DE2847811A1 - Ventilsitzanordnung - Google Patents

Description

Crane Packing Company, Morton Grove, Illinois 60053, V.St.A.

Ventilsitζanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft Kugelventile, die in Strömungsmittelleitungen eingesetzt werden, um die Strömung des Strömungsmittels zu steuern.

Derartige Ventile weisen ein Gehäuse auf, daß mit der Leitung verbunden ist, und enthalten einen mit einem Durchlaß versehene, drehbar gelagerte Kugel, die die Strömung durchläßt oder sperrt» Diese Ventile werden oft in Leitungen verwendet, die Strömungsmittel unter hohem Druck und hei hohen Temperaturen von 260⁰C (500⁰I¹) und mehr führen.

Während das Metallgehäuse und die Kugel seihst in der Lage sind, diesen hohen Temperaturen zu widerstehen, ist es schwierig, die Anordnung mit Dichtungen zu versehen, für die dies ebenfalls gilt. Dichtungen aus Metall haben schlechte Paßflächen und kön-■nen das Kugelelement bei der Drehung zerkratzen. Elastomere

Dichtungen halten Temperaturen von mehr als 260⁰G (50O⁰I¹) kaum aus. Dichtungen aus expandierten Graphitwerkstoffen, die ausreichend elastisch sind, um eine gute Abdichtung zu schaffen, halten die hohen Temperaturen aus und sind allgemein akzeptabel. Sie stellen vermutlich die derzeit beste handelsübliche Lösung des Problems der Dichtung von Kugelventilen in Hochtemperaturleitungen dar. Expandiertes Graphit hat Jedoch keine gute Eigenfestigkeit. Unter wiederholter Betätigung des Yentils oder unter hohen Drücken können Dichtungen aus solchen Werkstoffen sich verformen oder erodieren.

Es ist also das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Kugelventilsitz zu schaffen, der von den oben erwähnten Schwierigkeiten frei ist.

Die vorliegende Erfindung schafft ein ringförmiges Element aus expandierten Graphitteilchen mit einer allgemein sphärischen Fläche, an die sich die Kugel eines Kugelventils anlegen kann, und mit einem ringförmigen Halteelement aus einem Weichmetall mit einem ringförmigen Ansatz, dessen Endfläche sich an die Kugel anlegen kann, wenn das Ventil mit Druck beaufschlagt wird, wobei das Haltelement dem Ringelement statische Festigkeit verleiht und die Endfläche des Haltelements bei der Drehung der Kugel Graphitteilchen von dem Ringelement als Gleitmittel aufnimmt.

Mg. 1 ist ein Vertikalschnitt auf der Längsmittellinie einer Eugelventilanordnung;

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Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt auf der Längsmittellinie einer "bevorzugten Ausführungsform des Metallhalterings nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine Vorderansicht des Halterings der Fig. 2;

Fig. 4 ist einevergrößerte Einzelheit aus einem Schnitt durch die "bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung gemeinsam mit einem herkömmlichen Kugelventil 10. Diese Ventilanordnung weist ein Gehäuse 12 mit einer Kammer 14- sowie den beiderseitigen Gewinotensätzen 16, 18 auf. Zum Zusammensetzen fertigt man mindestens einen (18) der Ansätze separat und befestigt ihn dann mit Bolzen, Schraubgewinden oder anderen Mitteln (nicht gezeigt).

In der Kammer 14- sitzt eine Ventilkugel 20 mit einem Durchlaß 22, der durch diese hindurchverläuft und Strömungsmittel zwischen den Ansätzen 16, 18 fließen läßt. Dreht man die Kugel um in beliebiger Richtung, schwenkt man den Durchlaß quer zur Lei-

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tung und sperrt die Strömung ab. Diese Drehung kann mit einem Griff 24 an einem Schaft 26 erfolgen, dessen unteres Ende in einen Schlitz in der Kugel 20 einsetzbar gestaltet ist, so daß sich beide gemeinsam drehen können. Auf diese Weise kann man durch Drehen der Kugel die Strömung durch die Kammer 14 freigeben oder sperren, sofern Dichtungen eine solche Strömung um die Kugel 20 herum verhindern.

TJm diese Ausweichströniung zu verhindern, weist die Dichtung einen Ring bzw. Halter 30 aus einem weichen Metall auf. Vorzugsweise hat dieses Metall eine Rockwell-Härte unter 50 (Shore C). Ein Beispiel eines solchen Metalls ist der von der la. Waukesha Foundry, Waukesha, Wisconsin, V.ST.A. unter der Bezeichnung No. 88 und in der US-PS 2-743.176 offenbarte Werkstoff.

Vorzugsweise nimmt dieser Ring die in den !"ig. 2 bis 4 gezeigte Gestalt an. Dieser Ring hat eine massive durchgehende Basis 32, die auf den Enden der Kammer 14 oder einem Graphitring 34 (Fig.i aufliegt, der zwischen das Ende und die Basis eingelegt ist. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser der Basis geringfügig größer als die öffnung 22 der Kugel 20. Vom Innendurchmesser der Basis verläuft ein erster Ansatz 36 zur Kugel 20 hin. Die Vorderfläche 38 dieses Ansatzes ist mit einer kegelstuinpfförmigen Senkung versehen, die den auf der Kugel 20 vom Strömungsmittel in einer der Leitungen aufgebrachten Druck aufnimmt. Ein weiterer Ansatz 39 ist auf der Außenkante der Basis 32 ausge-

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"bildet, wie in der Fig. 2 und 4 gezeigt. Dieser Ansatz 39 verläuft nahe am Außendurchmesser der Kugel 20.

Die "beiden Ansätze bilden gemeinsam mit der Basis 32 und der Kugel 20 eine (Tasche 40, die ein komprimiertes Ringelement 42 aus expandierten Graphitteilchen aufnimmt. Der Ring 42 ist vorzugsweise aus einem Graphitwerkstoff wie dem von der Fa. Union Carbide Corporation unter der Bezeichnung GSAFOIL vertriebenen ausgebildet. Der Hing kann dabei hergestellt werden, indem man den Graphitwerkstoff locker schichtweise in die Tasche 40 füllt und mit einem Stemper verdichtet. Vorzugsweise hat der Stempel (nicht gezeigt) hierzu eine Druckfläche, die den Graphit zu einem Hing 42 verdichtet, so daß eine Kugelfläche 44 verbleibt, die sich dicht an die Kugel 20 anlegt. Bei dem zwischen der Kugel und den Ansätzen 36 und 39 vorliegenden begrenzten Spiel wird der Graphit so eingekapselt, daß seine Eigenfestigkeit sich erhöht.

Wie in den Fig. Λ und 4 gezeigt, hat der Graphitring in seiner Normallage eine größere axiale Abmessung als der Ansatz 36. Beim Zusammensetzen einer Dichtung 30 beiderseits der Kugel 20 nehmen die verschiedenen Teile die in den Fig. 1 und 4 gezeigte Lage ein. Die Oberflächen 44 werden dabei beim Anlegen der Kugel 20 geringfügig komprimiert. In diesem Zustand liegt die Kugel noch nicht am Ansatz 36 an.

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Nachdem die Einheit montiert -und so gestellt worden ist, daß sie die Strömung sperrt, kann, der auf eine Seite der Kugel 20 wirkende Strömungsmitteldruck die Kugel in. die andere Richtung drücken und komprimiert dabei den Graphitring 4-2. Dabei kann die Kugel 20 sich nun an den. Ansatz 36 anlegen, so daß die auf dem Ring lastende Kraft "begrenzt wird.

Der Ansatz 36 aus Weichmetall erlaubt der Kugel 20, ohne Kratzen unter Druck zu drehen. Als weiteren Schutz gegen ein Zerkratzen, oder Klemmen gelangen, "bei der Drehung der Kugel einige Graphitteilchen auf die Kegelfläche 36, so daß die relativ zueinander drehenden Teile geschmiert werden.

Die Erfindung kann unterschiedliche lOrmen annehmen; die in. Fig. 5 gezeigte Ausführungsform steht stellvertretend auch für andere Konfigurationen. Entsprechend der "bevorzugten Ausführungsform weist diese Dichtung 30' ein Metallringelement mit einer Basis 32' und einem inneren, vorderen. Ansatz 36' auf. Der äußere Ansatz 39' hat verringerte Abmessungen. ITm den Graphitring 42 besser zu haltern, sind zwei weitere Abänderungen vorgesehen. Zunächst ist eine Ringnut 50 in der Außenfläche des Ansatzes 36' ausgebildet. Weiterhin sind in den Graphitwerkstoff zwei oder mehr dünne Netzdrähte eingebettet. Dies kann erfolgen, indem man einfach die entsprechend geformten Drähte zwischen die Schichten des Graphitwerkstoffs legt, bevor man diese kompri-

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miert. Für den Fachmann sind andere an der Erfindung durchführbare Modifikationen unmittelbar einzusehen.

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O 1185 Patentansprüche

Ί .y Kugelventil s it ζ für ein Kugelventil mit einem Gehäuse und einer mit einem Durchlaß versehenen Kugel in diesem, die die Strömungsmittelströmung durch das Ventil steuert, wobei der Sitz ein aus expandierten Graphitteilchen ausgebildetes und mit einer allgemein sphärischen Fläche versehenes Ringelement aufweist, daß sich an die Kugel des Kugelventils anlegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz ein ringförmiges Halteelement aus Weichmetall mit einem ringförmigen Ansatz aufweist, der eine Stirnfläche hat, an die sich die Kugel anlegt, wenn sie mit Druck beaufschlagt wird, wobei das Halteelement dem Ringelement statische Festigkeit erteilt und die Stirnfläche des Halteelements bei einer Drehung der Kugel vom Ringelement Graphitteilchen als Gleitmittel aufnimmt.

2. Kugelventilsitz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das Halteelement einen zur Kugel vorstehenden zweiten Ringansatz aufweist, wobei der erste und der zweite Ringansatz eine Tasche bilden, die das Ringelement aufnimmt und an seinem Innen- und Außendurchmesser einfaßt.

3. Kugelventilsitz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringansatz mit einer kegelstumpfförmigen Senkfläche

ORIGINAL INSPECTED

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versehen ist.

4-. Kugelventilsitz nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ringelement mit einem Drahtnetz -verstärkt.

5- Kugelventilsitζ nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Halteelement aus einem Weichmetall mit einer Rockwell-C-Härte von weniger als 50 ausgebildet ist.

6. Kugelventilsitz nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Ansatzes kegelstumpfförmig angesenkt ist.

7· Kugelventilsitz nach einem der Ansprüche Λ bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement über den Ansatz hinaus vorsteht, um sich an die Kugel anzulegen, und unter Schubkraft der Kugel komprimierbar ist.

8. Kugelventilsitζ nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Ringelements größer als der !Durchmesser des Durchlasses in der Kugel und der Außendurchmesser des ringförmigen Ansatzes geringer als der Innendurchmesser des Ringelements ist.

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