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Ventil für eine explosionsfähige
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Fluide führende Leitung Die Erfindung betrifft ein Ventil für eine
explosionsfähige Fluide führende Leitung mit einem Ventilkegel und einem Ventilsitz.
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Unter explosionsfähigenFluiden sollen hier nicht nur Gase oder Gasgemische,
sondern alle Stoffe oder Stoffgemische, die zu detonativen chemischen Reaktionen
neigen, beispielsweise auch Staub-Luft-Gemische, verstanden werden. Ist eine deflagrativ
oder detonativ verlaufende Explosion in einem Leitungssystem nicht auszuschließen,
muß die Leitung in ihrer gesamten Länge den hierbei auftretenden Beanspruchungen
in der Regel sicher widerstehen. Dies gilt insbesondere auch für Absperrarmaturen
in einem derartigen Leitungssystem, Es ist bekannt, zum Absperren einer Leitung,
beispielsweise einer Acetylen-Hochdruck-Leitung ein Ventil zu verwenden a Ein Ventil
schließt entgegen. der Strömungsrichtung des Fluids und besteht im wesentlichen
aus einem Ventilgehäuse mit Ein- und Ausgang, aus einer Spindel, über die von außerhalb
des Ventilgehäuses ein
an der Spindel befestigter Ventilkegel bewegt
werden kann, und einem Ventilsitz. Durch Drehen der Spindel bewegt sich der Ventilkegel
auf den Ventilsitz zu oder von diesem weg und verschließt bzw. öffnet den Ventilsitz.
Das als Ventilkegel bezeichnete Ventilteil besitzt meist die Form eines geraden
Kreiskegelstumpfes. Dessen Grundfläche ist an der Spindel befestigt, während sich
dessen zur Grundfläche parallele Deckfläche am Ventileintritt befindet und im wesentlichen
entgegen der Strömungsrichtung des Fluids orientiert ist. Weitere Ventilformen sind
beispielsweise Platten-oder Kagelventile. Ein Ventil ist jedoch nur von einer Seite,
nämlich auf der Seite des Ventilaustritts, detonationsfest.
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Ublicherweise werden daher Hähne, insbesondere Kugelhähne als Absperrorgan
in Leitungen für explosionsfähige Fluide eingesetzt. Hähne werden durchDrehen des
Hahnkükens um seine quer zur Strömungsrichtung liegende Achse betätigt.
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Entsprechend dimensionierte Hähne sind zwar von beiden Seiten detonationsfest
und erfüllen die gesetzlichen Anforderungen, die an Leitungen und Absperrorgane
für explosionsfähige Fluide gestellt werden. Beim Betätigen eines Hahns wird der
Strömungsweg jedoch abrupt unterbrochen oder freigegeben. Dieses allen Hähnen eigene
Merkmal kann nun zur Ausbildung eines DruckstoSes und damit zu unerwünschten Folgereaktionen
führen: Infolge einer adiabatischen Kompression kann eine Zündung des explosionsfähigen
Fluids ausgelöst werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Absperrarmatur
anzugeben, die von beiden Seiten detonationsfest ist und bei deren Betätigung die
Ausbildung von Druckstößen vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein- Ventil gelöst,
das
durch einen in Strömungsrichtung des Fluids vor dem ersten Ventilkegel angeordneten
weiteren Ventilkegel, sowie durch einen mit dem weiteren Ventilkegel zusammenwirkenden
weiteren Ventilsitz gekennzeichnet ist, wobei die Ventilsitze zwischen den beiden
Ventilkeqeln angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß folgen in Strömungsrichtung des Fluids dem weiteren
Ventilkegel der mit diesem zusammenwirkende Ventilsitz, nachfolgend der mit dem
ersten Ventilkegel zusammenwirkende Ventilsitz und schließlich der erste Ventilkegel.
Diese Ventilkegel und Ventilsitze sind so angeordnet, daß der erste Ventilkegel
entgegen der Strömungsrichtung des Fluids schließt, der zweite Ventilkegel dagegen
in Strömungsrichtung.
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Wurde bisher ein Ventil als Absperrarmatur in Leitungen für explosionsfähige
Fluide verwendet und kam es zu einem Zerfall, so konnten die Kräfte, die auf die
Ventilunterseite eines geschlossenen Ventils wirkten, den Ventilkegel vom Ventilkegelsitz
abheben und die Spindel, mit der der Ventilkegel bewegt wird, derartig deformieren,
daß das Ventil undicht wurde.
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Erfindungsgemäß kann dieser Effekt nicht eintreten. Das erfindungsgemäße
Ventil ist ln Richtung der Rohrleitungen, aus denen Druckstöße kommen können, durch
die Basis eines Ventilkegels abgeschlossen. Der Ventilkegel wird daher durch den
einem Zerfall folgenden Druckstoß in seinen Ventilsitz und damit in das Gehäuse
gepreßt Das Ventil bleibt dicht und ist daher detonationsfest. Dennoch arbeitet
das erfindungsgemäße Absperrorgan wie ein Ventil: Der Offnungs- bzw Schließvorgang
eines Ventils ist naturgemäß wesentlich "weicher'', das heißt, der Fluidstrom wird
langsam unterbrochen und freigegeben Dadurch werden Druck-
stöße
und eine unerwünschte Zündung des Fluids vermieden.
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In dieser Beschreibung wird stets der Ausdruck "Ventilkegel" verwendet.
Hiermit soll lediglich der mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Ventilteil bezeichnet,
nicht aber die Verwendung anderer Ventilarten ausgeschlossen werden. Da ein erfindungsgemäßes
Absperrorgan im Prinzip auch aus z.B.
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Kugel- oder Plattenventilen gebildet werden kann, ist unter Ventilkegel
auch eine Kugel- bzw. eine kugelig gewölbte Tellerfläche oder eine Ventilplatte
zu verstehen.
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Dennoch wird in einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausgestaltung
ein aus Kegelventilen gebildetes Absperrorgan verwendet, da sich ein derartiges
Absperrorgan als besonders stabil und sicher erwiesen hat. Dabei besitzen die Ventilkegel
die Form eines Kegelstumpfes und verjüngt sich der erste Ventilsitz entgegen, der
weitere Ventilsitz in Strömungsrichtung.
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Bei eine Druckstoß wird der Schließkegel mit seiner gesamten Mantelfläche
in den Ventilsitz gepreßt, wodurch eine besonders gute Abdichtung erzielt wird.
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In einer vorteilhaften Variante der Erfindung greifen die beiden Ventilkegel
über je ein Innengewinde in ein Gegengewinde einer gemeinsamen, drehbaren Ventilspindel,
wobei eines der Gegengewinde als Rechtsgewinde und das andere als Linksgewinde ausgebildet
ist. Jeder Ventilkegel ist zur Sicherung gegen Drehbewegungen an einer sich am Ventilgehäuse
abstützenden Kegelführung befestigt.
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In dieser Ausgestaltung können durch eine einzige Drehbewegung an
der den beiden Ventilkegeln gemeinsamen Spindel beide Ventilkegel aufeinander zu-
oder voneinander wegbewegt werden. Insbesondere können die Gewinde
so
ausgelegt sein bzw. die Ventilkegel bezüglich ihrer Ventilsitze so angeordnet sein,
daß beide Ventilkegel gleichzeitig Schließstellung einnehmen bzw. zur gleichen Zeit
öffnen.
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Eine besonders hohe Dichtwirkung wird durch eine weitere Ausgestaltung
der Erfindung erzielt. Dabei ist konzentrisch zu den koaxialen Achsen der Ventilkegel
je eine elastische Ringdichtung an den Mantel flächen der Ventilkegel angeordnet.
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Selbst wenn durch den Druckstoß einer der Ventilkegel etwas aus dem
zugehörigen Ventilsitz gehoben wird und damit die metallische Dichtung unterbrochen
wird, bleibt die Dichtwirkung des erfindungsgemäßen Ventils durch elastische Dichtung
nach einem Zerfall erhalten.
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Das erfindungsgemäße Ventil kann für verschiedene Rohrdurchmesser
ausgelegt sein. Es ist in allen stoßbelasteten Leitungen einsetzbar (neben dem Einsatz
in Leitungen für explosionsfähige Fluide ist auch ein Einsatz in stoß- bzw schwellend
belasteten Leitungen wie z.B. in Hydraulikleitungen möglich). Außerdem kann ein
erfindungsgemäßes Ventil nicht nur je einen Ein- und Ausgang, sondern auch mehrere
Ein- und Ausgänge besitzen.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die erfindungsgemaße
Absperrarmatur detonationsfest ist und dennoch einen weichen, d.h. ohne Druckstoß
verlaufenden Offnungs-bzw. Schließvorgang ermöglicht.
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Im folgenden soll anhand einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel
für ein erfindungsgemäßes Ventil beschrieben werden: Eine erfindungsgemäße Absperrarmatur
ist im wesentlichen
innerhalb eines Gehäuses 1 angeordnet. Mittels
einer Mutter 24 ist eine Leitung 13, durch die der Absperrarmatur beispielsweise
unter Hochdruck stehendes Acetylen zugeführt wird, an den Eingangsstutzen 12 des
Gehäuses 1 angeschlossen. Eine Stutzenabdichtung 14 sorgt für einen gasdichten Sitz
der Leitung 13 im Eingangsstutzen 12. Innerhalb des Gehäuses sind in Strömungsrichtung
des Acetylens zunächst ein Ventilkegel (der obengenannte "weitere" Ventilkegel)
5 angeordnet. Dieser Ventilkegel wirkt mit einem Ventilsitz 22 zusammen und ist
über eine Führung 7, die in Schlitzen 25 im Gehäuse 1 geführt wird, gegen Drehbewegungen
um die Gehäuseachse gesichert. Ventilkegel 5 sowie Ventilsitz 22 greifen in Schließstellung
formschlüssig ineinander und verjüngen sich in Strömungsrichtung des Acetylens.
Dem aus Ventilkegel 5 und Ventilsitz 22 gebildeten Ventil folgt ein aus einem Ventilkegel
4 und einem Ventilsitz 23 gebildetes Ventil. Ventilkegel 4 und Ventilsitz 23 verjüngen
sich entgegen der Strömungsrichtung und greifen in Schließstellung ebenfalls formschlüssig
ineinander. Ventilkegel 4 ist ebenfalls mittels einer Führung 6, die in Schlitzen
26 im Gehäuse 1 geführt wird, gegen Drehbewegungen gesichert.
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Auf den Mantelflächen beider Ventilkegel 4,5 sind elastische Ringdichtungen
8,9 befestigt, die in Schließstellung sowohl an der Mantelfläche als auch am jeweiligen
Ventilsitz anliegen. Die Ventilkegel 4 und 5 werden von einer gemeinsamen Spindel
3 bewegt. Die Spindel 3 ist innerhalb eines mittels Mutter 21 am Gehäuse 1 befestigten
Gehäuseverschlusses 2 gelagert und durch Anschläge 17 und 18 gegen Bewegungen in
Längsrichtung gesichert. Eine Spindelabdichtung 11 zwischen Spindel 3 und Gehäuseverschluß
2 sowie eine Gehäuseabdichtung 10 zwischen Gehäuseverschluß 2 und Gehäuse 1 vermitteln
einen gasdichten Abschluß des Gehäuses. Hülsen 15 und 16 begrenzen den Hub der Ventilkegel
4 und 5.
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Die Spindel 3 trägt nun im Bereich des Ventilkegels 4 ein Linksgewinde
19 und im Bereich des Ventilkegels 5 ein Rechtsgewinde 20. Die Gewinde 19 und 20
greifen in entsprechende Innengewinde in den Ventilkegeln 4 und 5.
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Durch Drehbewegung der Spindel, z.B. über ein nichtdargestelltes Handrad
außerhalb des Gehäuses 1, können die Ventilkegel 4 und 5 aufeinander zu- bzw. voneinander
wegbewegt werden. Die Ventilkegel 4 und 5 sind relativ zu ihren Ventilsitzen 22
und 23 so angeordnet, daß sie gleichzeitig an den Ventilsitzen anliegen oder von
diesen abheben. Ist die erfindungsgemäße Absperrarmatur geöffnet, so strömt das
Acetylen in den im Ausführungsbeispiel rechtwinklig zum Ventileingang (Eintrittsstutzen
12) angeordneten Ventilausgang.
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Erfolgt in einer in die Absperrarmatur mündenden Leitung ein Acetylenzerfall
und ist die erfindungsgemäße Absperrarmatur geschlossen, so bleibt deren Dichtwirkung
während und auch nach dem Zerfall erhalten. Der dem Druckstoß zugewandte Ventilkegel
wird durch den Druckstoß stark in den zugehörigen Ventilsitz gepreßt und das Ventil
bleibt dicht. Die elastischen Dichtringe an den Mantel flächen der Ventilkegel werden
kaum vom Druckstoß und der Zerfallswärme betroffen, da der Zerfallsstoß durchiden
Ventilkegel fast vollständig abgebremst wird.
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Selbst wenn ein Ventilkegel aufgrund eines Druckstoßes leicht aus
seinem Ventilsitz gehoben wird, bleibt die Dichtwirkung aufgrund der elastischen
Ringdichtung auch nach dem Zerfall erhalten.
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