DE2712099C2 - Kugelhahn - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelhahn, insbesondere zum Einbau zwischen Abschnitte einer feuergefährliches Fluid führenden Rohrleitung, mit einem Kugelküken, das mittels gegenüberliegender, von je einer wärmeempfindlichen Buchse umgebender Lagerzapfen in einem Hahngehäuse gelagert ist, mit zwei axial zur Rohrleitung mit Abstand angeordneten, wärmeempfindlichen Dichtringen, die von sich am Hahngehäuse und an wäirmeempfindlichem Material abstützenden Federn abdichtend gegen das Kugelküken vorgespannt werden und mit einem abfluJseitigen Dichtungssitz am Hahngehäuse, gegen den sich das Kugelküken bei geschlossenem Kugelhahn und bei durch Brand oder Überhitzung zerstörten wärmeempfindlichen Teilen unter Ausschaltung der Federwirkung und unter dem Druck des Fluids in der Rohrleitung abdichtend abstützt

Bei einem bekannten derartigen Kugelhahn (US-PS 34 97 178) bestehen die Dichtungssitzringe insgesamt aus nachgiebigem Polymermaterial und sie werden von Spezialfedern gegen das Kugelküken gedruckt Bei Zerstörung der die Lagerzapfen umgebenden wärmeempfindlichen Buchsen und des Dichtungssitzringes durch Feuer oder Überhitzung wird das Kugelküken von dem Fluiddruck auf der Anströmseite zur Abflußseite gedrückt und dort soll es mit abgeschrägten Gehäuserändern einen feuerdichten Verschluß bilden. Dies kann jedoch nur dann funktionieren, wenn der verhältnismäßig diese Dichtungssitzring so weitgehend zerstört wird, daß die Wirkung der Federn vollständig aufgehoben ist Anderenfalls wirken die Federn über den Dichtungssitzring der Kraft des gegen das Kugelküken drückenden Fluids entgegen und verhindern seine dichte Anlage an dem Gehäuserand. Im übrigen sind in der Praxis Dichtungssitzringe aus Metall erwünschter, weil es herstellungsmäßig schwieriger ist die Not-Dichtflächen am Gehäuse selbst als an den Dichtungssitzringen anzubringen, die beliebige günstige Gestaltungen in Anpassung an den jeweiligen Anwendungszweck des Kugelhahns frei zulassen. Außerdem erleichtern die einbaufertigftn mei tischen Dichtungssitzringe den Zusammenbau des Kugelhahns und sie lassen sich jederzeit, d. h. auch nach starker Überhitzung, einfach und schnell auswechseln. Demgegenüber sind bei dem bekannten Kugelhahn Einbau und Ausbau des nichtmetallischen Dichtungssitzringes durch die Vielzahl zusammenzufügender Teile kompliziert und zur Herausnahme eines durch Überhitzung unbrauchbar gewordenen Dichtungsringes muß das geschmolzene Material zunächst mühselig aus der Gehäuseaussparung entfernt werden.

Kugelhähne mit federbelasteten Dichtungssitzringen aus Metall sind bekannt (US-PS 36 05 789, 33 79 410, 33 46 234). In diesen Fällen sind jedoch die Lagerzapfen des Kugelkükens nicht mit je einer wärmeempfindlichen Buchse umgeben, die bei Überhitzung schmilzt und dem Kugelküken eine axiale Bewegung in der Leitung des Hahngehäuses ermöglicht. Der Fluiddruck in der Leitung kann daher zur abdichtenden Anpressung des Kugelkükens gegen den abflußseitigen Dichtungssitz nicht ausgenutzt werden, sondern nach Zerstörung der wärmeempfindlichen Dichtungsringe in den Dichtungssitzringen werden diese von Federn gegen das Kugelküken gepreßt. Ungleichmäßige Federwirkung hat eine unzureichende Abdichtung zwischen Dichtungssitzring und Kugelküken zur Folge und die erwünschte Absperrung zwischen Anströmseite und Abflußseite des geschlossenen Kugelhahns wird nicht erreicht. Als gegen die Dichtungssitzringe drückende

Federn werden vorliegend Schraubenfedern verwendet, die in Taschen in dem Dichtungssitzring (US-PS 33 79 410) oder in dem Hahngehäuse (US-PS 36 05 789) stecken und mit ihren Enden ohne Zwischenlagen direkt gegen die jeweiligen Stützflächen drücken. Bei einem weiteren bekannten Kugelhahn (US-PS 37 52 178) sind die Schraubenfedern m einen Ring passend eingesetzt, der im Querschnitt U-förmig gestaltet ist und aus nichtmetallischem elastischem Material besteht Der Ring hält die Federn fest und dient als Montagehilfe '° sowie zur Aufnahme von Schmiermitteln. Zwar führt der Ausfall der Unterlage bei Hitzeeinwirkung zu einer Schwächung der Federwirkung, jedoch trägt dies nicht dazu bei, daß das Kugelküken von dem Fluiddruck auf der Anströmseite gegen den Dichtungssitznng auf der J⁵ Abflußseite gepreßt wird, weil das Kugelküken so gelagert ist, daß es sich unter keinen Umständen in Richtung der Leitungslängsachse bewegen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelhahn der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er beim Einbau zwischen Abschnitte einer feuergefährliches Fluid führenden Rohrleitung einen Obergriff des Feuers von der Anströmseite zur Abflußseite zuverlässig verhindert, wenn die Dichtungen aus wärmeempfindlichem Material durch Überhit- -*> zung zerstört worden sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Dichtringe in Dichtungssitzringen angeordnet sind, über die die Federn auf die Dichtringe wirken, und daß sich bei zerstörten wärmeempfindlichen Teilen das Kugelküken bei geschlossenes*! Kugelhahn über den Dichtungssitzring am abflußseiligen Dichtungssitz am Hahngehäuse abstützt

Mit dieser Ausbildung des Kugelhahns wird erreicht, daß bei hitzebedingt^m Ausfall der wärrneempfindli- ^J3 chen Teile die Fede^wirkung ausgeschaltet und der Fluiddruck auf der A'iströmseite des Kugelkükens als Kraft zur abdichtenden Anpressung des Kugelkükens über den DichtungssiiZring gegen den Dichtungssitz am Hahngehäuse voll W'rksam wird. Die Entlastung der Dichtungssitzringe vtf fl Federkräften hat außerdem zur Folge, daß üer Fluiddruck bei zerstörtem Dichtring auch gegen die anströmseitige Fläche des anströmseitigen Dichtungssitzringes brückt und diesen gegen das Kugelküken preßt, s<? daß auch im Notfall auf dieser *'~> Seite des Kugelkükens aktive Dichtungsflächen vorhanden sind. Es ergibt sich eine hervorragende Absperrung der beiden Abschnitte der Rohrleitung gegeneinander und der Kugelhahn entspricht den beispielsweise auf Schiffen geltenden höchsten Sicherheitsanfordevungen. ~^>n Die Dichtungssitzringe lassen sich schnell und einfach einbauen bzw. auswechseln.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das wärmeempfindliche Material an einem Ende von die Federn enthaltenden Taschen in dem Dichtungssitznng " oder in dem Hahngehäuse angeordnet. Das wärmeempfindliche Material kann alternativ auf einer Schulter des Hahngehäuses bzw. des Dichtungssitzringes angeordnet sein. Die Federn weisen vorteilhafterweise eine Ringreihe von Druckfedern auf und die Taschen sind in einer entsprechenden Taschenreihe angeordnet

Ferner ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß die axiale Länge der nicht zusammengedrückten Federn im wesentlichen nicht größer als die Tiefe der Tasche ist, und daß die Federunterlagen aus wärmeempfindlichem Material ein Überstehen der Federn über die Taschen verursachen. Sobald die Federunterlagen aus war· meemofindlichem Material durch Wärmeeinfluß zerstört worden sind, stehen die Federn nicht mehr über die Taschen vor, und ihr Einfluß auf den Dichtungssitzring ist aufgehoben,

Zur weiteren Verbesserung der Abdichtung nach Ausfall der wärmeempfindlichen Teile erfolgt der abdichtende Zusammengriff zwischen entsprechend abgeschrägten Flächen an dem Dichtungssitzring und an dem Anschlußstutzen und außerdem ist auch diejenige Fläche jedes Dichtungssitzringes, die nach Zerstörung des Dichtringes mit dem Kugelküken abdichtend zusammenwirkt, abgeschrägt

Die Dichtringe in den Dichtungssitzringen können aus Polyamid hergestellt sein, während die die Lagerzapfen umgebenden Buchsen aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen.

Der Ausdruck »Hahngehäuse« umfaßt Paßstücke oder Anschlußstutzen, die an entgegengesetzten Enden des Gehäuses befestigt sind.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt eines Kug'ijahns, wobei links von der Mittellinie der geschlossene Kugeihahn im Zustand vor Feuerausbruch und rechts von der Mittellinie der geschlossene Kugelhahn im Zustand nach Feuerausbruch veranschaulicht ist;

Fig.2 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 1 in vergrößertem Maßstab zur Darstellung der Einzelheit des Kugelkükens und eines Dichtungssitzringes im Zustand vor Feuerausbruch;

F i g. 3 eine Ansicht des KugelUükens und des Dichtungssitzringes entsprechend F i g. 2 im Zustand nach Feuerausbruch und

F i g. 4 und 5 eine abgewandelte Ausführungsform in Ansichten entsprechend F i g. 2 und 3.

Gemäß F i g. 1 bis 3 besteht ein Kugelhahn im wesentlichen aus einem Hahngehäuse 1, einem Kugelküken 2 mit einem Durchgangsloch 3, Dichtungssitzringen 4 und 5 auf der Anström- und Abflußseite des Kugelkükens 2, einem Lagerzapfen 6, auf ά·τη das Kugelküken 2 drehbar gelagert ist und einer Betätigungswelle 7, die mit dem Kugelküken 2 in Antriebsverbir.dung steht und über ein Getriebe oder mittels eines Schlüssels drehbar ist Zur Erleichterung der Beschreibung wird angenommen, daß Rohrflanscl/stücke oder Anschlußstutzen 8 und 9 Teil des Hahngehäuses 1 sind, an dem sie mittels Bolzen 10 und Muttern 10a befestigt sind. Die Anschlußstutzen 8 und 9 haben Durchlässe 8a, 9a, die zu Durchlässen 4a und 5a in den Dichtungssitzringen 4,5 und dem Durchgangsloch 3 in dem Kugelküken 2 koaxial verlaufen, wenn das Kugelküken 2 eine Öffnungsstellung eingenommen hat. Die Dichtungssitzringe 4 und 5 sind identisch, und es wird nur der Dichtungssitznng 4 anschließend beschrieben. Dieser trag' in einer Ringaussparung auf einer Endfläche einen Dichtring 11 aus wärmeempfindlichem Material, z.B. Nylon, der gegen das Kugelküken 2 anliegt und im Normalfall den Durchlaß von Fluid um das Kugelküken 2 sperrt Der Dichtungssitzring 4 weist auf seiner der Sitzfläche axial gegenüberliegenden Seite eine Ringreihe von Federn 12 (Druckfedern) auf, die in einer entsprechenden Reihe von Taschen 13 angeordnet sind. Die Federn 12 stehen über die Taschen 13 vor, stützen sich gegen eine Schulter des Anschlußstutzens 8 ab und pressen den Dichtungssitznng 4 mit dem Dichtring 11 abdichtend gegen das Kugelküken 2.

Das obere Ende des Lagerzapfens 6 ragt in eine Aussparung 2A in dem Kugelküken 2 hinein. Zwischen

dem Lagerzapfen 6 und der Umfangswand der Aussparung 2A befindet sich eine Buchse 14. In ähnlicher Weise ist eine Buchse 15 zwischen dem unteren Endteil der Betätigungswelle 7 und der Umfangswand einer Aussparung 2B vorgesehen. Die > Buchsen 14 und 15 sind aus wärmeempfindlichem Material hergestellt, z. B. glasfaserverstärktem Kunststoff. Die Betätigungswelle 7 weist eine ringförmige Verbreiterung TA auf und zwischen dieser und einem Deckel bzw. einer Schutzkappe 17 ist eine Zwischenr.cheibe 16 vorgesehen. Zwischen dem Lagerzapfen 6 und dem Boden der Aussparung IA ist eine Druckscheibe 18 eingelegt. Eine Metallbuchse 75 steckt zwischen der Umfangsfläche der ringförmigen Verbreiterung IA und dem Hahngehäuse 1. Die Zwischenscheibe 16 η besteht aus wärmeempfindlichem Material, z. B. Polyamid oder jedem anderen geeigneten Kunststoff.

Da die beiden Dichtungssitzringe 4 und 5 im wesentlichen identisch sind, werden weitere Einzelheiten nachfolgend uiiici BcZüg äüf den Dichiüngssiizr;rig ?■' 5 gemäß Fi g. 2 und 3 erläutert. Wie erwähnt, ist jede Feder 12 vorgespannt und drückt den Dichtungssitzring 5 gegen das Kugelküken 2. Die axiale Länge jeder entspannten Feder 12 ist im wesentlichen nicht größer als die Länge der Tasche 13. Auf dem Boden der Tasche 2> 13 liegt als Abstandsmittel eine plattenförmige Federunterlage 19 aus wärmeempfindlichem Material, z. B. Polyamid, und zwischen der Federunterlage 19 und dem benachbarten Ende der Feder 12 ist ein Metallring 20 eingelagert. Bei dieser Ausführungsform ist daher die kombinierte axiale Länge der entspannten Feder 12 und des Metallringes 20 nicht größer als die Länge der Taschen.

Wenn im Bereich des Kugelhahns Feuer ausbricht, ergeben sich folgende Bedingungen, wobei die Beschreibung davon ausgeht, daß das Fluid auf der Anströmseite des Kugelkükens 2 in Brand geraten ist.

O-Ringe 4ß zwischen dem Dichtungssitzring 4 und der Umfangswand einer Aussparung 8ß in dem Anschlußstutzen 8 sowie der Dichtring 11 im Dichtungs- «o sitzring 4 lösen sich unter dem Einfluß des Feuers oder der Feuerwärme auf. Das brennende Fluid, heiße Verbrennungsgase oder geführte Wärme gelangen nun durch den Dichtungssitzring 4 hindurch und um das Kugelküken 2 herum, so daß die Buchsen 14 und 15, der « Dichtring 11 im Dichtungssitzring 5 und die Federunterlage 19 in den Taschen 13 im Dichtungssitzring 5 sich ebenfalls zersetzen.

Daher kann das Kugelküken 2 sich unter dem Anströmdruck des Fluids eine kurzes Stück relativ zum Hahngehäuse 1 und zum Lagerzapfen 6 sowie zur Betätigungswelle 7 zur Abflußseite hin bewegen. Auf diese Weise wird eine Metall-auf-Metall-Abdichtung zwischen dem Kugelküken 2 und dem Dichtungssitzring 5 erreicht Da die Federunterlagen 19 zerstört sind, werden die Federn 12 nicht mehr zusammengedrückt, so daß das Kugelküken 2 auch den Dichtungssitzring 5 in abdichtende Berührung mit der Schulter am Anschlußstutzen 9 drückt (F i g. 3). So wird die Strömung des Fluids hinter das Kugelküken 2 auf die Abflußseite <* verhindert. Zur Verbesserung der Wirksamkeit dieser Absperrung sind die entsprechenden Ecken des Dichtungssitzringes 5 und des Anschlußstutzens 9 bei 21 abgeschrägt und auch die Ecke des Dichtungssitzringes 5. die an das Kugelküken 2 angreift, ist abgekantet. *ί W egen der Zerstörung der Zwischenscheibe 16 bewegt sich auch die Betätigungswelle 7 nach oben und wird von dem gegen die Unterfläche der ringförmigen Verbreiterung TA wirkenden Fluiddruck nach oben gedrückt, wodurch eine Metall-auf-Metall-Abdichtung zwischen der Oberfläche der ringförmigen Verbreiterung TA und dem Hahngehäuse 1 erzielt wird, so daß auch ein Austritt von Fluid nach oben verhindert wird, obwohl die O-Ringe 7Cebenfalls zerstört sind.

Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel nach den F i g. 4 und 5 sind entsprechende Teile mit gleichen Ziffern unter Hinzufügung des Suffix X bezeichnet. Hierbei sind die Taschen 13A" anstatt im Dichtungssitzring 5X in dem Arr <hlußstutzen 9Λ" ausgebildet und die überstehenden Enden der Federn \2X drücken gegen eine Ringschulter des Dichtungssitzringes S.V. Die Metall-auf-Metall-Abdichtung ergibt sich in diesem Falle zwischen einer abgeschrägten Ringschulter 5XA des Dichtungssitzringes 5X und einer schrägen Stufe 9XA des Anschlußstutzens 9X.
nicht

teren nicht s^zci^ten

werden die Federunterlagen 19 in Fig. 2 weggelassen und durch einen Zwischenring aus wärmeempfindlichem Material ersetzt, der auf der Schulter des Anschlußstutzens 9 liegt und gegen den die Enden der Federn 12 angreifen. Anstatt eines Zwischenringes kann eine Ringreihe von Zwischengliedern vorgesehen sein, von denen je eines einer Feder 12 zugeordnet ist.

Ferner können bei einer weiteren ähnlichen nicht gezeichneten Ausführungsform die Federunterlagen 19ΛΊη Fig.4 ersetzt werden durch einen Zwischenring auf der Schulter des Dichtungssitzringes 5Xoder durch eine Ringreihe von Zwischengliedern, die jeweils einzeln einer öffnung zugeordnet sind.

Dieser Zwischenring oder diese Zwischenglieder können in einer Aussparung bzw. in Aussparungen in der Schulter jedes Dichtungssitzringes 5Xgelagert sein.

Außerdem können in Anwendung auf die beiden beschriebenen Ausführungsformen die Ringreihen der Taschen 13, 13A" mit Federn 12, \2X ersetzt werden durch eine Ringnut und eine Tellerfeder oder ähnliche Federmittel.

Ferner können anstelle des in den Beispielen erwähnten Polyamids und der glasfaserverstärkten Kunststoffe als wärmeempfindliche Materialien beliebige andere Werkstoffe verwendet werden, die geeignet sind, Dichtringe, Buchsen, Druckscheiben. Federunterlagen usw. bilden, die unter dem Einfluß von Feuer, heißen Gasen oder Feuenvärme versagen. Das Versagen kann darauf beruhen, daß diese Werkstoffe unter Wärmeeinfluß schmelzen, sich zersetzen oder sogar verdampfen, wobei der Ausfall des Materials ausreichen muß, um die beschriebene Verstellung des Kugelkükens 2 m.J des Dichtungssitzringes 4 zu ermöglichen.

Die Zeichnung läßt erkennen, daß der Kugelhahn eine Anzahl weiterer Dichtringe aufweist, die aus wärmeempfindlichen Materialien bestehen können.

In F i g. 1 sind mit den Bezugsziffern 22 und 23 allgemein zwei Dichtsysteme für den Dichtungssitzring 4 und für die Betätigungswelle 7 bezeichnet.

Wenn die Fluidströmung entgegengesetzt zu der beschriebenen gerichtet ist, d. h. in F i g. 1 von rechts nach links verläuft, wird bei Feuerausbruch auf der rechten Seite des Kugelkükens 2 zwischen dem Kugelküken 2, dem Dichtungssitzring 4 und dem Anschlußstutzen 8 ebenfalls der beschriebene Absperreffekt erreicht

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprflche:

1. Kugeln»»™, insbesondere zum Einbau zwischen Abschnitte einer feuergefährliches Fluid führenden Rohrleitung, mit einem Kugelküken, das mittels s gegenüberliegender, von je einer wärmeempfindlichen Buchse umgebender Lagerzapfen in einem Hahngehäuse gelagert ist, mit zwei axial zur Rohrleitung mit Abstand angeordneten, wärmeempfindlichen Dichtringen, die von sich am Hahngehäu- ι ο se und an wärmeempfindlichem Material abstützenden Federn abdichtend gegen das Kugelküken vorgespannt werden und mit einem abflußseitigen Dichtungssitz am Hahngehäuse, gegen den sich das Kugelküken bei geschlossenem Kugelhahn und bei durch Brand oder Überhitzung zerstörten wärmeempfindlichen Teilen unter Ausschaltung der Federwirkung und unter dem Druck des Fluids in der Rohrleitung abdichtend abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (II) in Dichtungssitzringen (5) angeordnet sind, über die die Federn (12) auf die Dichtringe (41) wirken, und daß sich bei zerstörten wärmeempfindlichen Teilen (11, 14, 15, 19) das Kugelküken (2) bei geschlossenem Kugelhahn über den Dichtungssitzring (5) am abflußseitigen Dichtungssitz (21) am Hahngehäuse (1) abstützt.

2. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeempfindliche Material (19; \9X) an einem Ende von die Federn (12; YiX) Jo enthaltenden Taschen (13; XiX) in dem Dichtungssitzring (4,3; 4X, 5X) oder in dem Hahngehäuse (1, XX)angeordnet ist

3. Kugelhahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmenmpfindliche Material (19; 19Λ"; auf einer Schulter des hdhngehäuses (1; \X) bzw. des Dichtungssitzringes (4, 5; 4X, 5X) angeordnet ist

4. Kugelhahn nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (12; 12Λ"; eine Ringreihe von Druckfedern aufweisen und daß die Taschen (13; 13X; in einer entsprechenden Taschenreihe angeordnet sind.

5. Kugelhahn nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der nicht zusammengedrückten Federn (12; 12A? im wesentlichen nicht größer als die Tiefe der Taschen (13; i3X) ist, und daß die Federunterlagen (19; i9X) aus wärmeempfindlichem Material ein Überstehen der Federn (12; MX) über die Taschen (13; XiX) so verursachen.

6. Kugelhahn nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der abdichtende Zusammengriff zwischen entsprechend abgeschrägten Flächen (21, 5XA, 9XA) an dem Dichtungssitzring (4, 5; 4X, 5X) und an dem Anschlußstutzen (9; 9 X) erfolgt.

7. Kugelhahn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Fläche jedes Dichtungssitzringes (4, 5; 4X, 5X), die nach Zerstörung des Dichtringes (11; WX) mit dem Kugelküken (2) abdichtend zusammenwirkt, abgeschrägt ist.