und der zweiten unteren Gegenbohrung 198 und 200 ist eine geneigte Lagerfläche 206 angeordnet, welche an dem Kolbensitz 42 anliegt, wenn der Ventilkolben 67 in der in den Figuren 1 und 1a dargestellten Schließstellung ist.

Die erste, untere Gegenbohrung 198 ist mit Gewinde versehen und nimmt einen Ansatz auf, der von einem Steuerventilgehäuse 208 gebildet ist. Eine Ringdichtung 209 bewirkt eine Abdichtung zwischen dem Ansatz oder Steuerventilgehäuse 208 und dem Flansch 46 des Kolbensitzes 42. Der Ansatz 208 weist eine Axialbohrung oder einen Hohlraum 210 auf, der mit der Axialbohrung 196 des unteren Teils 70 des Ventilkolbens in Verbindung steht. Der Ansatz 208 weist auch eine Einlaßöffnung 212 auf, die eine Verbindung zwischen der Axialbohrung 210 und der Einlaßbohrung 24 herstellt. Der Ansatz 208 weist auch eine Auslaßöffnung 214 auf, die eine Verbindung zwischen der Axialbohrung 210 und einer Ringkammer 216 herstellt, die zwischen dem Ansatz 208 und der zweiten, unteren Gegenbohrung 200 und der abgeschrägten Ringfläche 206 gebildet wird. Diese Verbindung wird in der Schließstellung des Ventilkolbens 67, die in Fig. 1 dargestellt ist, durch die abgeschrägte Ringfläche 50 ermöglicht.

Ein oberes Ende der Einlaßöffnung 212 ist von einem den Ventilsitz des Steuerventils bildenden Einsatz 218 umgeben.

An dem Steuerventilsitzeinsatz 218 liegt eine Steuerventilkugel 220 abdichtend an. An der Steuerventilkugel 220 liegt von oben eine Steuerstange 222 an. Die Steuerstange 222 erstreckt sich vollständig durch den oberen und den unteren Teil 68 und 70 des Ventilkolbens hindurch und trägt eine Sechskantmutter 224, die mit einem mit Gewinde versehenen oberen Ende 226 der Steuerstange 222 verbunden ist.

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Die Steuerstange 222 weist einen Abschnitt 228 von vergrößertem Durchmesser auf, dessen Durchmesser größer als die Bohrung 196 des unteren Teils 70 des Ventilkolbens ist. Der Abschnitt 228 von vergrößertem Durchmesser ist grade oberhalb der Axialbohrung 196 innerhalb der oberen Gegenbohrung 202 des unteren Teils 70 des Ventilkolbens angeordnet. Eine obere Schulter des Abschnitts 228 von vergrößertem Durchmesser liegt an dem unteren Steuerventil-Federwiderlager 230 an. Oberhalb des Steuerventil-Federwiderlagers 230 angeordnet und in Anlage an diesem ist die Feder _f232 des Steuerventils vorgesehen. Die Feder 23 2 des Steuerventils besteht vorzugsweise aus einem Stapel von Schnapptellerfedern, oder Belleville-Federn, die eine Schnappwirkung liefern, welche bei Erreichen einer vorgegebenen Druckbelastung an der Feder eine schnelle, stufenartige Kompression der Feder gestattet.

Ein oberes Ende der Feder 23 2 liegt an dem oberen Steuerventil-Federwiderlager 234 an. Das obere Steuerventil-Federwiderlager 234 liegt an dem Steuerventiljustierglied 236 an. Das Steuerventiljustierglied 236 ist ein zylindrisches Rohrstück dessen Länge geringfügig größer als der obere Teil 68 des Ventilkolbens ist. Das Steuerventiljustierglied 236 besitzt einen mit Gewinde versehenen oberen Endteil 238, der in eine mit Gewinde versehenen oberen Abschnitt 240 des oberen Teils 68 des Ventilkolbens eingeschraubt ist. Das SteuerventilJustierglied 236 wird in jeder eingestellten Lage durch eine Sechskantkontermutter 242 gehalten. Oberhalb der Sechskantkontermutter 242 ist ein sechskantförmiger Teil 244 des Steuerventiljustierglieds 236 angeordnet, an welchem mit einem üblichen Mutternschlüssel angegriffen werden kann.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß das Sicherheitsauslaßventil 10 eine Hauptventilanordnung enthält, welche unter Druck stehendes Druckmittel aus einem Behälter zu entspannen gestattet, und ein Steuerventil, durch welches das unter Druck stehende Druckmittel auf die Hauptventilanordnung aufschaltbar ist.

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Die Hauptventilanordnung enthält einen Ventilkolben 67, der zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung beweglich ist. In der Schließstellung liegt der Ventilkolben abdichtend an einem Kolbensitz 42 an und isoliert die Einlaßbohrung 24 und die Auslaßbohrung 65. In der Offenstellung gibt der Ventilkolben 67 eine Verbindung zwischen Einlaßbohrung 24 und Auslaßbohrung 65 frei. Die Hauptventilanordnung ist durch Veränderung einer Druckbelastung oder Feder 114 einstellbar, so daß der vorgegebene Druckmittedruck veränderbar ist, bei welchem das besagte Druckmittel abgeblasen wird.

Das Steuerventil enthält einen Ansatz oder ein Steuerventilgehäuse 208, in welchem eine Kugel 220 angeordnet ist, die zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung beweglich ist. In der Schließstellung liegt die Kugel 220 abdichtend an dem Ventilsitz 218 an und trennt die Einlaßbohrung 24 von der Hauptventilanordnung. In der Offenstellung gibt die Kugel 220 eine Verbindung zwischen der Einlaßbohrung 24 und der Hauptventilanordnung frei. Das Steuerventil ist durch Veränderung einer Druckbelastung oder Feder 232 veränderbar, um den vorgegebenen Druck zu verändern, bei welchem das Druckmittel auf die Hauptventilanordnung gegeben wird.

Das Sicherheitsauslaßventil 10 enthält auch einen Hilfsanschluß 246 und einen Kolben 128, der ein Hilfsmittel zum Öffnen der Hauptventilanordnung ohne Änderung von deren Einstellung darstellt, so daß die Bauteile der Hauptventilanordnungen mit einer Reinigungsflüssigkeit, beispielsweise Wasser, gereinigt werden können, um das Abbinden von Zement innerhalb des Sicherheitsauslaßventils 10 zu verhindern.

Die Wirkungsweise des einstellbaren Sicherheitsauslaßventils nach der Erfindung ist folgende:

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Die Kugel 220 des Steuerventils ist zwischen einer ersten, Schließstellung, die in Fig. 1a dargestellt ist, und einer (nicht dargestellten) Offenstellung beweglich, in welcher der Ball 220 von dem Sitz 218 abgehoben ist und die Einlaß- und Auslaßanschlüsse 212 und 214 miteinander in Druckmittelverbindung stehen.

Der Ventilkolben 67 ist aus der ersten, Schließstellung, in welcher die Ringfläche 206 an dem Kolbensitz 42 anliegt und den Einlaß 24 von dem Auslaß 65 trennt, wie in Fig. 1a dargestellt ist, und einer zweiten, nicht dargestellten Offenstellung beweglich, in welcher der Ventilkolben 67 relativ zu dem Ventilsitz 52 angehoben ist, so daß eine Druckmittelverbindung zwischen der Einlaßbohrung 24 und dem Auslaß 65 des Ventilgehäuses 12 hergestellt ist.

Das Si_#cherheitsauslaßventil 10 ist mittels der Flügelmutter auf einem Hochdruckbehälter gehaltert. Das unter hohem Druck stehende Druckmittel steht über die Einlaßbohrung 24 mit dem Sicherheitsauslaßventil in Verbindung. Wenn der Druck des Druckmittels einen vorgegebenen Wert erreicht, reicht die über die Einlaßöffnung 212 auf die Ventilkugel 220 des Steuerventils ausgeübte Kraft aus, um die Feder 23 2 des Steuerventils zusammenzudrücken, so daß sie aufschnappt und damit eine Bewegung der Ventilkugel 220 in ihre zweite, Offenstellung gestattet. Das unter hohem Druck stehende Druckmittel wird dann durch die Einlaßöffnung 212, die Bohrung 210 und die Auslaßöffnung 214 zu der Ringfläche 216 zwischen dem Ansatz 208 und dem unteren Teil 70 des Ventilkolbens durchgelassen. Die nach oben gerichtete Kraft, die von den unter hohem Druck stehenden Druckmittel im Ringraum 216 auf den unteren Teil 70 des Ventilkolbens ausgeübt wird, bewirkt dann eine Zusammendrückung der Feder 114. Nach Zusammendrückung der Feder 114 bewegt sich der Ventilkolben 67 in seine zweite, Offenstellung nach oben und bringt dabei den Ansatz 208 außer Anlage an der Einlaßbohrung 24, so daß die Einlaßbohrung 24 mit der Auslaßbohrung in Verbindung steht und das unter Druck stehende Druckmittel schnell durch das Sicl^gljrjEjJtjis^u-^gaygntil abgeblasen werden kann.

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Die Feder 114, bestehend aus einem Stapel von Federringen, ist so konstruiert, daß sie infolge der Reibungskräfte zwischen den aneinandergrenzenden inneren und äußeren Federringen 110 und eine sehr geringe Rückstellkraft besitzt. Nachdem die zum Zusammendrücken der aus Stapeln von Ringfedern bestehenden Feder 1.14 erforderliche Anfangskraft ausgeübt worden ist, hält eine viel kleinere Kraft die Feder 114 im zusammengedrückten Zustand, so daß der Ventilkolben 67 in seiner zweiten Offenstellung bleiben kann, bis der Druck in dem Behälter, an dem das Sicherheitsauslaßventil 10 angebracht ist, auf einen Wert abgesunken ist, der weit unterhalb des Wertes liegt, der anfänglich zum öffnen des Sicherheitsauslaßventils 10 erforderlich war. Das gestattet es dem Sicherheitsauslaßventil 10, das unter hohem Druck stehende Druckmittel schnell vollständig abzublasen.

Der Druckmitteldruck in der Einlaßbohrung 24, der erforderlich ist, um die Ventilkugel 220 in ihre zweite Offenstellung zu bewegen kann durch Lösen der Sechskantkontermutter 24 2 und durch Verdrehen des Steuerventiljustiergliedes 236 eingestellt werden, um die Vorspannung der Feder 23 2 des Steuerventils zu verändern.

In ähnlicher Weise kann der Druck, der erforderlich ist, um den Ventilkolben 67 in seine zweite Offenstellung zu bewegen, durch Lösen der Innensechskantschraube 88 und anschließendes Verdrehen des RingfederJustierglieds 74 verändert werden, um die Vorspannung der Feder 114 zu verändern.

Wie eingangs angegeben, ist das Sicherheitsauslaßventil 10 speziell konstruiert für die Verwendung bei Zementierflüssigkeiten unter hohem Druck, wie sie beim Zementieren von ölbohrlöchern verwendet werden. Bei der Behandlung solcher Flüssigkeiten ist sehr wichtig, daß das Sicherheitsauslaßventil so aufgebaut ist, daß es gereinigt werden kann und aller Zement

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beseitigt wird, der anderenfalls innerhalb des Ventils abbinden und dieses funktionsunfähig machen könnte. Das wird bei dem Sicherheitsauslaßventil der vorliegenden Erfindung ohne Veränderung der Einstellung weder der Feder 232 des Steuerventils noch der Feder 114 wie folgt erreicht:

Eine (nicht dargestellte) Hilfsdruckquelle mit einem Druckmittel unter hohem Druck wird mit einem Anschluß 246 verbunden, so daß sie mit einem Ringraum 248 zwischen dem Kolben 128 und dem Kolbendichtring 162 in Verbindung steht. Infolge der wesentlich größeren Fläche des Kolbens 128, der vom Druckmitteldruck der Hilfsdruckquelle beaufschlagt ist, im Vergleich zu der Ringfläche der Kammer 216, die dem Druck in der Einlaßbohrung 24 ausgesetzt ist, wenn der Ventilkolben 67 in der in Fig. 1 und 1a dargestellten Schließstellung ist, ist ein wesentlich geringerer Hilfsdruck erforderlich um eine ausreichende Druckkraft auf die Feder 114 zum Zusammendrücken derselben und zur Bewegung des Ventilkolbens 67 in seine Offenstellung auszuüben. Der Anschluß 246 ist stets von der Einlaßbohrung 24 getrennt. Die Ventilkugel 220 des Steuerventils wird in ihre Offenstellung bewegt, indem die Sechskantmutter 224 angezogen wird und die Feder 23 2 des Steuerventils weiter zusammengedrückt wird. Dann wird eine Reinigungsflüssigkeit, beispielsweise Wasser, durch das Ventil durchgeleitet. Der Druck an dem Anschluß 24 6 wird dann weggenommen und die Sechskantmutter 224 wieder gelöst, so daß die Feder 232 des Steuerventils und die Feder 114 wieder in ihre voreingestellten Anfangsstellungen zurückgehen.

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Claims

294Ul Π Patentansprüche

1. Sicherheitsauslaßventil mit einer Hauptventilanordnung, über welche ein Druckmittel abblasbar ist, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (218,220), durch welches das unter Druck stehende Druckmittel auf die Hauptventilanordnung (42,67) aufschaltbar ist.

2. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (218,220) einstellbar ist, um den vorgegebenen Druck zu verändern, bei welchem das Druckmittel auf die Hauptventilanordnung (42,67) aufschaltbar ist.

3. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptventilanordnung (42,67) einstellbar ist, um den vorgegebenen Druck zu verändern, bei welchem das Druckmittel abgeblasen wird.

4. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptventilanordnung (42,67) durch eine Hilfseinrichtung (128,248) aufdrückbar ist, ohne die Einstellung der Hauptventilanordnung zu verändern, so daß das Sicherheitsauslaßventil (10) mit einer Reinigungsflüssigkeit gereinigt werden kann.

5. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein Ventilgehäuse (12) mit einem Einlaß (24) und einem Auslaß (65) vorgeshen ist,

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(b) die Hauptventilanordnung (42,67) in dem Ventilgehäuse (12) angeordnet und zwischen einer Schließstellung, in welcher der Einlaß (24) und der Auslaß (65) voneinander getrennt sind, und einer Offenstellung beweglich ist, in welcher sie eine Verbindung zwischen Einlaß (24) und Auslaß (65) herstellt, und

(c) das Steuerventil (218,220) in dem Ventilgehäuse (12) angeordnet und zwischen einer Schließstellung, in welcher es den Einlaß (24) und die Hauptventilanordnung (42,67) voneinander trennt, und einer zweiten Stellung beweglich ist, in welcher es eine Verbindung zwischen Einlaß (24) und Hauptventilanordnung (42,67) herstellt.

6. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Hauptventilanordnung einen Ventilkolben (67) enthält, der den Durchgang zwischen Einlaß (24) und Auslaß (65) beherrscht, und

(b) in dem Ventilgehäuse (12) eine Kammer (216) gebildet ist, über welche eine Verbindung zwischen dem Auslaß (214) des Steuerventils (218,220) und dem einen Ende des Ventilkolbens (67) herstellt, so daß bei einem vorgegebenen Eingangsdruck das Steuerventil (218,220) öffnet und Druckmittel in die Kammer (214) leitet, welches den Ventilkolben (67) in die Offenstellung bewegt.

7. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das Steuerventil ein Steuerventilgehäuse (208) mit einem Steuerventileinlaß (212) und einem Steuerventilauslaß (214) enthält,

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(b) in dem Steuerventilgehäuse (208) zwischen dem Steuerventileinlaß (212) und dem Steuerventilauslaß (214) ein Ventilsitz (218) gebildet ist,

(c) ein Ventilschließkörper (220) bei Schließstellung des Steuerventils auf dem Ventilsitz (218) aufsitzt und

(d) der Ventilschließkörper (220) durch eine Feder (232) in Schließrichtung vorbelastet ist.

8. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Feder (232) des Steuerventils einstellbar ist, so daß der Einlaßdruck, der zum öffnen des Steuerventils erforderlich ist, eingestellt werden kann.

9. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (208) des Steuerventils an dem Ventilkolben (67) befestigt ist, so daß sich das Ventilgehäuse (208) mit dem Ventilkolben (67) bewegt.

10. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilgehäuse (12) der Hauptventilanordnung und dem Ventilkolben (67) eine Kolbenbelastungsfeder (114) angeordnet ist, durch welche der Ventilkolben (67) in Schließrichtung vorgespannt ist.

11. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Kolbenbelastungsfeder (114) eine Mehrzahl von in axialen Abständen angeordneten äußeren Federringen (112) enthält,

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(b) die Kolbenbelastungsfeder (114) weiterhin eine Mehrzahl von in axialen Abständen voneinander angeordneten inneren Federringen (110) enthält und

(c) die radial äußeren Flächen (116,118) der inneren Federringe (110) an den radial inneren Flächen (120, 122) der äußeren Federringe (112) anliegen.

12. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenbelastungsfeder einstellbar ist, so daß der Druckmitteldruck in der Kammer, der zur Bewegung des Ventilkolbens in die Offenstellung erforderlich ist, eingestellt werden kann.

13. Sicherheitsauslaßventil nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Ventilkolben (67) einen Kolben (128) aufweist, der abdichtend in einer zylindrischen Innenbohrung (134) des Ventilgehäuses (12) geführt ist und

(b) das Ventilgehäuse (12) einen Anschluß (248) aufweist, über welchen ein Hilfsdruckmittel auf eine Kolbenfläche dieses Kolbens (128) aufschaltbar ist, so daß der Ventilkolben (67) in die Offenstellung bewegt wird.

14. Sicherheitsauslaßventil nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das Ventilgehäuse (12) einen im wesentlichen zylindrischen Hohlraum bildet,

(b) der Einlaß als Einlaßbohrung (24) an einem Ende des Ventilgehäuses (12) vorgesehen ist,

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(c) der Ventilkolben (67) in diesem Hohlraum angeordnet ist und an einem ersten Ende einen zylindrischen, axial vorspringenden Teil und einen axial vorspringenden Ansatz (208) aufweist,

(d) zwischen dem zylindrischen Teil und dem Ansatz (208) eine Ringkammer (216) gebildet ist, welche einen die Einlaßbohrung (24) umgebenden ringförmigen Ventilkolbensitz (18,44) aufnimmt, und

(e) der Ventilkolben (67) in der Schließstellung auf dem Ventilkolbensitz (18,44) aufsitzt und der Ansatz (208) dicht in der Einlaßbohrung (24) aufgenommen ist, während er in der Offenstellung eine Verbindung zwischen der Einlaßbohrung (24) und dem Auslaß (65) herstellt.

15. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 9 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (208) das Steuerventilgehäuse bildet.

16. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das erste Ende des Ventilkolbens (67) zwischen dem zylindrischen Teil und dem Ansatz (208) eine abgeschrägte Ringfläche (206) bildet, welche die Ringkammer (216) teilweise begrenzt, und

(b) in der Schließstellung des Ventilkolbens (67) diese abgeschrägte Ringfläche (206) abdichtend an dem Ventilkolbensitz (18,44) anliegt.

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17. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 13 und Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der an dem Ventilkolben (67) vorgesehene Kolben (128) abdichtend in dem zylindrischen Hohlraum geführt ist und

(b) der Anschluß (248) für das Hilfsdruckmittel in dem Hohlraum vor einer in Öffnungsrichtung druckbeaufschlagbaren Kolbenfläche dieses Kolbens (128) mündet.

18. Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (248) für das Hilfsdruckmittel von der Einlaßbohrung (24) des Ventilgehäuses (12) getrennt ist.

19. Einstellbares Sicherheitsauslaßventil enthaltend: ein Ventilgehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß,

ein in dem Ventilgehäuse angeordnetes Ventilschließglied, das zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung beweglich ist, und

elastische Glieder, durch welche das Ventilschließglied zu der Schließstellung hin vorbelastbar ist und welche einstellbar sind, um den vorgegebenen Einlaßdruck zu verändern, der zum Bewegen des Ventilschließgliedes in die Offenstellung erforderlich ist,

gekennzeichnet durch

eine Hilfseinrichtung (128,248), durch welche das Ventilschließglied (67) ohne Veränderung der Einstellung der elastischen Glieder (114) in die Offenstellung bewegbar ist.

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20. Einstellbares Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinrichtung einen mit dem Ventilschließglied (67) verbundenen Kolben (128) enthält, der dicht in der Innenbohrung des Ventilgehäuses (12) geführt ist, sowie Mittel (248) zu Beaufschlagung einer Kolbenfläche dieses Kolbens mit einem Hilfsdruckmittel unter Druck.

21. Einstellbares Sicherheitsauslaßventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Hilfsdruckmittel beaufschlagte Kolbenfläche größer ist als die Fläche des Ventilschließgliedes (67), die in der Schließstellung desselben dem Einlaßdruck ausgesetzt ist.

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