DE2908178A1

DE2908178A1 - System zum abdichten von in leitungen fuer die foerderung von fluessigkeiten oder gasen angeordneten absperrorganen, wie insbesondere eines kuekens, eines kugelhahnes o.dgl.

Info

Publication number: DE2908178A1
Application number: DE19792908178
Authority: DE
Inventors: Friedemann Dipl Ing Kullmann
Original assignee: VADUZ SELBSTFINANZIERUNG; MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1979-03-02
Filing date: 1979-03-02
Publication date: 1980-09-11

Description

Schwärzenbruck, den 28. Febr. 197i

System zum Abdichten von in Leitungen für die Förderung von Flüssigkeiten oder Gasen angeordneten Absperrorganen, wie insbesondere eines Kükens, eines Kugelhahnes od. dgl.

Die Εχ-findung· bezieht sich auf ein System zum Abdichten von in Leitungen für die Förderung von Flüssigkeiten oder Gasen angeordneten Absperrorganen, wie insb. eines Kükens eines Kugelhahnes od. dgl., wobei das System als Druckversorgung mit mindestens einer Dichtung ausgeführt ist und diese Dichtung mindestens einen auf der Mantelfläche des Absperrorganes anlegbaren Dichtkörper und einen diesen stützenden Tragkörper aufweist sowie die Dichtung in einer Ausnehmung eines das Absperrorgan aufnehmenden

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Gehäuses verschieblich angeordnet, und die Dichtung selbst an ihrer dem Dichtkörper abgewandten, jedoch im oder im Bereich des Tragkörpers liegenden Seite einen von einem Druckmedium beaufschlagbaren Raum aufweist.

Es ist im Rohrleitungsbau seit langem bekannt, für das Absperren von Leitungen Absperrorgane einzusetzen und diese Absperrorgane entsprechend den in den Leitungen herrschenden Förderdrücken und Förderinengen als Schieber, Kugelhähne, Ventile und anderes auszubilden. Bei den im Rohrleitungsbau immer mehr zur Anwendung kommenden Kugelhähnen handelt es sich um Absperrorgane, die von einem Gehäuse und einem darin um eine Achse drehbaren, kugeligen Küken gebildet werden, wobei das Küken gegen das Gehäuse mittels auf den Mantelflächen des Kükens auflegbaren Dichtungen abdichtbar ist.

Ein bekannter Kugelhahn dieser Art weist ein kugeliges Gehäuse auf, welches im Bereich seiner Durchströmöffnungen mit Flanschen ausgestattet ist, über die sich das Gehäuse an ebenfalls mit Flanschen versehenen Enden der Leitungen anschließen läßt. Um dabei die Dichtung auf die Mantelfläche des Kükens auflegen und auf dieser halten zu können, ist die Dichtung als eine sogenannte gebaute Dichtung ausgeführt und an einer Druckversorgung angeschlossen, durch deren Druck die Dichtung in.Richtung Mantelfläche des Kükens gepreßt wird. Zu diesem Zweck besteht die Dichtung aus einem auf der Mantelfläche auflegbaren Dichtkörper und einem diesen stützenden Tragkörper, wobei beide in einer Ausnehmung des Gehäuses axial verschieblich geführt sind. Zwischen dem Tragkörper und der Ausnehmung ist ein freier Raum vorgesehen, der über eine Versorgungsleitung mit einer Druckversorgung verbunden ist. Die Druckversorgung wird dabei von einem Stufenkolben und einen diesen mit beeinflußenden Kolben-Zylinder-Antrieb gebildet, von denen der Stufenkolben

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mit seinem Hochdruckteil an der Versorgungsleitung und mit seinem Miederdruckteil über eine Leitung mit dem Druck des in der Leitung sich befindenden Mediums verbunden ist. Durch diese Ausführung des Systems läßt sich ein übersetzbarer Druck auf den Tragkörper und somit auf die Dichtung anlegen, so daß diese Dichtung auf den Mantelflächen gepreßt bleibt. Der Kolben-Zylinder-Antrieb, der über eine Steuerkante mit einer an dieser sich anschließenden Leitung am Stufenkolben verbunden ist, liefert den auf den Tragkörper wirkenden Ausgangsdruck, der durch den Stufenkolben zusätzlich verstärkt werden kann. Zwar läßt sich mittels eines solchen Systems die Dichtung gegen die Mantelfläche des Kükens anpressen, indessen können Leckverluste mittels eines solchen Systems nicht ausreichend kompensiert werden, wodurch der Anpreßdruck der Dichtung nachgeben und undichte Stellen sich einstellen können (vgl. DE-OS 26 09 316)

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System für das Abdichten von in Leitungen angeordneten Absperrorganen zu schaffen, welches auch über längere Betriebszeiten Leckagen an der Druckversorgung ausgleicht und zudem überwiegend wartungs- und störungsfrei betrieben werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem System der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das System von mindestens einer Druckversorgung für ein auf die Dichtung anlegbaren Druck und von mindestens einem diesen Druck einstellenden Steuermittel gebildet wird, und daß bei hydraulischer Ausführung der Druckversorgung diese über mindestens eine Versorgungsleitung mit dem Raum vor dem Tragkörper des Dichtungskörpers verbunden ist, und daß an dieser Versorgungsleitung zwischen Raum und Druckversorgung mindestens ein Mehrwegeventil vorgesehen ist,

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über das der Raum einerseits mit der Druckversorgung und andererseits mit einem der Entspannung des Raumes vom Druck des Mediums dienenden. Sammelraum verbindbar ist.

Durch diese Maßnahmen lassen sich die Leckagen vermeiden, so daß die Dichtung auch über längere Betriebszeiten auf der Mantelfläche des Kükens dichtend bleibt. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, daß dieses System mit überwiegend handelsüblichen Bauteilen zusammengestellt werden kann, wodurch die Fertigungskosten sich entsprechend senken lassen. Hinzu kommt, daß bei diesem System die verwendbaren Bauteile auch temperaturunabhängiger sind, so daß selbst bei extremen Temperaturschwankungen das System funktionssicher bleibt.

In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 einen partiellen Längsmittelschnitt durch ein kugelförmiges Absperrorgan mit den auf dessen Dichtung wirkenden Druckversorgungen,

Figur 2 einen Längsmittelschnitt durch das gleiche Absperrorgan, jedoch mit vereinfachten Steuermitteln in Form einer als elektromagnetisches Mehrwegeventils ausgebildeten Druckversorgung,

Figur 3 einen Längsmittelschnitt durch das gleiche Absperrorgan jedoch mit einem handbetätigbaren Steuermittel in der Druckversorgung.

Das System nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 wird im wesentlichen von einem eine Pumpe 1 antreibenden Motor 2 und einer Reihe von Steuermitteln 3 bis 6, wie auch

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einem Speicher 7 und der Dichtung 12 gebildet, wobei ausgehend von einem Druckmittel-Sammelraum die Pumpe mit ihrem Saugstutzen über eine Saugleitung 9 mit dem Sammelraura und über ihren Druckstutzen 10 mit einer Förderleitung 11 für das Druckmedium angeschlossen ist. Die Förderleitung 11, die von der Pumpe 1 bis zur Dichtung 12 reicht, weist im Bereich der Pumpe ein in Förderrichtung von der Pumpe zur Dichtung öffnendes Rückschlagventil 13 auf, und ist zudem mit einer Reihe von Anschlüssen für die Steuermittel, wie einem Druckmesser 3, einem Druckbegrenzungsventil 4, einem Mehrwegeventil 5, einem Druckschalter 6 und dem Speicher versehen. Während der Druckmesser 3 ohne Abgang an der Förderleitung 11 angeschlossen ist, ist an der gleichen Förderleitung im Bereich des Druckmessers das Druckbegrenzungsventil 4 angeschlossen, und es ist dieses Ventil sowohl einstellbar ausgebildet, als auch über eine den Druck in der Förderleitung 11 abbauenden leitung 14 am Druckmittel-Sammelraum 8 angeschlossen. An der gleichen Förderleitung 11 ist das Mehrwegeventil 5, welches hier als ein 2/2-Wegeventil mit den Schaltstellungen A, B ausgeführt ist, angeschlossen, wobei diesem Ventil zur Förderleitung hin ein Drosselventil 15 und von dieser entgegengesetzt eine in den Druckmittel-Sammelraum 8 mündende Rückführleitung 16 zugeordnet ist. Im Bereich des Anschlusses des Drosselventiles 15 an der Förderleitung 11 ist der Druckschalter 6 an dieser Förderleitung angeschlossen, mit dem die jeweils gewünschten Minima- und Maximawerte für den Aufbau der Drücke im System eingestellt werden können. An dieser Förderleitung 11 ist schließlich auch der Speicher 7 angeschlossen, der vorzugsweise als ein hydro-pneumatischer Speicher ausgeführt ist, und dem Halten des Druckes des die Dichtung 12 gegen die Mantelfläcne 17 des Kükens 13 drückenden Mediums hält. Dieser Speicher ist dabei über eine Versorgungsleitung 19 mit einem Ringraum 20 der Dichtung verbunden, über die auch die etwaigen Leckverluste aus dem

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Speicher in den Ringraum gefördert werden. Um dabei die Dichtung 12 an einen weitgehend konstanten Minimaldruck anzulegen, ist der Maximal- /Minimaldruckschalter 6 über eine Stichleitung 21 mit dem Innern der Leitung 22 für das Fördern der Flüssigkeit oder des Gases verbunden, so daß entsprechend dem Druck dieses Mediums auch der Druck der Dichtung gegen die Mantelfläche 17 des Kükens 18 geregelt werden kann.

Die Dichtung 12, die bei dieser Ausführung als eine sogenannte gebaute Dichtung ausgeführt ist, weist einen auf der Mantelfläche 17 des Kükens 18 auflegbaren Dichtkörper 23, wie auch einen diesen stützenden Tragkörper 24 auf, und sie ist in einer sackförmigen Ringnut 25 des Gehäuses 26 des Absperrorganes so eingelegt, daß zwischen dem Tragkörper und dem Boden 27 der Ringnut der Ringraum 20 für das Druckmittel, welches über die Versorgungsleitung 19 in diesen Raum eingebracht wird, verbleibt. Um dabei den». Dichtkörper 23 eine radiale Einstellbarkeit zu ermöglichen, kann dieser an seinen Seiten Radialspiele 28 gegenüber den Wänden der Ringnut 25 aufweisen, wodurch dieser Dichtungskörper auch verkantungsfrei im Ringraum axial geführt werden kann.

Damit das System mit sauberem Druckmittel versorgt werden kann, kann in der Saugleitung 9 zwischen der Pumpe 1 und dem Druckmittel-Sammelraum 8 ein Filter 29 vorgesehen sein.

Die Funktion des Systems wird derart vorgenommen, daß durch die Pumpe 1 der Druck, nämlich der Systemdruck, aufgebaut wird. Dieser Druck wird durch das Druckbegrenzungsventil 4 in seiner zulässigen Höhe abgesichert. Dieser am Druckbegrenzungsventil 4 wirkende Druck wird _so eingestellt, daß er über dem einaestellten Druck am Druckschalter liegt. Die Pumpe 1, die beim Anpressen der

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Dichtung 12 an die Mantelfläche 17 des Kükens 13 den Druck erzeugt, füllt gleichzeitig auch den Speicher 7 mit Druckmittel, und es wird die Förderung der Pumpe dann abgestellt, wenn der Druck im System den am Druckschalter 6 eingestellten, maximalen Druck erreicht hat. Dieser Druckschalter 6 für die Maxima-Minimadrücke hat eine sogenannte Rückschaltdifferenz, so daß bei Abfall von etwa 2 - 3 % Druck dieser Druckschalter sich wieder selbsttätig einschaltet, wodurch auch die Pumpe 1 zum erneuten Aufbauen des benötigten Systemdrucks bis zum Erreichen des am Druckschalter eingestellten Maximaldruckes wieder eingeschaltet wird. Beim Schalten des Kugelhahnes bzw. Drehen dessen Kükens 18 um die Drehachse muß vorher die Dichtung 12 entlastet, d.h. von der Mantelfläche 17 abgehoben werden. Dies geht in-der Weise vor sich, daß das Mehrwegeventil 5 (ein 2/2-Wegeventil) in Schaltstellung B gebracht wird, wodurch der Druck im System durch Ablassen des Druckmittels und Entleeren des Speichers 7 in den Druckmittel-Sammelraum 8 abgebaut wird. Durch den einstellbaren Minimaldruck kann dieses Druckniveau reguliert werden, wobei eine Regulierung von 0 bis zu einem beliebigen Druck, z.B. dem Druck in der Förderleitung 11,oder bis zum benötigten maximalen Druck des Systems eingestellt werden kann» Der dann auf die Dichtung 12 wirkende Druck wird nach Auffüllen des Speichers 7 von diesem selbst gehalten.

Die bei diesem System verwendbaren Dichtungen können verschiedene Konfigurationen haben, auf die hier nicht näher eingegangen wird. Eine der möglichen Konfigurationen einer solchen Dichtung ist in den Zeichnungen und Erläuterungen dieses Systems dargestellt und beschrieben.

In besonders gelagerten Fällen, insbesondere bei häufig zu öffnenden und zu schließenden Absperrorganen und besonders

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bei solchen für geringere Fördermengen und Förderdrücke, kann das System wesentlich einfacher ausgeführt sein.(Fig. 3) In' einem solchen Fall könnte schon der Systemdruck vom Mediumdruck in der Förderleitung 22 über ein Saugfilter 29 und eine Leitung 30 zu einem Mehrwegeventil 31/ vorzugsweise ein 2/3-Wegeventil, welches ebenfalls wie das erstbeschriebene Mehrwegeventil von einem Elektromagneten 32 betätigbar wäre, geleitet werden. Von diesem Mehrwegeventil 31 kann dann das Druckmedium über eine Versorgungsleitung 19 zum Ringraum 20 gelangen, und dort auf die Dichtung 12 entsprechend einwirken. Zusätzlich zum Druckmedium ist hier eine ebenfalls auf die Dichtung 12 wirkende Druckfeder 33 vorgesehen, durch die der auf die Dichtung wirkende Minimaldruck ausgeübt wird, um die Dichtung 12 von der Mantelfläche 17 des Kükens 18 abzuheben, wird auch hier das Mehrwegeventil 31 von der jetzigen Schaltstellung A in die Schaltstellung B gebracht, wodurch eine Verbindung von der Versorgungsleitung 19 über das Mehrwegeventil zu einem Entspannungsraum 34 (Tank) freigegeben wird. Bei Umschalten des Mehrwegeventils 31 in die Stellung C wird der Durchfluß des Mediums von der Leitung 30 zur Versorgungsleitung 19 wieder freigegeben.

Analog der hier erläuterten Schaltung mittels des Mehrwegeventils 31 kann die Leitung 30 über ein manuell betätigbares Mehrwegeventil 35 (ein 2/3-Wegeventil) mit der Versorgungsleitung 19 verbunden werden. Um die Dichtung 12 zum Zwecke des Abhebens von der Mantelfläche 17 zu entspannen, kann die Versorgungsleitung 19 über das Mehrwegeventil 35 mit einem Entspannungsraum 36 verbunden werden. Das Anlegen der Dichtung 12 erfolgt durch erneutes Umlegen des Hebels 37 des Mehrwegeventils 35 von der gestrichelten in die ausgezeichnete Stellung, so daß erneut Druckmittel von der Leitung 30 über das Mehrwegeventil 35 in die Versorgungsleitung 19 fließen kann. (Fig. 2)

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Das System gemäß der Erfindung wurde am Beispiel eines Kugelhahnes dargestellt und beschrieben» Es ist jedoch auch möglich, dieses System auch auf andere Änwendungsfälle auszudehnen, insbesondere dort wo es gilt, ein Absperrorgan gegen dessen Gehäuse mittels einer abhebbaren Dichtung abzudichten.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

System zum Abdichten von in Leitungen für die Förderung von Flüssigkeiten oder Gasen angeordneten Absperrorganen, wie insbesondere eines Kükens eines Kugelhahnes od. dgl., wobei das System als Druckversorgung mit mindestens einer Dichtung ausgeführt ist und diese Dichtung mindestens einen auf der Mantelfläche des Absperrorganes anlegbaren Dichtkörper und einen diesen stützenden Tragkörper aufweist sowie die Dichtung in

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einer Ausnehmung eines das Absperrorgan aufnehmenden Gehäuses verschieblich angeordnet, und die Dichtung selbst an ihrer dem Dichtkörper abgewandten, jedoch im oder im Bereich des Tragkörpers liegenden Seite einen von einem Druckmedium beaufschlagbaren Raum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das System von mindestens einer Druckversorgung für ein auf die Dichtung (12) anlegbaren Druck und von mindestens einem diesen Druck einstellenden Steuermittel (1 -7, 31, 35} gebildet wird, und daß bei hydraulischer Ausführung der Druckversorgung diese über mindestens eine Versorgungsleitung (19) mit dem Raum (20) vor dem Tragkörper (24) des Dichtungskörpers (23) verbunden ist, und daß an dieser Versorgungsleitung zwischen Raum und Druckversorgung mindestens ein Mehrwegeventil (5, 31, 35) vorgesehen ist, über das der Raum einerseits mit der Druckversorgung und andererseits mit einem der Entspannung des Raumes vom Druck des Mediums dienender Sammelraum (8, 34, 36) verbindbar ist.
2. System nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß

die Druckversorgung, wie an sich bekannt, der Druck eines durch die Leitung (22) zu fördernden Mediums (Flüssigkeit oder Gas) ist, und daß das Mehrwegeventil (31) ein elektromagnetisch betätigbares 2/3-Wegeventil ist, welches über eine Zuleitung (30) mit der Leitung des zu fördernden Mediums und mit der Versorgungsleitung (19) mit einem Raum (20) der Dichtung (12) verbunden ist,und daß als weitere Druckversorgung eine in diesem Raum eingelegte und den Tragkörper (24) zusammen mit dem Dichtungskörper (23) konstant in Richtung Mantelfläche (17) des Kükens (18) pressende Feder (33) ist.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckversorgung, wie an sich bekannt, der Druck eines durch die Leitung (22) zu fördernden Mediums (Flüssigkeit oder Gas) ist, und daß das Mehrwegeventil (35)

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ein handbetätigfaares Absperrorgan ist, welches über eine Zuleitung (30) mit der Leitung des zu fördernden Mediums und mit einer Versorgungsleitung (19) mit einem Raum (20) der Dichtung (12) verbunden ist, und daß als weitere Druckversorgung eine in diesem Raum eingelegte und den Tragkörper (24) zusammen mit dem Dichtkörper (23) konstant in Richtung Mantelfläche (17) des Kükens (18) pressende Feder (33) ist.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckversorgung von einem antreibbaren Fördermittel (Pumpe 1), welches über Verbindungsleitungen (9, 10, 11 , 14, 16) zum einen an einem Druckinittel-Sammelraum (8) und zum andern über ein in einer solchen Verbindungsleitung vorgesehenen Rückschlagventil (13) mit einem hydropneumatischen Speicher (7) verbunden ist, und daß an der das Rückschlagventil (13) mit dem Speicher (7) verbindenden Förderleitung (11) sowohl ein an dieser Leitung angeschlossenes, einstellbares Druckbegrenzungsventil (4) mit zum Druckmittel-Sammelraum (8) sich entspannenden Abfluß (14) als auch ein Mehrwegeventil (5, d.h. ein 2/3-Wegeventil) mit einem diesem vorgelagerten Drosselventil (15) und einem dem Mehrwegeventil (5) nachgeschalteten und sich zum gleichen Druckmittel-Sammelraum (8) entspannenden Abfluß (16) angeschlossen ist, und daß zusätzlich zu diesen ein Druckschalter (6, d.h. ein Maximal-/Minimaldruckschalter) an dieser Verbindungsleitung (11) angeschlossen ist, welcher über eine weitere Verbindung (21) mit einer den Druck des in der Leitung (22) des zu fördernden Mediums (Flüssigkeit oder Gas) anzapfenden Leitung (21) verbunden und welcher Schalter wiederum zusammen mit dem Speicher (7) am beaufschlagbaren Raum (20) der Dichtung (12) über die gemeinsame Versorgungsleitung (19) angeschlossen ist.

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5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12), wie an sich bekannt, axial verschieblich im Gehäuse (26) des Absperrorganes geführt sowie sich radial selbsttätig, zur Mantelfläche (17) des Kükens (18) zentrierbar, ausgebildet ist, und daß insbesondere während des Bewegungsvorganges des Kükens diese Dichtung von der Mantelfläche des Kükens durch Abbauen des Druckes des Systems abhebbar ist.

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