DK176684B1 - Aflastningsventil - Google Patents

Description

DK 176684 B1

Aflastningsventil

Opfindelsen vedrører en aflastningsventil til trykaflastning af en tank og omfattende et ventilsæde og et ventillegeme, som er sammenhængende med 5 en hovedmembran, hvis ene side er forbundet til tanken via en pilotkanal, og hvis anden side er forbundet dels til tanken og dels til en aflastningskanal, og omfattende en pilotventilenhed med mindst en pilotmembran, som er indrettet til - ved et settryk - at åbne for en pilotventil, som er anbragt i nævnte pilotkanal, hvilken pilotkanal har en indgangsåbning, som er forbundet til tan-10 ken, og har en udgangsåbning.

Sådanne ventiler benyttes især til aflastning af trykket i tanke, f.eks. om bord i et skib. På grund af temperatursvingninger er det vigtigt at kunne udlufte tankene, men så snart der er brandbare materialer i tanken, stilles der særligt 15 store krav til ventilens funktion og dens evner til at modstå en brand.

Særlig farligt er det, hvis tanken indeholder en væske, som afgiver brandbare gasser, således at blandingen i tanken er brandbar. Dette stiller både krav til, at aflastningsventilen forhindrer tilbageslag af flammer udefra og samtidig 20 arbejder med så små trykforskelle for åbning og lukning, at fordampningen fra tanken reduceres til et minimum.

Pilotmembraner af den ovennævnte art er velkendte og har den fordel, at de kan åbne meget hurtigt, når blot tanktrykket er et lille smule højere end set-25 trykket. Til gengæld er de ikke brandhæmmende, men er snarere farlige, fordi den ovennævnte udgangsåbning er udluftet til det fri. Dette betyder, at f.eks. en dæksbrand kan forplante sig baglæns gennem pilotventilen til tanken.

DK 176684 B1 2

Formålet med opfindelsen er at angive en aflastningsventil, hvor der på en gang både opnås en forbedring af åbne/lukke-funktionerne, samt en sikkerhed mod, at en brand ikke kan forplante sig baglæns gennem ventilen.

5 Dette formål opnås ved, at aflastningskanalen er forbundet til det fri via en overtryksventil, og at udgangsåbningen er forbundet til aflastningskanalen mellem hovedmembranen og overtryksventilen.

Ved at udgangsåbningen er forbundet til aflastningskanalen opnås det - så 10 længe overtryksventilen er lukket - at trykket i aflastningskanalen stiger som følge af gasgennemstrømningen gennem pilotventilen. Denne trykstigning hjælper med til at åbne hovedmembranen hurtigere. Når hovedmembranen åbner, stiger trykket i aflastningskanalen hurtigt, og overtryksventilen lukker op. Dette betyder samtidig et trykfald omkring nævnte udgangsåbning, såle-15 des at gasstrømningen gennem pilotventilen forøges til yderligere sænkning af trykket på hoved membranens ene side. På denne måde opnås en hurtigere og mere driftssikker funktion af ventilen ifølge opfindelsen.

I tilfælde af, at der skulle gå ild i de afkastede gasser, vil der ved den kendte 20 teknik være fare for tilbageslag af flammer, når trykket og dermed strømningshastigheden i aflastningskanalen er faldet. Dette undgås ifølge opfindelsen ved hjælp af overtryksventilen, som vil lukke, inden flammerne når ned i nærheden af aflastningskanalen. Ved at udgangsåbningen er forbundet til aflastningskanalen og denne er afspærret fra omgivelserne ved hjælp af 25 overtryksventilen, er der heller ikke længere risiko for, at en brand kan brede sig gennem pilotventilen.

I tilfælde af undertryk vil dette eksistere på begge sider af hovedmembranen, som vil kunne lukke op, således at der bliver passage fra tanken til aflast-30 ningskanalen. Ved at aflastningskanalen omfatter en overtryksventil, vil den- DK 176684 B1 3 ne lukke og forhindre tilbagesug, som vil være katastrofal i tilfælde af en dæksbrand.

Ved en foretrukken udførelsesform omfatter overtryksventilen et torpedofor-5 met ventillegeme med en i hovedsagen lodret akse. Dette tjener til at samle de udstrømmende gasser til en koncentreret stråle, som kan kastes opad, når aflastningskanalen i brugsstillingen vender opad.

Ved en udførelsesform kan overtryksventilen blot være forspændt ved hjælp 10 af en fjeder og/eller ventillegemets egenvægt, men ved en foretrukken udførelsesform findes der også en magnet, hvis magnetkraft tjener til at gøre åbningstrykket større end lukketrykket. Dette vil tjene til, at overtryksventilen kan tillades at lukke op en smule senere, hvorved der kan opnås yderligere forbedringer af ventilens åbningscyklus som ovenfor beskrevet, samtidig 15 med, at ventilen vil lukke ved et relativt lavere tryk.

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret under henvisning til beskrivelsen af en udførelsesform, idet der henvises til tegningen, hvor 20 fig. 1 viser et snit gennem en udførelsesform, mens fig. 2 viser et forstørret udsnit af den på fig. 1 viste udførelsesform.

Den på fig. 1 viste ventil har forneden en flange 12 til fastgørelse af ventilen 25 på eller i forbindelse med en tank. Tanken kan typisk være en lastetank i et skib, f.eks. til transport af væsker, som afgiver brandbare dampe. Det vil allerede her kunne forstås, at der stilles store sikkerhedsmæssige krav til en aflastningsventil, som både skal kunne udlufte tanken i tilfælde af overtryk, og som skal kunne tillade luft at slippe ind i tilfælde af undertryk. I tilfælde af ud-30 strømmende, brandbare gasser kan disse antændes f.eks. ved et lynnedslag, DK 176684 B1 4 og i tilfælde af vakuum i tanken vil en dæksbrand umiddelbart kunne forplante sig til de brandbare gasser i tanken.

Under normal drift er det også meget vigtigt, at aflastningsventilen virker så-5 ledes, at den ikke lader mere gas undslippe end allerhøjst nødvendigt. Hvis trykket bliver unødvendigt lavt i tanken, vil dette fremme fordampning af væsken i tanken. I praksis kan der fordampe store mængder væske på denne måde i løbet af en transportsejlads. En aflastningsventil til dette formål skal derfor kunne arbejde inden for en meget lille forskel mellem settryk og lukke-10 tryk. I praksis er flangen 12 ikke fastgjort til tanken men forbundet til denne via et længere rørsystem, som betyder trykfald, så snart der strømmer gas gennem røret.

Alt i alt stilles der meget store sikkerhedsmæssige og driftsmæssige krav til 15 aflastningsventiler, som benyttes ombord i skibe. Det skal bemærkes, at opfindelsen også er meget anvendelig i forbindelse med landtanke eller til andre formål, hvor der stilles store krav af den ovennævnte art.

Ventilen omfatter et kammer 13, som står i forbindelse med en tank via flan-20 gen 12 og står i forbindelse med en i og for sig kendt vakuumventil 14, som har til formål at træde i funktion, hvis der opstår vakuum i kammeret 13. En sådan ventil 14 omfatter også i og for sig kendte midler til at forhindre flammer fra omgivelserne i at brede sig ind i kammeret 13.

25 Kammeret 13 er endvidere forbundet til en aflastningskanal 5 via en ventil, som omfatter et ventilsæde 1 og et ventillegeme 2. Ventillegemet 2 er båret af en hovedmembran 3 og lejret således, at ventilen lukker op, når membranen påvirkes til lodret bevægelse. I et sådant tilfælde vil overtrykket fra tanken kunne brede sig til aflastningskanalen 5 og derfra til det fri via en over-30 tryksventil 11, således som det vil blive beskrevet senere. Først vil der nedenfor blive beskrevet, hvorledes den på fig. 2 viste del 6 af ventilen funge- DK 176684 B1 5 rer. Denne del vil i det følgende blive betegnet pilotventilenheden 6, som er forbundet til kammeret 13 via en indgangsåbning 9 og er forbundet til aflastningskanalen 5 via en udgangsåbning 10 samt endelig er forbundet til et kammer 15, som ved den viste udførelsesform er begrænset nedadtil af ho-5 vedmembranen 3.

Pilotventilenheden 6 omfatter en styremembran 16 og en pilotmembran 7, hvor pilotmembranen 16’s overside står i forbindelse med det fri, mens hulrummet mellem membranerne 7 og 16 er forbundet til indgangsåbningen 9 10 via et drøvleorgan 17. Undersiden af membranen 7 er også forbundet til indgangsåbningen 9, men uden om drøvleorganet 17. Ventilen omfatter også en pilotkanal 4, der er forbundet til pilotkammeret 15, til indgangsåbningen 9 via drøvleorganet 17, og som normalt er lukket opadtil ved hjælp afen pilotventil 8. Hvis membranerne 16 og 7 bevæges opad, vil pilotventilen 8 åbne, såle-15 des at der kan strømme gas fra indgangsåbningen 9 til udgangsåbningen 10.

Pilotventilenheden 6 omfatter endvidere en fjeder 24, som er justerbar, og som presser membranen 16 nedad med en forudbestemt og indstillelig kraft. Membranerne er indbyrdes forbundne via pilotventilen 8’s ventillegeme, hvil-20 ke dele er lejret til lodret bevægelse under påvirkning af trykket fra fjederen 24 samt gastrykkene på membranerne.

Virkemåden for den på fig. 6 viste pilotventil er som følger: 25 Idet det antages, at trykket i kammeret 13 er over atmosfæretryk men under settrykket, vil det kunne forstås, at dette tryk også hersker i kammeret 15 og mellem membranerne 16 og 7. Så længe dette tryk ikke kan overvinde atmosfæretrykket plus fjederkraften, vil pilotventilenheden 6 være lukket, og hovedmembranen 3 vil sørge for, at der er lukket mellem kammeret 13 og af-30 lastningskanalen 5.

DK 176684 B1 6 I det øjeblik, hvor trykket i kammeret 13 stiger ti! over settrykket, vil trykforskellen over membranen 16 medføre, at pilotventilen 8 begynder at åbne. I samme øjeblik dette sker, vil der løbe en gasstrøm fra indgangsåbningen 9 til udgangsåbningen 10, og da denne passerer drøvleorganet 17, vil der ned-5 strøms for dette herske et lavere tryk end i indgangsåbningen 9. Denne trykforskel kommer hurtigt til også at eksistere hen over pilotmembranen 7, hvorved pilotventilen 8’s ventillegeme løftes yderligere opad til yderligere forøgelse af gasstrømningen fra indgangsåbningen 9 til udgangsåbningen 10. I praksis betyder dette, at pilotventilen 8 åbner ganske hurtigt, selv om trykket i 10 kammeret 13 kun er lidt større end settrykket. På grund af nævnte strøm vil kammeret 15 også blive evakueret og meget hurtigt forårsage, at membranen 3 løfter ventillegemet 2 opad. Dette skyldes ikke alene, at kammeret 15 bliver evakueret, men også at trykket i aflastningskanalen 5 stiger som følge af, at udgangsåbningen 10 ifølge opfindelsen er forbundet til aflastningskana-15 len 5. Den beskrevne booster-virkning, som opnås ved hjælp af membranerne 16 og 7 er i og for sig kendt, men en af fordelene ved den foreliggende opfindelse er, at den strøming af gas, som foregår gennem pilotventilen, og som er en forudsætning for den kendte booster-virkning, strømmer ind i aflastningskanalen 5 og dermed giver en hidtil ukendt yderligere forøget 20 booster-virkning.

Ved kendte pilotventiler er udgangsåbningen 10 forbundet direkte til det fri, hvilket indebærer en stor risiko for, at en dæksbrand vil kunne brede sig baglæns gennnem ventilen til tanken. Denne risiko forekommer ikke ved opfin-25 delsen, fordi aflastningskanalen 5 er afsluttet af overtryksventilen 11, som både hindrer flammetilbageslag, og som er årsag til, at der kan opbygges et overtryk i aflastningskanalen 5 i løbet af pilotventilenheden 6's åbningsbevægelse.

30 Herefter vil overtryksventilen 11 blive nærmere beskrevet. Udvendig har den form som et torpedoformet legeme, som medfører den kendte virkning, at 7 DK 176684 B1 den udstrømmende gas samles til en koncentreret stråle, som kan kastes højt op i luften. Bunden af det torpedoformede legeme er udformet som et ventillegeme 18, der er indrettet til at ligge an mod et ventilsæde 19. I midten ses et styr 20, som er lodret bevægeligt inden i et spindelstyr 21, som ved 5 hjælp af ikke viste midler er fikseret i forhold til ventilsædet 19. Foroven på spindelstyret 21 findes der en magnetisk skive 22, der er indrettet til at samvirke med en anden magnetisk skive eller en skive af magnetiserbart materiale 23, hvor sidstnævnte skive er justerbar i højden, således at den magnetiske tiltrækningskraft mellem skiverne 22 og 23 kan justeres til en forudbe-10 stemt værdi, når ventillegemet 18 ligger an mod ventilsædet 19, Det er således denne magnetkraft, som holder ventillegemet 18 ned mod ventilsædet 19. Når trykket i aflastningskammeret 5 kan overvinde nævnte magnetiske tiltrækningskraft, vil overtryksventilen 11 åbne, hvorved skiven 23 bliver beliggende i større afstand fra skiven 22, således at den magnetiske tiltræk-15 ningskraft falder og således at ventilen 11 næsten momentant bevæges til sin topstilling, som tillader størst muligt flow.

Magnetskiverne 22 og 23 har også den effekt, at lukketrykket er lidt lavere end åbningstrykket. Det er dog ikke lavere, end at strømningshastigheden 20 målt ved ventilsædet 19 altid er større end udbredelseshastigheden for eventuelle flammer, således at der ikke kan forekomme tilbageslag af flammer ned i aflastningskanalen 5.

Overtryksventilen 11 kunne også være en ren fjederstyret og/eller massesty-25 ret ventil, hvis åbnings- og lukketryk er i hovedsagen ens. Dette ville kunne betyde, at overtryksventilen 11 lukker umiddelbart før pilotventilenheden 6 lukker. Men når overtryksventilen 11 er lukket, er der ingen risiko for tilbageslag af flammer gennem aflastningskanalen 5 og via den endnu åbne ventil ned til kammeret 13 og tanken.

30 DK 176684 B1 8

En kombination af en magnetstyret ventil, en fjederstyret og en massestyret ventil vil give designeren mange frihedsgrader for at sikre, at overtryksventilen 11 fungerer optimalt sammen med de tryk- og strømningsforhold, der forekommer i aflastningskammeret 5, som igen er styret af pilotventilens settryk 5 og lukketryk.

Ved at aflastningskanalen 5 er lukket ud til det fri ved hjælp af en overtryksventil, og ved at udgangsåbningen er 10 forbundet til aflastningskanalen 5, opnås der en ventil, som i forhold til den kendte teknik både er mere brand-10 sikker og funktionssikker.

Claims (4)

1. Aflastningsventil til trykaflastning af en tank og omfattende et ventilsædeil) og et ventillegeme (2), som er sammenhængende med en hovedmem-5 bran (3), hvis ene side er forbundet til tanken via en pilotkanal (4) og hvis anden side er forbundet dels til tanken og dels til en aflastningskanal (5), og omfattende en pilotventilenhed (6) med mindst en pilotmembran (7), som er indrettet til - ved et settryk - at åbne for en pilotventil (8), som er anbragt i nævnte pilotkanal (4), hvilken pilotkanal (4) har en indgangsåbning (9), som 10 er forbundet til tanken, og har en udgangsåbning (10), kendetegnet ved, at aflastningskanalen (5) er forbundet til det fri via en overtryksventil (11), og at udgangsåbningen (10) er forbundet til aflastningskanalen (5) mellem hovedmembranen (3) og overtryksventilen (11).

2. Aflastningsventil ifølge krav 1, kendetegnet ved, at aflastningskanalen i brugsstillingen vender opad, og at overtryksventilen omfatter et torpedoformet ventillegeme med i hovedsagen lodret akse.

3. Aflastningsventil ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at overtryksventi-20 len er forspændt ved hjælp af en fjeder og/eller ventillegemets vægt.

4. Aflastningsventil ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at overtryksventilen omfatter en magnet, hvis magnetkraft tjener til at gøre åbningstrykket større end lukketrykket.