DE1955438C2 - Ventilmechanismus - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Durchgangsventil mit zwei Ventilsitzen und einem druckentlasteten, im Ventilgehäuse axial verstellbaren Verschlußstück, wobei der eine Ventilsitz in der Durchgangsöffnung des Ventils und der andere Ventilsitz in der Verstellbahn des Verschlußstückes angeordnet sind, wobei beiden Ventilsitzen am Verschlußstück gesonderte, axial wirkende Dichtflächen zugeordnet sind, und wobei beide Ventilsitze aus axial elastisch nachgiebigen Dichtringen bestehen, deren axialer Abstand voneinander bei geöffnetem Ventil größer ist als der Abstand der beiden Dichtflächen.

Ausgehend von diesem durch die US-PS 27 31 036 vorgegebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zu schaffen, in welchem das Verschlußstück bei im Durchmesser gleich großen Dichtungsflächen beider Ventilsitze, ohne demontiert werden zu müssen, ein· und ausgebaut werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der in der Verstellbahn des Verschlußstückes angeordnete Dichtring selbst aus nachgiebigem Material besteht und eine in eine Ausnehmung des Verschlußstückes hineinragende Dichtlippe besitzt, welche über einen Zwischensteg mit einem im Ventilgehäuse gelagerten Basisteil verbunden und relativ dazu beweglich ist.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß das Verschlußstück ohne Demontage ein- und ausgebaut werden kann, so daß die Beschaffenheit der Dichtungen ohne großen Aufwand überprüft werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet worden. In den Zeichnungen zeigt

ίο F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Ventilrnechanismus, der die Grundprinzipien der Erfindung enthält,

F i g. 2 eine Unteransicht der oberen Ventildichtung gemäß Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 2,

is Fig.4 einen Teil eines Querschnitts durch den Ventilkäfig,

Fig.5 einen Querschnitt durch eine modifizierte Ausgestaltung eines die Grundprinzipien der Erfindung enthaltenden Ventilmechanismusses und

Fig.6 einen Teil eines Querschnittes durch eine modifizierte Form der oberen Ventildichtung gemäß F i g. 5, der in der gleichen Art wie in F i g. 3 dargestellt ist

Der in F i g. 1 der Zeichnungen dargestellte Ventilme-

2s chanismus 10 umfaßt ein Ventilgehäuse 12 und eine Ventilhaube 14, die miteinander durch geeignete Befestigungen wie beispielsweise eine Mehrzahl von Schraubenspindeln 15 und Schraubenmuttern 16 verbunden sind. Innerhalb des Ventilgehäuses 12 ist ein Durchflußkanal 18 vorgesehen, der einen Einlaß 20 mit einem Auslaß 22 verbindet Das Ventilgehäuse 12 ist mit Flanschen 24 versehen, die zur Verbindung mit Flanschen einer Rohrleitung oder dergleichen dienen. Es können jedoch auch andere Einrichtungen zum Verbinden des Ventilgehäuses 12 mit einer Rohrleitung oder irgendeinem Kreislauf vorgesehen sein.

Innerhalb des Ventilgehäuses ist ein Ventilkäfig 26, ein zwischen der Wandung 35 des Ventilgehäuses 12 und dem Ventilkäfig 26 vorgesehener Ventilsitzring 28

•to und ein Verschlußstück 30 angeordnet, das gleitend innerhalb des Ventilkäfigs 26 gelagert ist, so daß es sich auf den Ventilsitzring 28 zu u.;d wieder von ihm weg bewegen kann. Der Ventilkäfig 26 umfaßt ein rohr- bzw. hülsenförmiges Element, in dessen Wand eine Mehrzahl von charakteristischen Öffnungen oder Durchlässen 32 vorgesehen ist. In einer um den Ventilkäfig 26 herumlaufenden Ausnehmung ist ein Dichtungsring 27 angeordnet, der zur Abdichtung zwischen dem Ventilkäfig 26 und dem Ventilgehäuse 12 dient.

Der Ventilsitzring 28 besitzt einen Ring 28a, dessen Öffnung einen Teil des Durchflußkanals in dem Ventilgehäuse 12 bildet. Der obere Teil des Ringes 28a Ueht im Eingriff mit dem Ventilkäfig 26 und liegt auf einer ringförmigen Schulter 34 auf, die in der Innenwandung 35 des Ventilgehäuses 12 ausgebildet ist. Der Ventilsitzring 28 besitzt außerdem einen Dichtungsring 286, der zwischen den angrenzenden Oberflächen des Ringes 28a und einer ersten Dichtung 28c angeordnet ist. Der Dichtungsring 286 verhindert bei Benutzung eines Plastik-Dichtungsmaterials eine Lekkage zwischen der Dichtung 28c und dem Ring 28a. Die Dichtung 28c ist so ausgelegt, daß sie mit der unteren Oberfläche des Verschlußstückes 30 zusammenwirkt und eine Strömung durch den Durchflußkanal 18 abdichtet.

Am oberen Ende des Verschlußstückes 30 ist in einer Ausnehmung ein Ring 62 vorgesehen, der zur Verringerung der Vibration des Verschlußstückes 30

innerhalb des Ventilgehäuses 26 dient. Der Ring 62 vermindert den Durchfluß von Fluidum durch den schmalen ringförmigen Spalt zwischen dem Verschlußstück 30 und dem Ventilkäfig 26, Durch das Verschlußstück 30 erstrecken sich Bohrungen 31, die zum Ausgleich des Druckes in der Kammer 33 überhalb des Verschlußstückes mit dem Druck unterhalb des Ventilzapfens dienen und dabei die Größe der unausgeglichenen Kraft des Fluidums, die auf das Verschlußstück 30 einwirkt, ausgleichen.

Der Ventilkäfig 26 und der Ventüsitzring 28 sind zwischen einem Dichtring 36 auf der in der Wand 35 vorgesehenen Schulter 34 und einer Dichtung 38 zwischen der Ventilhaube 14 und dem oberen Ende des Ventilkäfigs 26 angeordnet. Die einzelnen Teile werden is dabei durch die Schraubenspindeln 15 und Schraubenmuttern 16, die die Ventilhaube 14 mit dem Ventilgehäuse 12 verbinden, in ihrer gegenseitigen Lage zueinander gehalten.

Das Verschlußstück 30 ist innerhalb des Ventilkäfigs 26 durch eine Ventilstange 40 hin- und hergehend beweglich, die an ihrem oberen Ende mit einem geeigneten Betätigungsmechanismus verbunden sein kann.

Die Ventilstange 40 erstreckt sich von dem Verschlußstück 30 durch eine öffnung in der Ventilhaube 14, einen Abstreifer 42, der in einem Ring 44 angeordnet ist, eine Vorspannfeder 46, eine Abdeckscheibe 48, eine Dichtpackung 50, einen rohrförmigen Teil 52, einen Dichtungsring 54 aus Filz oder ähnlichem Material und eine Dichtpackungsscheibe 56. Das Betätigungsende der Ventilstange 40, das oben aus der Dichtpackungsscheibe 56 herausragt, dient zur Verbindung mit einem Betätigungsmechanismus. Die Dichtpackungsscheibe 56 ist mittels Schraubenspindeln 58 und Schraubenmuttern 59 mit der Ventilhaube 14 verbunden. Dabei kann durch die auf den Schraubenspindeln 58 sitzenden Schraubenmuttern 59 der Dichtungsdruck der Dichtungspackung vergrößert werden. Eine Abschlußschraube 60 dient zum Verschlie-Ben einer Schmiermittelöffnung in der Kammer der Ventilhaube 14, in der die Vorspannfeder 46 angeordnet ist. Die Dichtpackungsanordnung ist kein Teil der vorliegenden Erfindung. Es können infolgedessen auch andere Dichtpackungsanordnungen verwendet werden.

Der einteilige obere Ventilsitz liegt auf der Dichtoberfläche am äußeren Teil des Ventilzapfens 30 nur auf, wenn das Verschlußstück 30 in geschlossener Stellung am unteren Ventilsitz 28 anliegt. Es gehört zu den Vorteilen der neuen oberen Ventildichtung gemäß der Erfindung, daß kein«; Einstellung des Abstandes der beiden Ventilsitze notwendig ist, daß kein Gleitdichtungswidirrstand die Einstellung des Verschlußstückes nachteilig beeinflußt und eine minimale Kraft auf die Ventilstange ausreicht, um das Verschlußstück blasendicht abzudichten.

Beim Betrieb mit offenem Verschlußstück stehen weder der erste Ventilsitz 28 noch der zweite Ventilsitz 64 im Eingriff mit dem Verschlußstück 30.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird ω nachfolgend die Ausbildung der oberen Ventildichtung 64 im Detail beschrieben. Die obere Dichtung 64 umfaßt einen äußeren, ringförmigen Basisteil 66, der mit einem nach innen weisenden flexiblen, lippenförmigen Teil 68 über einen Zwischensteg 69 verbunden ist. Die obere &■> Ventildichtung i&t in einer Ausnehmung 63 in dem Ventilkäfig 26 angeordnet und besitzt nach dem Einsetzen im Querschnitt die Form eines umgekehrten J oder eines umgekehrten L Der lippenförmige Teil 68 erstreckt sich ein wenig nach innen in den Durchlaß, in dem sich das Verschlußstück bewegt. Die Außenfläche des Verschlußstückes ist deshalb ein wenig ausgespart, wodurch eine obere Dichtschulter an dem Verschlußstück entsteht, so daß der lippenförmige Teil 68 der oberen Ventildichtung 64 nicht mit der äußeren Oberfläche des Verschlußstückes in Kontakt steht, wenn das Verschlußstück sich in der Öffnungsposition befindet. Der lippenförmige Teil 68 ist im Hinblick auf den Teil, um den die obere Ventildichtung 64 sich von dem Ventilkäfig nach innen erstreckt, relativ dick ausgelegt, so daß die obere Ventildichtung 64 sich nicht in einer Art Auskragbewegung verbiegt und dem Verschlußstück in seiner Bewegung folgt. Weiterhin ist die obere Ventildichtung 64 in gewissen Abständen durch Nuten 70 und Rippen 72 versteift. Wie am besten aus Fig.2 und 3 entnommen worden kann, sind die Nuten 70 ringförmig ausgebildet und in einem Kreis angeordnet, wobei sie voneinander durch die Versteifungsrippen 72 getrennt sind.

Wenn sich das Verschlußstück id nach oben bewegt, wird zuerst an der Stelle der Rippen 72 eine Leckage auftreten, da an ihnen die Dichtung 64 am steifsten ist. Die Abschnitte zwischen den Rippen 72 sind flexibler und folgen infolgedessen dem Verschlußstück 30 leichter. Wenn einmal eine Leckageöffnung entstanden ist, löst sich die Ventildichtung 64 von allein von dem Verschlußstück 30. Aufgrund dieser Konstruktion ist die obere Ventildichtung 74 flexibel genug, um die auf die Ventilstange auszuübenden Kräfte gering zu halten. Sie ist jedoch steif genug, um zu verhindern, daß der lippenförmige Teil 68 in entgegengesetzter Richtung dem Verschlußstück folgt.

Die innere Oberfläche des flexiblen Teils 68 der oberen Dichtung 64 ist in radialer Richtung gesehen gewölbt, um sicherzustellen, daß die Linie des Dichtkontakles mit dem Verschlußstück nicht zu einem unterschiedlichen Durchmesser führt, wenn das Verschlußstück 30 von dem ersten Ventilsitz 28 wegbewegt wird. Eine Veränderung des Dichtdurchmessers könnte r:i einer Flächenveränderung führen, die sich als Veränderung der Kraft auf die Ventilstange auswirken könnte, da der Druck innerhalb des Durchflußkanales 18 sich auf die obere Ventildichtung 64 auswirkt.

Die obere Ventildichtung 64 ist aui einem elastomeren Material hergestellt und kann in einer Nut oder Ausnehmung 63 in dem Ventilkäfig in der gleichen Weise wie ein Dichtungsring im Innern eines Zylinders angebracht werden. Das Verschlußstück 30 ist an seinem oberen Ende abgeschrägt, so daß es in dem Ventilkäfig 26 durch Aufwärtsschieben installiert werden kann. Die innere Oberfläche des flexiblen Teils 68 der oberen Dichtung 64 besitzt einen Einführwinkel a, wie in Fig.3 dargestellt ist, so daß sie leichter zurückgepreßt werden kann, wenn das Yerschlußstück 30 an ihr vorbeigeschoben wird. Die Flexibilität der oberen Ventildichtung 64 gleicht Herstellungstoleranzen aus, so daß keine Einstellung zwischen den beide Sitz- oder Diel· .oberflächen des Verschlußstückes 30 erforderlich ist.

Die Dichtung 28c ist so ausgebildet, daß sie nur geringe Ventilstangenkräfte erfordert, um das Verschlußstück dicht abzuschließen. Die Dichtkante des Verschlußstückes 30 ist als Schneide ausgebildet und besitzt einen kleinen Radius, so daß sie gut hergestellt werden kann. Die Dichtung 28c ist vor dem Aufprall von strömendem Fluidum geschützt, so daß eine lange

Lebensdauer sichergestellt ist und sie entweder aus einem elastomeren oder einem Plastikmaterial hergestellt sein kann.

Der Absatz 74 auf dem unteren Ende der Ventilhaube 14 grenzt in der Weise zusammen mit einer flachen Dichtung 38;» an einen Absatz 75 am oberen Teil des Ventilgehäuses 12 an. daß eine positiv gesteuerte, optimale Kompression auf die F'ederdichtung 38 aufgebracht wird. Die Dichtung 38 besitzt vorzugsweise Spiralform.

Aus F ι g. 4 ist ersichtlich.daß Druckentlastungsdurchlässe 80 in dem Ventilkafig 26 vorgesehen sind, um den Driii.'«. .in der äußeren Kante der Dichtung 28c mit dem Driak .hi dem Punkt, an dem die Dichtung dem I luidumstrum ausgesetzt ist. auszugleichen. Dies trägt dazu bei. die Dichtung 28c beim Auftreten hoher Drücke an ihrem Platz zu halten. Wenn das Verschlußstück 30 in die Öffnungslage bewegt wird und sich dicht überhalb dem Ventilsitz 28 befindet, ist das .Strömungsgebiet an un.-M.-iii Pümm Scm" klein riVi VcTgiciCn /ü dem ucT Aufströmgcbiete des Ventils. Wenn ein hoher Druckabfall vorhanden ist. ist der statische Druck an diesem Punkt der Fhißminderung sehr gering. Dieses bewirkt eine hohe Druckdifferenz entlang der Dichtung, durch clic sie leicht aus ihrer Lage gebracht wird. Der Ausgleich des Druckes beseitigt das Problem, daß eine elastomere Dichtung aus ihrer Position herausgebracht wird Die Druckgrenze für elastomere Dichtungen bei dieser Ausgestaltung liegt bei dem Druck, der noch eine vernünftige Dichtungslebenszeit ergibt im Hinblick auf die Durchflußbedingungen und den Fluidumaufprall auf die Dichtung.

In F i g. 5 der Zeichnungen ist ein modifizierter Ventilmechanismus 10' dargestellt, der dem Ventilmechanismus in Fig. 1 ähnlich ist und sich im wesentlichen von diesem durch die Form der oberen Ventildichtung 164 und deren Halterung unterscheidet. Ein Vorteil dieser modifizierten Ausfiihrungsform besteht darin. daß sic leicht auseinandergenommen und wieder zusammengesetzt werden kann, um eine einfache und vollsiandige Inspektion aller Teile vorzunehmen.

Bei der Auslegung der Dichtungen gem. den Fig. 1.2 und 3 besteht die Möglichkeit, daß die obere Ventildichtung 64 zerstört wird, wenn das Verschlußstuck 30 insbesondere >on oben in den Ventilkäfig eingesetzt wird. Der richtige Zusammenbau erfolgt dadurch, daß das Verschlußstück 30 von unten in den Ventilkafig 26 eingesetzt und dann der Ventilkäfig 26 und das Verschlußstück 30 als Einheit in das Ventilgehäuse 12 eingesetzt wird. Ein Vorteil der modifizierten, in den F ι g. 5 und 6 gezeigten Ausbildung besteht darin. di-.3 keine besondere Zusammensetzungsart notwendig ist und die Teile einfach in das Ventilgehäuse 12 eingesetzt werden können, wobei lediglich darauf zu achten ist. daß die einzelnen Teile in der zusammengesetzten Vorrichtung ihren richtigen Platz haben.

Ein wichtiger Vorteil der modifizierten Ausführung besteht darin, daß das Verschlußstück 30 leicht herausgezogen und wieder eingesetzt werden kann. ohne dabei den Rest der Ventilteile entfernen zu müssen. Dies ist dort wichtig, wo es notwendig ist. häufig die Beschaffenheit der elastomeren Dichtungen zu überprüfen, wie es für Ventile üblich ist, die in der Naturgas-Industrie Verwendung finden. Ein kritisches Merkmal der oberen Ventildichtung 164 besteht in den Winkeln b und c(F i g. 6). Diese Winkel sind so gewählt daß das Verschlußstück 30 die obere Ventildichtung 164 aus einem Weg zurückpreßt, wenn er aus dem Ventilkafig herausgezogen wird. Zusätzlich bewirkt der nach oben weisende Winkel der Oberfläche des Zwischensteges 169 des lippenförmigen Teiles 168. daß

·> die Ventildichtung 164 vorgespannt wird und immer gegen die Diuhtoberflache des Verschlußstückes 30 anliegt, wenn das Verschlußstiick gegen die Dichtung 28cdes ersten Ventilsitzes anliegt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung betragen die Winkel b und

in cjeweils 15°.

Nachdem das Verschlußstück 30 aus dem Ventilkafig entfernt ist, können die Dichtiingskanten der oberen Vcntildichtung 164 und der unteren Dichtung 28c inspiziert werden, ohne daß andere Teile entfernt werden müssen.

Das Verschlußstiick 30 kann wieder eingesetzt werden, indem es nach unten in seine Lage geschoben wird. Bei diesem Herunterschieben berührt seine untere Kante die obere Kante der oberen Ventildichtung 164

Raum in dem oberen Teil des Ventilkäfigteiles 180. Da die federnde obere Ventildichtung 164 sich biegt. gestattet sie dem Verschlußstiick. durch sie hindurchzugleiten. Nachdem das Verschlußstiick 30 in seiner Lage

>s ist. kehrt die elastomere obere Dichtung 164 in ihre ursprüngliche Lage zurück und kann als Dichtung wirken.

Es ist zu bemerken, daß bei dem modifizierten Venti/.nechanismus 10' gemäß Fig. 5 der Ventilkafig

so 126 aus zwei Komponenten besteht, einem Ventilkäfigteil 180 und einem Ventilkäfigteil 181. Die beiden Teile sind so konstruiert und angeordnet, daß sie den radial sich nach außen erstreckenden Basisteil 166 der oberen Ventildichtung 164 aufnehmen und zwischen sich halten können. Vorzugsweise besitzt das untere Ende des oberen Ventilkäfigteiles 181 einen nach außen weisenden flanschartigen Teil der in eine Ausnehmung der oberen Ventildichtung 164 in der Weise eingreift, daß die obere Ventildichtung 164 sicher festgehalten wird.

wenn die beiden Ventilkäfigteile 180 und 181 zusammengesetzt worden sind.

Die Form der oberen Ventildichtung 164 differiert von der oberen Ventildichtung 64 gemäß den Fig. 1—3. Im wesentlichen besteht dieser Unterschied darin, daß die Verstärkungsrippen 72 bei der modifizierten Form nicht vorhanden sind. Bei der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausbildung war es notwendig, die obere Ventildichtung 64 in einer Nut oder einer Ausnehmung 63 zu installieren, die am Innendurchmesser des Ventilkäfigs 26 vorgesehen war. Gemäß der Ausbildung der Fig. 5 und 6 kann die obere Ventildichtung 164 wesentlich leichter in ihre Lage gebracht werd^.i. da sie nur auf die untere Kante des Ventilkäfigteiles 181 aufgebracht zu werden braucht, bevor dieses Teil in das Ventilgehäuse eingesetzt wird. Es kann ebenfalls für die obere Dichtung ein härteres elastomeres Material mit gegenüber der in den F i g. 2 und 3 gezeigten Ausführung dickeren Dichtungskanten benutzt werden. Es hat sich gezeigt, daß durch die Benutzung eines härteren Materials und die Vergrößerung der Dicke der Dichtkanten eine Versteifung der oberen Dichtung nicht notwendig war. Weiterhin mußte gemäß der Ausführung in F i g. 1 das Verschlußstück von unten in den Ventilkafig eingesetzt werden, während gemäß der Ausbildung in F i g. 5 das Verschlußstück sowohl von oben als auch von unten in den Ventilkäfig eingesetzt und wieder entfernt werden kann.

Durch die vorliegende Erfindung ist ein verbesserter

Ventilmechanismus geschaffen worden, der eine neuartige obere Ventildichtung besitzt, die so ausgelegt ist. daß sie nur dichtet, wenn das VerschluBstiick sich in Schließstellung gegen einen ersten Ventilsitz legt. Ali, folge davon braucht bei einem mit einem Durchflußkanal versehenen Doppelsitzventil keine Sit/.-/.uSitz-Einstellung mehr durchgeführt zu werden. Es ist kein Gleitdichtungswiderstand des zweiten Sitzes gegenüber dtrr VerschluBstiick vorhanden, der eine nachteilige Einstellung des Verschlußstückes bewirkt. Es wird

deshalb nur eine minimale Ventilstangenkraft benotigt, um das Verschlußstiick blasendicht zu schließen. Der Austausch von Dichtungen ist äußerst vereinfach! worden, was besonders im Hinblick auf die Ausführung gemäß Fig. 5gilt.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispielc beschränkt ist. Das erfindungsgemäße Prinzip kann auch bei anders aufgebauten Ventilen vorteilhaft Anwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Durchgangsventil mit zwei Ventilsitzen und einem druckentlasteten, im Ventilgehäuse axial verstellbaren Verschlußstück, wobei der eine Ventilsitz in der Durchgangsöffnung des Ventils und der andere Ventilsitz in der Verstellbahn des Verschlußstückes angeordnet sind, wobei beiden Ventilsitzen am Verschlußstück gesonderte, axial wirkende Dichtflächen zugeordnet sind, und wobei beide Ventilsitze aus axial elastisch nachgiebigen Dichtringen bestehen, deren axialer Abstand bei geöffnetem Ventil größer ist als der Abstand der beiden Dichtflächen, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Verstellbahn des Verschlußstückes (30) angeordnete Dichtring (64, 164) selbst aus nachgiebigem Material besteht und eine in eine Ausnehmung des Verschlußstückes hineinragende Dichtlippe (68, 168) besitzt, welche über einen Zwischensteg (69, 169) mit einem im Ventilgehäuse (26,126) geiagerten Basisteil (66,166) verbunden und i-eiativ dazu beweglich ist

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischensteg (69) mit zusätzlichen, im Abstand voneinander angeordneten Rippen (72) versehen ist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischensteg (169) schräg zu einer Ebene verläuft, die sich senkrecht zur Mittelachse des Dichtringes (164) erstreckt, und daß die Winkel (b, c), die die Oberflächen des Zwischensteges zu der Ebene bilde«¹, so gewählt sind, daß das Verschlußstück (30) beim Herausziehen aus dem Ventilgehäuse die Dichrlippe (169) aus seinem Weg zurückpreßt, und daß das Verschluss! ück .beim Einsetzen die Dichtlippe (168) in einen für sie /orgesehenen Raum im Ventilgehäuse einschiebt.