DE2849281C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Absperrorgan gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Es sind bereits verschiedene Absperrorgane mit verschwenk­ baren Absperrkörpern, wie Kugelventile und Drehschieber, als Steuerventile zur kontinuierlichen Feinsteuerung von Fluiden bekannt. Diese Absperrorgane unterscheiden sich von dem konventionellen Ein-Aus-Prinzip. Die bekannten Absperrkörper sind jedoch, insbesondere bei hohen Fluid­ drücken, schwierig zu verschwenken und erfordern ein großes, drehmomentstarkes Betätigungsglied. Auch sind sie kostenin­ tensiv und sperrig. In manchen Fällen wurden die Kosten durch Vermindern des Gewichts des Absperrkörpers, beispiels­ weise durch Ausbilden von nur einem Segment anstelle einer Kugel, vermindert. Die Kraft der Fluidströmung, die gegen den Absperrkörper wirkt, stellt jedoch eine gewisse Dreh­ momentbelastung dar, welche die gewünschte Steuergenauig­ keit erschwert.

Aus der DE-OS 25 53 155 ist ein Drehkegelventil bekannt, dessel Kegelnabe so ausgebildet ist, daß ihr Profil dem einer herkömmlichen Klappenscheibe gleicht. Solche Klappen­ scheiben bewirken unter dem Einfluß der Strömungsdynamik ein Drehmoment zur Schließstellung hin. Diesem Stand der Technik lag die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Ven­ tilen zu vereinfachen, beispielsweise durch Vermeidung von Spezialmaschinen zur Einhaltung enger Toleranzen bei der Absperrkörper-Bearbeitung oder durch Vermeidung des Einsatzes geteilter Gehäuse.

In der GB-PS 14 43 887 ist ein Regelventil mit einem zwi­ schen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung verschwenk­ baren Absperrkörper beschrieben. Dessen Schwenkachse ist gegenüber der Mittelachse des Ventilsitzes versetzt ange­ ordnet. Damit soll die Aufgabe gelöst werden, die Abdich­ tung des Ventils zu verbessern, insbesondere den Absperr­ körper beim Bewegen in Richtung auf die Schließstellung in geeigneter Weise, möglichst in axialer Richtung, auf den Ventilsitz und einen Stützring aufzusetzen, um damit die axiale Abweichung des Ventilsitzes während des Abdicht­ vorganges zwischen dem Sitz und dem Absperrkörper sowie auch die Drehbewegung dieses Körpers zu begrenzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Absperrorgan bzw. ein Steuerventil anzugeben, das auch bei Hochdruck mit geringem Kraftaufwand leicht steuerbar ist.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Absperrorgan der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein vom Absperrkörper getragener und der Strömung durch das Gehäuse aussetzbarer Flügel in bezug auf die gegenüberliegende Seite des kugelartigen Segments so ver­ setzt ist, daß die auf den Flügel treffende Strömung den Absperrkörper aus der maximalen Öffnungsstellung zu drücken versucht.

Eine Ausführungsform des Absperrorgans, bei welcher der Flügel einen im wesentlichen kreisförmigen Umfang aufweist, ist bevorzugt.

Gemäß der Erfindung wird ein Ventilgehäuse mit darin schwenkbar befestigten Stummelwellen ausgebildet. Ein Arm­ paar erstreckt sich radial von den inneren Enden der Stum­ melwellen aus nach außen und trägt an den äußeren Armenden ein Kugelsegment, das mit einem ringförmigen Ventilsitz zusammenwirkt. Zwischen den Armen, auf oder oberhalb der Achse der Stummelwellen, befindet sich ein Flügel, der außen kreisförmig ausgebildet ist und eine maximale Dicke längs des Durchmessers aufweist, der mit der Achse der Stummelwellen fluchtet, und sich in beiden Richtungen quer zu diesem Durchmesser verjüngt. Der Flügel ist gewis­ sermaßen um den Durchmesser maximaler Dicke in der Drehrich­ tung entgegengesetzt zur Richtung der Öffnungsbewegung versetzt, wodurch er in der maximalen Öffnungsstellung des Absperrorgans dem Fluidstrom parallel zur Durchgangsachse des Absperrorgans ausgesetzt ist. Der auf den schiefwinkli­ gen Flügel auftreffende Fluidstrom tritt der Wirkung des­ selben Stroms entgegen, der auf das genannte Kugelsegment auftrifft. Dies führt zu einer teilweisen Aufhebung der Kräfte und zu einer wesentlichen Verminderung des Drehmo­ ments, das erforderlich ist, um das Absperrorgan mit dem Kugelsegment zu verschwenken.

Nachfolgend wird die Erfindung mittels der Zeichnung an einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt durch ein Absperr­ organ;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch einen Teil des Absperrorgans und den Absperrkörper;

Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 ist das Absperrorgan 10 zwischen Flansche 12, 14 von zwei Leitungsabschnitten 16, 18 mit Hilfe von Bol­ zen 20 und geeigneten Dichtungsringen 22, 24, die Enddich­ tungen darstellen, eingeklemmt. Das Absperrorgan 10 weist ein im allgemeinen zylindrisches, rohrförmiges Ventilge­ häuse 26 mit einem austrittsseitigen Durchgang 28 auf, der mit dem benachbarten Leitungsabschnitt 18 fluchtet und in Verbindung steht.

An der Eintrittsseite weist ein Käfig 30 für einen Absperr­ körper 50 einen äußeren radialen Flansch 32 auf, der sich an einer Schulter 34 abstützt, die durch eine Gegenbohrung 36 in dem Ventilgehäuse 26 gebildet ist. Ein dünner, metal­ lischer Dichtungsring 38, der durch einen etwas dickeren Dichtungsring 40 aus Kunststoff abgestützt bzw. verstärkt ist, ist mit diesem zwischen dem Käfig 30 und einem ein­ gangsseitigen Strömungsdurchgangsring 42 eingeklemmt. Zwi­ schen dem eingangsseitigen Ring 42 und dem Ventilgehäuse 26 ist ein Dichtungsring 43 eingeklemmt. Darüber hinaus werden der Käfig 30, die Dichtungsringe 38 und 40 sowie der Ring 42 durch Einklemmen zwischen die Leitungsabschnitt­ flansche 12, 14 gehalten. Vor der Montage des Absperrorgans an die Leitungsabschnitte 16, 18 können diese Komponenten zusammengesetzt und durch Haltescheiben 44 gegen eine Schul­ ter 46 rings um den eintrittsseitigen Durchgangsring 42 zusammengehalten sein; solche Haltescheiben werden durch Kopfschrauben 48 gehalten.

Der Absperrkörper 50 weist als Dichtfläche ein kugelartiges Segment 52 auf, das in der Schließstellung des Absperr­ organs kreisförmig an seinem Umfang an den Dichtungsringen 38, 40 anliegt. Das Segment 52 wird von Armen 54 getragen, die sich radial von Stummelwellen 56 des Absperrkörpers 50 aus erstrecken (Fig. 3). Die Stummelwellen 56 sind dreh­ bar in Buchsen 58 gelagert, die ihrerseits auswechselbar in miteinander fluchtenden Öffnungen 60 im Käfig 30 gehal­ ten sind. Wenn die Buchsen 58 axial aus den Öffnungen 60 herausgenommen werden, sind die Stummelwellen 56 frei und ermöglichen durch Austrittsöffnungen 62 ein leichtes Ent­ nehmen und Wiedereinsetzen des Absperrkörpers 50. Die Stummelwellen 56 sind mittels nicht dargestellter, außer­ halb des Ventilgehäuses 26 angeordneter Betätigungselemente verschwenkbar.

Zur Überprüfung bzw. Überholung ist es daher lediglich erforderlich, die Bolzen 20 zu lösen und einige davon zu entfernen, so daß das Absperrorgan 10 aus dem Raum zwischen den Flanschen 12, 14 herausgenommen werden kann. Danach können der eintrittsseitige Durchgangsring 42 und die Dich­ tungsringe 43, 38, 40 entfernt werden. Anschließend können der Käfig 30 und gegebenenfalls der Absperrkörper 50 aus dem Ventilgehäuse 26 entnommen und wie oben beschrieben ersetzt werden.

Zwischen den Armen 54 ist ein Flügel 66 mit vorzugsweise kreisförmigem Umfang (Fig. 3) angeordnet. Der Flügel trägt auch zur Versteifung der Struktur bei. Wenn das Absperr­ organ 50 aus der Schließstellung herausgedreht wird, trifft der Fluidstrom auf die Dichtfläche 52 des Absperrorgans 50 und drückt es, betrachtet in Fig. 1, im Gegenuhrzeiger­ sinn in Richtung zur vollständigen Öffnungsstellung. Gleich­ zeitig trifft der Fluidstrom auf den Flügel 66 und insbe­ sondere auf die innere Oberfläche 66 a von dessen nacheilen­ dem Teil bezüglich der Absperrkörperbewegung, wodurch der Absperrkörper 50 so vorbelastet wird, daß er sich im Uhr­ zeigersinn zu schwenken versucht, d. h., daß die Kräfte des Fluidstroms überwunden werden, die gegen die Dichtfläche 52 drücken und damit das zur Betätigung des Absperrorgans 10 erforderliche Drehmoment wesentlich vermindert wird. Diese Drehmomentverminderung wird durch eine schräge An­ ordnung des Flügels 66 in einer Richtung entgegengesetzt zur Öffnungsbewegung des Absperrkörpers 50 bewirkt, so daß (wie aus Fig. 2 ersichtlich) ein wesentliches Drehmoment im Uhrzeigersinn auch dann erreicht wird, wenn sich der Absperrkörper 50 in seiner vollständigen Öffnungsstellung befindet.

Gemäß Fig. 2 und 3 ist der Flügel 66 zwischen den Armen 54 im wesentlichen kreisförmig im Außenumfang, weist seine maximale Dicke längs eines Durchmessers parallel zur Achse der Stummelwellen 56 auf und verjüngt sich zu einer vermin­ derten Dicke in beiden Richtungen quer zu dieser Achse. Der Flügel 66 ist um jenen Durchmesser in einer Richtung entgegengesetzt zur Öffnungsbewegung des Absperrkörpers 50 versetzt, so daß die innere oder untere Oberfläche des Flügels 66 dem Fluidstrom während eines größeren Abschnitts dieser Öffnungsbewegung ausgesetzt wird.

Das Absperrorgan 10 gemäß der Erfindung wird als Drehschie­ ber bzw. Steuerventil und nicht als Ein-Aus-Ventil verwen­ det. Der normale Betriebsbereich befindet sich in einem Winkel zwischen 10° und 85° von der vollständigen Schließ­ stellung aus. Beim Betrieb stellte es sich heraus, daß der Flügel 66 eine Drehmomentumkehr bewirkt. Das bedeutet, daß im größten Teil des Schwenkbereichs des Absperrkörpers 50 ein positives Drehmoment vorhanden ist, das den Absperr­ körper 50 in die Schließstellung drückt, daß aber unmittel­ bar vor Erreichen der vollständigen Öffnungsstellung, wenn sich der Flügel 66 der Stellung nähert, in der er mit der Richtung des Fluidstromes fluchtet, sich das Drehmoment umkehrt und den Absperrkörper 50 in die Öffnungsstellung zu drücken versucht. Diese unerwünschte Eigenschaft wurde erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß durch die schräge Anordnung des Flügels 66 die Tendenz zur Drehmomentumkehr verzögert wird, so daß sie in dem oben beschriebenen Schwenkbereich nicht auftritt. Der Flügel 66 bleibt über den vollen Bewegungsbereich des Absperrkörpers hindurch dem Fluidstrom ausgesetzt. Dieser drängt den Absperrkörper in die Schließstellung und verhindert so die Wirkung der gegen den Absperrkörper selbst drückenden Fluidströmung.

Claims (2)

1. Absperrorgan, insbesondere Drehschieber, mit einem Gehäuse und darin befindlichem eintrittsseitigem Durchgang und mit einem sich in der maximalen Schließstellung über dessen Quer­ schnitt erstreckenden Absperrkörper mit einer der Eintritts­ seite zuwendbaren Auftrefffläche und einem Schaft, der zum Schwenken des Absperrkörpers zwischen der maximalen Schließ­ stellung und einer um 90° dagegen versetzten maximalen Öffnungsstellung drehbar im Gehäuse gelagert ist, wobei die Auftrefffläche aus der Schaftachse so versetzt ist, daß eine durch das Gehäuse fließende und auf die Auftrefffläche treffende Strömung den Absperrkörper in die maximale Öffnungsstellung zu drücken versucht, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Absperrkörper (50) getragener und der Strömung durch das Gehäuse aussetzbarer Flügel (66) in bezug auf die gegenüberliegende Seite des kugelartigen Segments (52) so versetzt ist, daß die auf den Flügel (66) treffende Strömung den Absperrkörper (50) aus der maximalen Öffnungsstellung zu drücken versucht.

2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (66) einen im wesentlichen kreisförmigen Umfang aufweist.