DE2241592A1

DE2241592A1 - Stromlinien-stroemungsventile

Info

Publication number: DE2241592A1
Application number: DE19722241592
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Union Carbide Canada Ltd
Current assignee: Union Carbide Canada Ltd
Priority date: 1971-08-27
Filing date: 1972-08-24
Publication date: 1973-05-24
Also published as: DE7231292U; GB1399764A; CA936438A

Description

PATENTANWALT O 2 U 1 5 9 2

DIPL.-ING. Λ 4. *» l ^ ν» «.

HELMUT GÖRTZ

6 Frankfurt am Main 70 . 21. August 1972

Schneckenhofstr. 27 - Tel. 61 70 79 Gzh/st

UNION CARBIDE CORP., 123 EGLINTON-AVENUE EAST, TORONTO 315, ONT, CANADA

Stromlinien-S tr öniungs ventile

Die Erfindung betrifft ein Stromlinien-Strömungsventil mit verbesserten Regulierungseigenschaften. Insbesondere betrifft sie ein Stromlinien-Strömungsventil, das ein verbessertes elastomeres Kompressionsglied verwendet, um die Strömung durch das Ventil zu regulieren'.

Ströinungsventile der bekannten Art verwenden komplizierte und teure Ausführungen für ihre Regulierungseinrichtung, urn das Problem von lokalen Einschlüssen in dem Ventil zu reduzieren. Ventile, die für den Durchfluss thermoplastischer Materialien oder verschiedener chemischer Komponenten verwendet werden, .müssen so ausgelegt sein, daß sie mit Schlamm, Flüssigkeiten oder sogar Gasen-fertig werden. Es hat sich bei Ventilen früherer Ausführungen häufig gezeigt, daß bei der Durchleitung von Schlamm beispielsweise feste Partikel in Taschen in dem Ventilraum eingeschlossen wurden. Darüber hinaus wird in Anbetracht der ungleichen StrÖmungscharakteristiken durch den Ventilraum der herkömmlichen Strömungsventile in gewissen Teilen des 'Ventilraums eine beträchtliche Strömungsverlangsamung bewirkt, und in dem Fall, daß der Ausfluss Schlamm oder eine Mischung ist, können solche lokalen Verlangsamungen oder Ablagerungen eine unerwünschte Trennung in dem Ausfluss selbst hervorrufen und möglicherweise zu einer Verstopfung des Ventils führen.

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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Strömungsventil zu schaffen, das verbesserte Strömungscharakteristiken in Verbindung mit einem Strömungs-Regulierungssystem aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilanordnung, die folgende Merkmale besitzt:

ein Gehäuse mit einer zylindrischen Druckkammer, die an einem Ende offen ist und deren anderes Ende über einen zentralen Durchgang in dem Gehäuse mit dem Ventiläusseren verbunden ist;

einen Ventilsitz mit einem Druckkolben an einem Ende, der mit der Druckkammer des Gehäuses zusammenwirkt, und eine zentrale öffnung durch den Ventilsitz und den Kolben;

ein zylindrisches nachgiebiges Glied, das in der Druckkammer des Gehäuses angeordnet ist und eine zylindrische Bohrung besitzt, die axial mit dem zentralen Durchgang des Gehäuses ausgerichtet ist;

eine Einrichtung zum Verbinden und Befestigen des Ventilsitzes an dem Gehäuse, wobei der Druckkolben in der Druckkammer angeordnet wird und gegen das nachgiebige Glied stösst, während die zentrale öffnung des Ventilsitzes, die zylindrische Bohrung des nachgiebigen Gliedes und der zentrale Durchgang des Gehäuses axial ausgerichtet sind, wenn der Ventilsitz und das Gehäuse auf diese Weise verbunden sind, wodurch ein axialer Durchgang durch das Ventil geschaffen wird.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung von Ausflihrungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung.

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Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des Strömungsventils;

Fig. 2 einen Teil der Ausführungsform der Fig. 1, um die relative Lage zwischen dem Kolben, der Gehäusekammer und dem· Druckglied zu zeigen, wenn das Strömungsventil zusammengebaut ist; und

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Strömungsventils. . '

Das Stromlinien-Strömungsventil der Fig. 1, mit 1 bezeichnet, v/eist ein Gehäuse 2 für ein Druckglied 3 auf. Das Gehäuse 2 besitzt einen zentralen Durchgang 4 und eine zylindrische Druckkammer 5 für die Aufnahme und Befestigung des Druckgliedes 3, das aus elastomerem Material v/ie Neopren, Gummi oder ähnlichem besteht. Das zylindrische Druckglied 3 besitzt eine zylindrische Bohrung 6, die, wenn das Glied 3 in der Kammer 5 angeordnet ist, mit dem zentralen Durchgang 4 des Gehäuses' zusammenwirkt, um eine Öffnung durch das Gehäuse und das Druckglied zu schaffen. Das Druckglied 3 ist fest in einen Platz auf den Schultern 7 •eingepasst, und die zylindrische Bohrung 6, die im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der zentrale Durchgang 4 aufweist, ist mit dem zentralen Durchgang mittels eines Führungseinsatzes 8 ausgerichtet, der in der Wand des Gehäuses 2 befestigt, ist. Das Gehäuse 2 besitzt einen mit Innengewinde versehenen Teil 9 neben dem Ende des zentralen Durchgangs 4, zur Befestigung des Gehäuseendes des Ventils an einer Strömungsleitung.

Der Ventilsitz 10 weist einen Druckkolben 11 und eine zentrale Öffnung 12 durch.den Kolben und den Ventilsitz auf. Der aussere Durchmesser des Kolbens 11 ist von einer Große, die genau in

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die Druckkammer 5 passt, wenn der Ventilsitz 10 in dem Gehäuse in der unten beschriebenen Weise angeordnet ist. Der Durchmesser der zentralen Öffnung 12 ist im wesentlichen gleich dem Durch- * messer der zylindrischen Bohrung 6 und des zentralen Durchgangs ^r '· 4 des Gehäuses, so daß, wenn der Kolben 11 in der Kammer 5 angeordnet ist, ein zentraler Durchgang durch das Strömungsventil gebildet wird. Führungseinsätze 13 sind in den Wänden des Kolbens 11 befestigt, am FUhrungsende der zentralen Öffnung 12, um einen glatten übergang zwischen der Öffnung 12 und der zylindrischen Bohrung 6 zu erreichen.

Der Ventilsitz 10 kann einen FUhrungszapfen 14a aufweisen, der die richtige Passung des Ventilsitzes und des Kolbens im Gehäuse 2 unterstützen kann. Der Fitirungszapfen 14a wirkt mit einer Höhlung 14b im Gehäuse 2 zusammen und ist so ausgebildet, daß er genau in eine solche Höhlung hineinpasst.

Eine Druckmutter 15 ist frei drehbar auf dem Gehäuse 2 montiert. Die Mutter ist auf dem Gehäuse befestigt mittels eines im Presssitz angeordneten Ringes 16, der mittels Schrauben 17a und 17b am Gehäuse befestigt ist. Die Druckmutter15 besitzt eine'Öffnung 18, die mit den Schrauben 17a und 17b durch Drehen der Druckmutter ausgerichtet werden kann, wodurch die Schrauben mittels eines Schraubenschlüssels (Allan wrench) justiert werden können. Eine Anzahl von Stahlkugeln, von denen zwei als 19a und 19b gezeigt sind, sind in einem Umfangsschlitz, der von zusammen-

ßn&jbJLXdLe*fc wird.

wirkenden,Nuten in der Druckmutter 15 und im Rin/f Tb/angeordnet. Diese Stahlkugeln wirken ähnlich Kugellagern, um die Reibung zwischen dem Ring und der Druckmutter zu verringern.

Die Druckmutter besitzt einen mit Innengewinde versehenen Teil 20, der so ausgebildet ist, daß er mit dem mit Aussengewinde versehenen Teil 21 des Ventilsitzes 10 zusammenwirkt. Um den Ventil-

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sitz 10 auf dem Gehäuse 2 anzuordnen, wird der Kolben 11 mit der Druckkammer 5 ausgerichtet, und der Führungszapfen 14a wird mit der mit ihm zusammenwirkenden Öffnung 14b im Gehäuse 2 ausgerichtet. Der Ventilsitz wird dann mittels Schrauben durch Eingriff des mit Aussengewinde versehenen Teils 21 mit dem mit Innengewinde versehenen Teil 20 der Druckmutter befestigt. Die drehbare Druckmutter steht mit dem Ventilsitz 10 mittels Gewinde in Verbindung, bis die Führungskante des Kdbens 11 gegen die Kante des Druckgliedes 3 stösst und die Führungseinsätze 13 in die zylindrische Bohrung 6 eingepasst sind.

Der Ventilsitz 10 besitzt einen mit Innengewinde versehenen Teil 22 am Ende der zentralen Öffnung 12 zur Befestigung des Ventilsitzendes des Ventils an einer Strömungsleitung. Wenn der Ventilsitz in der oben beschriebenen Weise befestigt wurde, ist das Ventil zusammengesetzt und weist einen zentralen Durchgang'auf, wodurch eine mit dem Ventilgehäuse verbundene Strömungsleitung über den mit Innengewinde versehenen Teil 9 mit einer Strömungsleitung in Verbindung treten kann, die mit dem Ventilsitzende des Ventils über den zentralen Durchgang 4, die zylindrische Bohrung 6 und die zentrale Öffnung 12 verbunden ist. Das Ventil ist so ausgelegt, daß die Strömungsrichtung des Ausflusses von dem zentralen Durchgang 4 zur Öffnung 12 oder von der Öffnung ■zum Durchgang 4 sein kann. . .

Wenn die Druckmutter 15 weiter gedreht wird, wird der Kolben 11 gegen das Ende des Druckgliedes 3 gedruckt. Infolge der Nachgiebigkeit des Druckgliedes 3 resultiert das longitudinale Zusammendrücken aufgrund der V/irkung des Kolbens 11 in einer entsprechenden seitlichen Ausdehnung des Gliedes 3 in die zylindrische Bohrung 6. Eine solche seitliche Ausdehnung, reduziert den Querschnitt wenigstens eines Teiles der zylindrischen Bohrung 6 und damit die Strömung durch das Ventil. Die seitliche Aus-

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dehnung des Druckgliedes kann am besten aus der Fig. 2 ersehen werden, die eine vereinfachte Ausführungsform des Ventils in zusammengebautem Zustand zeigt. Die bei der Fig. 2 verwendeten Bezugszahlen sind die gleichen, die für entsprechende Elemente in Fig. 1 verwendet wurden.

In Fig. 2 ist nur ein Teil des Strömungsventils gezegt, um die Anordnung des Kolbens 11 in der Druckkammer 5 und seine Wirkung auf das nachgiebige Glied 3 darzustellen. Die Figur zeigt einen Teil des Gehäuses 2 und des Ventilsitzes 10 mit den gezeigten Elementen, die in gleicher V/eise wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Der Druckkolben 11 des Ventilsitzes 10 ist in die Druckkammer 5 eingepasst, und \venn der Ventilsitz 10 am Gehäuse 2 angeordnet und befestigt ist mittels der Druckmutter 15 (Fig. 1), wird der Kolben in Richtung des Pfeiles gegen das Druckglied 3 gepresst. Es ist zu sehen, daß, wenn das Strömungsventil zusammengebaut ist, ein Durchgang zwischen dem zentralen Durchgang 4 des Gehäuses und der zentralen öffnung 12 über die zylindrische Bohrung 6 des Druckgliedes 3 gebildet wird. Während ein Durchgang durch das Strömungsventil gebildet wird, ist es aus dieser Illustration zu sehen, daß die seitliche Ausdehnung den Druckgliedes 3 infolge der longitudinalen Zusammenpressung aufgrund der Wirkung des Kolbens 11 eine Verkleinerung des Querschnitts der Bohrung 6 und damit eine Reduzierung des Strömungsdurchgangs durch das Ventil bewirkt. Es ist ebenso zu sehen, daß, obwohl die Strömung in dieser Weise reduziert wird, der Durchgang stromlinienformig bleibt und nicht zulässt, daß Bereiche gebildet v/erden, die Feststoffe, die in dem Ausfluss vorhanden sein können, anziehen. Wenn die Druckmutter 1i) weiter angezogen wird, wird die longitudinal Kompression des Glieder. 3 eine seitliche Ausdehnung bis zu einem solchen Ausmass bewirken, daß die zylindrische Bohrung 6 vollständig geschlossen wird und dall damit die Strömung durch dar» Vent LI. unterbrochen wird. Die StrömuiißSsteuorgOGchwindigkeit durch das VentLl kann daher

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mittels der Druckmutter 15 justiert werden.

Es ist wichtig, daß das Druckglied 3 aus einem Material besteht, das seine Nachgiebigkeit erhalten kann, wenn es Arbeitsbedingungen ausgesetzt wird. Da die Flüssigkeit, die durch das Ventil hindurchfliesst, Wasser sein kann, eine Kohlenwasserstofflösung oder andere korrosive Lösungen und die Temperatur und der Druck ebenfalls abhängig von den Arbeitsbedingungen weit variabel sind, kann das Druckglied aus einer Anzahl von Materialien ausgewählt werden. Es hat sich gezeigt, daß das Strömungsventil zufrieden-' stellend arbeitete, wenn eine Kohlenv/asserstofflösung bei Temperaturen von 204⁰G (400⁰P) und einem Druck von 562 kg/cm (8000 psi) während ausgedehnter Perioden verwendet wurde und das Druckglied, das aus Fluorsilicon-Gummi oder Silicon-Gummi bestand, seine Nachgiebigkeit behielt. Ein anderes Material, das sich unter solchen Reaktionsbedingungen als geeignet erwies ist ein Fluorelastomer-Gummi, das von Dupont unter dem Warenzeichen "Viton" verkauft wird«. Andere zufriedenstellende Materialien sind Neopren- und Buna-N-Gummi.

Eine andere Ausführungsform des Strömungsventils ist in Fig. dargestellt, bei der das Ventil allgemein mit 101 bezeichnet , ist. Das Ventil besitzt ein Gehäuse 102, das eine Druckkammer für die Aufnahme eines Druckgliedes 104 aufweist. Das Gehäuse

102 besitzt einen zentralen Durchgang 105, der durch die Druckkammer führt und mit der GehäuseÖffnung 106 in Verbindung steht. ■ Die zylindrische Druckkammer 104 besitzt eine zylindrische Bohrung 107, die mit dem zentralen Durchgang 105 augerichtet ist, Wenn das Druckglied 104 in der Druckkammer 103 angeordnet ist. Ein Paar von. Führungseinsätzen 108 ist am Boden der Druckkammer

103 neben dem zentralen Druchgang 105 angeordnet, um das Druckglied 104 in seine Stellung zu führen und seine zylindrische Bohrung 107 mit dem zentralen Durchgang 105 auszurichten.

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Der Ventilsitz 109 besitzt einen Druckkolben und eine zentrale öffnung 111 durch den Ventilsitz und den Kolben» die an der ' Seite des Ventilsitzes, dem Kolben entgegengesetzt» mit der ■ öffnung 112 des Ventilsitzes in Verbindung steht» FUhrungseinsätze 113 sind am Führungsende des Kolbens 110 neben der zentralen öffnung angeordnet, um die zentrale öffnung mit der zylindrischen Bohrung 107 des Druckgliedes 104 auszurichten, wenn der Ventilsitz auf dem Ventilgehäuse angeordnet wird.

Eine Druckmutter 114 ist auf dem Ventilsitz 109 angeordnet und. mittels eines im Pressitz eingepassten Ringes 115» der mittels Schrauben 116a und 116b an dem Ventilsitz 109 befestigt ist, in dieser Position gesichert. Die Druckmutter 114 ist um den Ventilsitz 109 frei und axial drehbar und besitzt eine öffnung 117» die mit den Schrauben 16a und 16b durch Drehen der Druckmutter ausgerichtet werden kann, so daß die Schrauben mittels eines Schraubenschlüssels befestigt oder entfernt werden können. Die Druckmutter besitzt einen mit Innengewinde versehenen Teil 11Θ, der mit dem mit Aussengewinde versehenen Teil 119 des Gehäuses 102 zusammenwirkt, um den Ventilsitz an dem Ventilgehäuse EU befestigen. Der Ventilsitz hat zwei Führungazapfen 120a und 12Ob,/mit Höhlungen 121a bzw. 121b im Gehäuse 102 zusammenwirken, uin die Ausrichtung des Ventilsitzes an dem Gehäuse zu unterstützen.

Wie oben im Hinblick auf die Ausführungsformen in Fig. 1 angedeutet, wird der Kolben 110 in die Kammer 103 getrieben, wenn der Ventilsitz über das Gewinde mit dem Gehäuse in Eingriff steht, Wenn die Druckmutter 114 weiter auf das Gehäuse geschraubt wird» β to'ss t das Führungsende des Kolbens 110 gegen das Ende des Druckgliedes 104 in der Kammer 103, und ein weiteres Ineingrifftreten resultiert in einer longitudinalen Kompression des elastomeren ■ Druckgliedes 104, wodurch eine kompensierende seitliche Ausdehnung des Gliedes in die zylindrische Bohrung 107 hervorgerufen wird. Durch Schaffung solcher longitudinalen Kompressionen des,

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Gliedes 104 wird die Bohrung 107 im Querschnitt'reduziert infolge der seitlichen Ausdehnung dort hinein, was wiederum wirkungsvoll den Strömungsdurchgang durch die Bohrung reduziert.

Wenn der Ventilsitz 109 auf dem Gehäuse 102 angeordnet ist, wird ein zentraler Durchgang durch das Ventil infolge der Ausrichtung des zentralen Durchgangs 105, der zylindrischen Bohrung 107 und der zentralen Öffnung 111 des Ventilsitzes gebildet. Durch die Wirkung einer solchen Ausrichtung ergibt sich eine Kommunikation zwischen der GehäuseÖffnung 106 und der Ventilsitzöffnung .112. Das Gehäuse 102 besitzt ein Flanschteil 122 an der Seite der GehäuseÖffnung 106, mittels derer das Gehäuseende des Ventils an eine Strömungsleitung angeschlossen und mittels Schraubenbolzen durch den Plansch 123 befestigt werden kann,

Befestigungsbolzen 124 sind im Ventilsitz 109 angeordnet zur Befestigung des Ventilsitzendes des Ventils an einer Verbindiangsplatte am Ende einer Strömungsleitung«, Der Ausfluss, der durch das Ventil hindurchfliesst, kann entweder in der Richtung von der GehäuseÖffnung 106 zur Ventilsitzöffnung 102 oder umgekehrt fliessen.

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Claims

Patentansprüche

Ventilanordnung gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einer zylindrischen Druckkammer, die an einem Ende offen ist, und mit einem zentralen Durchgang in dein Gehäuse, der das Ende der Kammer entgegengesetzt des offenen Endes rn.it dem Äusseren des Ventils verbindet; durch einen Ventilsitz mit einem Druckkolben an einem Ende zum Zusammenwirken mit der Druckkammer des Gehäuses und mit einer zentralen Öffnung durch den Ventilsitz und den Kolben; durch ein zylindrisches nachgiebiges Glied, das in der Druckkammer des Gehäuses angeordnet ist und eine zylindrische Bohrung besitzt, die axial ausgerichtet ist mit dem Zentraldurcligang des Gehäuses; durch eine Einrichtung zum Verbinden und Befestigen des Ventilsitzes nm Gehäuse, wodurch der Druckkolben in der Druckkammer angeordnet wird und gegen das nachgiebige Glied stösst, wobei die zentrale Öffnung des Ventilsitzes, dio zylindrische Bohrung des nachgiebigen Gliedes und der zentrale Durchgang des Gehäuses axiol ausgerichtet sind, wenn dor Ventilsitz und das Gehäuse in dieser Weise verbunden worden, wodurch ein axialer, Durchgang durch das Ventil gebildet wird; und durch eine Einrichtung zum Verbinden den zentralen Durchgangs in dem Genauso und der zentralen Öffnung in dein Ventilsitz mit einer iU.rümimgr.loi l;.ung.

Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung^- und Befestigungseinrichtung eliu; Druckmut toi· aufv/eist, dio auf dom Gehäuse br-festigt ist und axial drehbar darauf ist, und daß die Driiokmutter eine Einrichtung aufweist, um in Gewindeuin^rifL" mit einem zusammenwirkenden Gewinde auf dom Ventilsitz zu treten und das /uui-

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maß der Erstreckung des Kolbens in die Druckkammer steuern. ⁵

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs- und Befestigungseinrichtung eine Druckmutter aufweist, die auf dem Ventilsitz befestigt und axial drehbar darauf ist, wobei die Druckmutter eine "Einrichtung aufweist, um in Gewindeeingriff mit einem zusammenwirkenden Gewinde auf dem Gehäuse zu treten und ■ das Ausmaß der Erstreckung des Kolbens in die Druckkammer . zu steuern, ■

4. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs- und Befestigungseinrichtung eine Druckmutter aufweist, die auf dem Gehäuse angeordnet und an ihm mittels eines in Presspassung sitzenden Ringes befestigt ist, der seinerseits mittels Befestigungsschrauben am Gehäuse befestigt ist, wobei die Druckmutter axial drehbar auf dem Gehäuse ist und reibungsreduzierende Mittel zwischen dem in Presspassung sitzenden Ring und der Druckmutter aufweist, und daß die Druckmutter eine Einrichtung zum in Gewindeeingriff mit einem zusammenwirkenden Gewinde auf dem Ventilsitz zu treten und das Ausmaß der-Erstreckung des Kolbens in die Druckkammer zu steuern,

5". Ventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Glied ausgewählt ist aus einer Gruppe •bestehend aus natürlichem Gummi, Fluorsilicon-Gummi, Silicongummi, Pluorelastomer und Neopren.

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