DE68911925T2 - Ventil mit auswechselbarem Einsatzstück. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf Ventilanordnungen. Sie findet insbesondere Anwendung bei Ventilen, die typischerweise an verhältnismäßig unzugänglichen Orten verwendet werden, z.B. Ventilen jener Art, die bei Unterwasser-Pipelines verwendet wird.
• Die Komponenten von Ventilen, z.B. von Absperrventilen, die an Orten unter Wasser verwendet werden, unterliegen der Abnützung, Korrosion und Erosion und bedürfen daher einer periodischen Erneuerung. Es wurde vorgeschlagen, die Strömungssteuerungskomponenten solcher Ventile, typischerweise die Absperrschieber und Sitze, in einem Einsatz zu montieren, welcher entfernbar in einen Aufnahmeteil montiert werden kann. Der Aufnahmeteil kann mit der Strömungsleitung gekuppelt werden, die durch das Ventil gesteuert wird. Dies ermöglicht es, daß der Einsatz entweder durch einen Taucher oder ein ferngesteuertes Fahrzeug für das Ersetzen der Ventilkomponenten entfernt werden kann. Bei solchen Anordnungen ist es notwendig, eine Metalldichtung zwischen dem Einsatz und dem Aufnahmeteil vorzusehen. Bei einer bekannten Anordnung ist der Aufnahmeteil mit sich verjüngenden Seiten ausgestattet, gegen die die Oberfläche des Einsatzes abdichten kann, siehe beispielsweise die Dokumente des Standes der Technik US-A-3 656 501 oder US-A-4 311 297. Der Aufnahmeteil dieser Anordnung ist sehr kompliziert zu fertigen, wobei das üblichste Verfahren das Gießen ist. Sogar beim Gießen ist aber die maschinelle Nachbearbeitung immer noch sehr kompliziert und ein kostenaufwendiges Verfahren.
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ventilanordnung von der Art eines Einsatzes zu schaffen, die mit einem weniger komplizierten Fertigungsverfahren hergestellt werden kann.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Ventilanordnung geschaffen, mit einem Körperteil, der entfernbar in einem Aufnahmeteil aufnehmbar ist, wobei der Körperteil Ventilelemente zum Steuern der Fluidströmung durch einen Strömungsweg im Körperteil aufweist, und der Aufnahmeteil Strömungswege und eine Bohrung aufweist, die im wesentlichen quer zu den Strömungswegen verläuft, so daß die Strömungswege, wenn der Körperteil in der Bohrung im Aufnahmeteil aufgenommen ist, mit dem Strömungsweg im Körperteil in Verbindung stehen, mit ringförmigen Dichtelementen, die in der Öffnung jedes Aufnahmeteilströmungsweges angeordnet sind, wobei jedes Dichtelement axial in seiner Öffnung beweglich ist und Mittel vorgesehen sind, die mit den Dichtelementen gekuppelt sind und mittels des Körperteiles in Eingriff bringbar sind, wenn dieser in den Aufnahmeteil eingeführt wird, wodurch er die Dichtelemente axial in abdichtenden Eingriff mit der Oberfläche des Körperteiles drückt.
• Die mit dem Körperteil in Eingriff bringbaren Mittel können eine Hebelanordnung aufweisen, die mit jedem Dichtelement gekuppelt ist. Jede Hebelanordnung kann einen gabelförmigen Abschnitt aufweisen, der mit seinem Dichtelement an diametral gegenüberliegenden Stellen gekuppelt ist. Jeder Hebel kann ein bestimmtes Maß an Elastizität aufweisen, wodurch er wie eine Feder wirkt, um den Dichtkontakt zwischen dem Körperteil und den Dichtelementen aufrechtzuerhalten. Der Körperteil kann Dichtmittel zum Abdichten gegen die Dichtelemente tragen. Die Dichtmittel können ringförmige Metall-an-Metall-Dichtungen aufweisen, von denen jede in einer Ringnut angeordnet ist, welche im Körperteil ausgebildet ist.
• Der Körperteil kann einen Verriegelungsring tragen, der für den Eingriff in ein Gewinde an der Wand der Aufnahmeteilbohrung ausgebildet ist, welche den Körperteil aufnimmt, wobei der Verriegelungsring für den Angriff eines entsprechenden Werkzeuges ausgebildet ist, welches zum Drehen des Verriegelungsringes betätigbar ist, um zu bewirken, daß sich der Körperteil axial gegenüber dem Aufnahmeteil bewegt.
• Jeder Hebel kann so geformt sein, daß er einen Ellbogen oder Absatz definiert, welcher am Aufnahmeteilkörper anschlägt und einen Anlenkpunkt bildet, um welchen der Hebel schwenken kann, wenn ein unterer Abschnitt des Körperteiles mit dem Hebel in Berührung kommt. Der vordere Abschnitt des Körperteiles kann verjüngt sein, um eine Rampe zu definieren, welche mit jeder Hebelanordnung in Eingriff steht.
• Die Erfindung wird nun ausschließlich zu Beispielszwecken unter spezieller Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:
• Fig. 1 ein Querschnitt einer Ventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Ventil in einer Lage vor seinem endgültigen Zusammenbau gezeigt ist,
• Fig. 2 ein Querschnitt ähnlich jenem von Fig. 1, der die Komponenten in ihrer zusammengebauten Lage zeigt, und
• Fig. 3 ein Querschnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 2.
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weist eine Ventilanordnung einen Aufnahmeteil 10 auf, der eine Ventileinsetzanordnung 11 aufnehmen kann. Der Aufnahmeteil 10 umfaßt einen Metallblock, der mit einer ersten Durchgangsbohrung 12 versehen ist, in der zu liegen der Einsatz 11 ausgelegt ist. Die Bohrung 12 besitzt einen ersten Bohrungsabschnitt 14, einen zweiten Bohrungsabschnitt 15, der mit einem Innengewinde 16 versehen ist, einen dritten Durchgangsbohrungsabschnitt 17 und einen geschlitzten Abschnitt 18. Eine zweite Bohrung 20 erstreckt sich durch den Aufnahmeteil 10 senkrecht zur ersten Bohrung 12. Die zweite Bohrung 20 mündet in den vierten Abschnitt 18 der ersten Bohrung 12. Die einander gegenüberliegenden Abschnitte der zweiten Bohrung 20, welche in die Bohrung 12 münden, haben abgestufte Wandabschnitte 22. Die zweite Bohrung 20 stellt einen Strömungsweg für ein Fluid wie Öl dar, welches in einer Unterwasserströmungsleitung fließt. Typischerweise wird der Aufnahmeteil 10 an eine solche Strömungsleitung angeschlossen.
• Jeder abgestufte Abschnitt 22 der Bohrung 20 definiert eine Tasche, die ein rohrförmiges Unterwasser-Dichtelement bzw. Dichtelement 23, 24 aufnimmt. Die Außenwand jedes Dichtelementes 23, 24 ist in einer Weise abgestuft, welche jener der Wandtasche 22 entspricht. Der dünnere Wandabschnitt 25 jedes Dichtelementes trägt eine Dichtanordnung, die allgemein bei 28 gezeigt ist. Diese umfaßt einen Metalldichtring 29, welcher eine Metall-an-Metall-Dichtung zwischen jedem Dichtelement 23, 24 und seiner Taschenwand bereitstellt, zusammen mit einer elastomeren Hilfsdichtung, die bei 30 gezeigt ist. Jedes Dichtelement 23, 24 ist so montiert, daß es sich axial in der jeweiligen Tasche 22 bewegen kann.
• Jedes Dichtelement 23, 24 ist mit einem Schubhebel 32, 33 gekuppelt, welcher von dem ihm zugeordneten Dichtelement herabhängt. Jeder Schubhebel hat einen gabelförmigen oberen Abschnitt 35 (siehe Fig. 3) mit einer halbkreisförmigen Wand 36, die an beiden Seiten eng und um den Umfangsteil des entsprechenden Dichtelementes 23, 24 mit Spiel angepaßt ist. Die einander gegenüberliegenden Schenkel, welche die gabelförmigen Abschnitte bilden, sind an jeweils einem Dichtelement mit Hilfe von Zapfen 38 angelenkt. Jeder Hebel hat einen Absatzabschnitt 39, welcher an der Wand des Bohrungsabschnittes 18 anliegt, und einen einwärts geneigten unteren Abschnitt 40. Jeder Hebel ist aus einem Material gefertigt, das ein bestimmtes Maß an inhärenter Elastizität hat.
• Die Einsatzanordnung 11 besitzt einen Körperteil 50, der allgemein zylindrisch ist und einen oberen Flanschabschnitt 51 aufweist, welcher zur Anordnung im Bohrungsabschnitt 14 ausgelegt ist, einen Zwischenabschnitt 52, der zur Anordnung in dem Bohrungsabschnitt 17 ausgelegt ist, und einen unteren Abschnitt 53. Der untere Abschnitt 53 weist axial verlaufende, einander diametral gegenüberliegende Schlitze 49 auf, welche die vorragenden Endabschnitte der Dichtelemente 23, 24 aufnehmen. Der untere Abschnitt 53 weist eine diametral verlaufende Durchgangsbohrung 54 auf, die einen Strömungsweg für Fluid zur Verfügung stellt. In der fertiggestellten Ventilanordnung ist dieser Bohrungsabschnitt dazu bestimmt, mit der Bohrung 20 des Aufnahmeteiles ausgerichtet zu sein. Eine axial verlaufende geschlossene Bohrung 55 erstreckt sich in den Körperteil 50 hinein und nimmt die Komponenten eines Absperrventiles auf, das allgemein bei 56 gezeigt ist. Diese Komponenten sind im allgemeinen herkömmliche Komponenten eines Absperrventiles und werden nicht im Detail beschrieben, weil ihre Konstruktion und Betriebsweise für den Fachmann offensichtlich ist. Der obere Abschnitt 51 des Gehäuses 50 ist mit einer Betätigungsanordnung 58 für die Absperrventilanordnung 56 verbunden. Ein Verriegelungsring 59 ist um den unteren Teil der Betätigungsanordnung 58 und den oberen Körperabschnitt 51 herum befestigt. Der obere Umfangsteil des Verriegelungsringes 59 ist durchbrochen ausgebildet und der untere Außenumfang des Verriegelungsringes weist ein Gewinde auf, welches in das Gewinde 16 auf dem Bohrungsabschnitt 15 eingreifen kann. Der unterste Abschnitt des Gehäuses 50 ist mit einer sich verjüngenden Wand 62 ausgebildet.
• Die Wand des Gehäuses 50 um die einander gegenüberliegenden Enden seiner Durchgangsbohrung 54 ist mit Ringnuten 63 versehen. Jede Ringnut 63 nimmt eine unter Druck stehende Metall-an-Metall-Ringdichtung 64 auf. Eine weitere Ringnut 65 verläuft konzentrisch um die Ringnut 63 und nimmt eine elastomere Hilfsdichtung in Form eines O-Ringes 68 auf.
• Im Betrieb wird, um den Einsatz 11 im Aufnahmeteil 10 anzuordnen, der Einsatz abgesenkt, so daß er sich in die Bohrung 12 des Aufnahmeteiles bewegt. Der verjüngte Abschnitt 62 am unteren Ende des Einsatzes wirkt als Einführ-Abfasung für diese Bewegung. Der Einsatz 11 ist winkelig bezüglich des Aufnahmeteiles mit Hilfe eines Zapfens (mit strichlierter Linie 69 gezeigt) orientiert, der von der Wand der Bohrung 12 radial einwärts ragt und in einen axial verlaufenden Schlitz eingreift, der im Gehäuse 50 des Einsatzes ausgebildet ist. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ermöglichen die im unteren Gehäuseabschnitt 53 ausgebildeten, diametral gegenüberliegenden Schlitze 49 den Einsatz 11, zwischen die zwei Dichtelemente 23 und 24 zu gelangen. Der Zapfen 69 und die soeben beschriebene Nutanordnung tragen ebenfalls dazu bei, zu verhindern, daß die Nase 62 des Einsatzes mit den Dichtelementen in Berührung kommt und diese beschädigt.
• Der Einsatz wird abgesenkt, bis der Verriegelungsring 59 mit dem Gewinde 16 in Berührung kommt, das auf dem Bohrungsabschnitt 15 ausgebildet ist. Diese Lage ist in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt. Es ist anzumerken, daß in dieser Stufe ein Spiel zwischen den axial inneren Stirnseiten der Dichtelemente 23, 24 und der Außenumfangswand des Gehäuses 50 und auch zwischen dem unteren Abschnitt 62 des Gehäuses 50 und den Hebeln 32 und 33 besteht. Um den Einsatz weiter in den Aufnahmeteil zu bewegen, wird der Verriegelungsring 59 gegenüber dem Aufnahmeteil gedreht. Die Durchbrechungen auf dem Verriegelungsring ermöglichen den Angriff eines entsprechenden ferngesteuerten Werkzeuges. Es können Schlitze in der Oberseite des Aufnahmeteilkörpers vorgesehen werden, um Gegenwirkungspunkte für ein solches Werkzeug vorzusehen. Anfänglich wird der Verriegelungsring 59 etwa 2 Umdrehungen im Uhrzeigersinn gedreht, um den Einsatz bis zu einem Punkt vorzuschieben, wo ein Kontakt zwischen dem unteren äußeren Teil 62 des Gehäuses 50 und den Hebeln 32, 33 errichtet wird. Ein fortgesetztes Drehen des Verriegelungsringes bewirkt dann, daß die Hebel um den Absatz 39 geschwenkt werden. Weiter fortgesetztes Drehen des Verriegelungsringes schiebt die Einsatzanordnung 11 axial in die Bohrung 12, und die von dem verjüngten Abschnitt 62 bereitgestellte Rampe drückt die Hebel um ihre Absätze 39, was bewirkt, daß sich die Dichtelemente 23, 24 axial in ihren Taschen 22 gegen die Wand des Körperteiles 50 bewegen. Wenn der Einsatz in seine voll eingeführte Stellung vorgeschoben worden ist, die in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Dichtelemente 23 und 24 durch die Wechselwirkung des Gehäuses 50 mit den Hebeln 32 in engen Eingriff mit der Wand um die Bohrung 54 durch das Gehäuse 50 gepreßt worden. Diese Verbindung wird durch die Metall-an-Metall-Dichtung 64 abgedichtet, welche vom Gehäuseabschnitt 50 getragen wird.
• Die Schubhebel 32, 33 sind an den Dichtelementen 23, 24 so angelenkt, daß sie einen entsprechenden mechanischen Vorteil bieten. Es ist ersichtlich, daß die Dichtelemente 23 und 24 in ihren Taschen durch die Dichtanordnung 28, vorrangig die Metall-an-Metall-Dichtung 29, abgedichtet sind. Die Hilfsdichtung 30 ist eine Reservedichtung, die dazu dient, die Dichtoberflächen aus Metall davor zu bewahren, dem Seewasser ausgesetzt zu werden. Eine Hülsenanordnung kann auf jedem Dichtelement vorgesehen werden, um den Bereich zwischen ihm und dem Körper vor jeglicher Anhäufung von Sedimenten bewahren, die sonst eine Entfernung des Einsatzes verhindern könnten, wenn dies erforderlich ist. Wenn die Komponenten in ihren Betriebsstellungen sind und das Ventil offen ist, bewirkt der Druck, der hinter den Dichtelementen 23, 24 wirkt, daß sie in Kontakt mit dem Körper 50 gehalten werden, wodurch ein Dichtungsreibverschleiß und das Eindringen von Sedimenten verhindert wird. Auch wenn das Ventil geschlossen ist, wirkt der Druck auf das stromaufwärtige Dichtelement.
• Jeder Schubhebel 32, 33 ist so ausgelegt, daß er eine minimale Schiebelast bietet und Toleranzabweichungen von Relativkomponenten in der Größenordnung von 0,020 Zoll in einem Verbiegen des Hebelarmes aufnimmt, um eine glatte Anlage in der Schnittstelle der Dichtung 64 zu gewährleisten. Es ist zu beachten, daß die Dichtungen 28 auf den Dichtelementen 23, 24 größer sind als die Dichtung 64, um dadurch ein Druckungleichgewicht zu erzeugen, welches eine Anlageberührung unter allen Bedingungen aufrechterhält und jeglichen Dichtungsreibungsverschleiß, der von einer zyklischen Belastung herrührt, verhindert.
• Die Elastizität der Hebel 32, 33 gewährleistet, daß sie wie Federn wirken, um den Dichtkontakt zwischen den Dichtelementen 23, 24 und den vom Einsatzkörper 50 getragenen Dichtungen 64 aufrechtzuerhalten.
• Es ist zu beachten, dar das Entfernen der Einsetzanordnung 11 im wesentlichen die Umkehr des oben beschriebenen Montageverfahrens ist. Anfänglich wird ein Uberdrehmoment an den Verriegelungsring 59 angelegt, indem der Ring einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn unterworfen wird, und sobald dies überwunden ist, verringert sich das notwendige Drehmoment Signifikant, weil das Zurückfedern jeder Metalldichtung 64 typischerweise 0,05 mm (0,002 Zoll) beträgt. Wenn die Drehung fortgesetzt wird (nach ungefähr 6 Umdrehungen des Verriegelungsringes) fallen Schultern, die auf dem Einsatzkörper ausgebildet sind, mit ähnlichen Schultern zusammen, die auf den Schubhebeln ausgebildet sind, was bewirkt, daß die Dichtelemente in ihre jeweiligen Taschen zurückgezogen werden und zur Neuinstallation bereit sind. Der Einsatz kann dann zum Ersetzen jener Ventilkomponenten geborgen werden, welche einer Erneuerung bedürfen.
• Die vorliegende Anordnung besitzt den Vorteil, daß sie einfacher und wirtschaftlicher zu fertigen ist als die bekannten Vorrichtungen des Standes der Technik. Die Dichtelemente 23, 24 werden permanent in Berührung mit dem Körper 50 des Einsatzes gedrückt und eine Metall-an-Metall-Dichtung wird zwischen diesen beiden Teilen vorgesehen. Die Dichtelemente 23 und 24 sind in ihren jeweiligen Taschen 22 so montiert, daß sie ebenfalls geborgen werden können. Die Ringdichtungen 68 um die Dichtung 64 ermöglichen die Schaffung einer Testmöglichkeit, um die Einsatzkörperverbindung zu testen. Die Anordnung kann exakt maschinell bearbeitet werden, um eine exakte Bohrungsausrichtung zwischen dem Aufnahmeteil und dem Einsatz zu erzielen, und die Anordnung von Hebeln bietet einen mechanischen Vorteil, welcher zu einem verringerten Betätigungsdrehmoment führt.

Claims (9)

1. Ventilanordnung mit einem Körperteil (11), der entfernbar in einem Aufnahmeteil (10) aufnehmbar ist, wobei der Körperteil Ventilelemente (56) zum Steuern der Fluidströmung durch einen Strömungsweg (54) im Körperteil aufweist, und der Aufnahmeteil Strömungswege (20) und eine Bohrung (12) aufweist, die im wesentlichen quer zu den Strömungswegen (20) verläuft, so daß die Strömungswege, wenn der Körperteil (11) in der Bohrung (12) im Aufnahmeteil aufgenommen ist, mit dem Strömungsweg (54) im Körperteil in Verbindung stehen, mit ringförmigen Dichtelementen (23, 24), die in der Öffnung jedes Aufnahmeteilströmungsweges angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Dichtelement axial in seiner Öffnung beweglich ist und Mittel (32, 33) vorgesehen sind, die mit den Dichtelementen (23, 24) gekuppelt sind und mittels des Körperteiles (11) in Eingriff bringbar sind, wenn dieser in den Aufnahmeteil eingeführt wird, wodurch er die Dichtelemente axial in abdichtenden Eingriff mit der Oberfläche des Körperteiles drückt.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, bei welcher die mit dem Körperteil in Eingriff bringbaren Mittel eine Hebelanordnung (32, 33) aufweisen, die mit jedem Dichtelement gekuppelt ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, bei welcher jede Hebelanordnung (32, 33) einen gabelförmigen Abschnitt (35) aufweist, der mit seinem Dichtelement (23, 24) an diametral gegenüberliegenden Abschnitten gekuppelt ist.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher jeder Hebel (32, 33) ein bestimmtes Maß an Elastizität aufweist, wodurch er wie eine Feder wirkt, um den Dichtkontakt zwischen dem Körperteil (11) und den Dichtelementen (23, 24) aufrechtzuerhalten.

5. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Körperteil Dichtmittel (64, 68) zum Abdichten gegen die Dichtelemente trägt.

6. Ventilanordnung nach Anspruch 5, bei welcher die Dichtmittel ringförmige Metall-an-Metall-Dichtungen (64) aufweisen, die jeweils in einer Ringnut (63) angeordnet sind, welche im Körperteil ausgebildet ist.

7. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Körperteil einen Verriegelungsring (54) trägt, der für den Eingriff in ein Gewinde (16) an der Wand der Aufnahmeteilbohrung ausgebildet ist, welche den Körperteil aufnimmt, wobei der Verriegelungsring für den Angriff eines entsprechenden Werkzeuges ausgebildet ist, welches zum Drehen des Verriegelungsringes betätigbar ist, um zu bewirken, daß sich der Körperteil axial gegenüber dem Aufnahmeteil bewegt.

8. Ventilanordnung nach Anspruch 2 in Verbindung mit irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher jeder Hebel so geformt ist, daß er einen Absatz (39) definiert, welcher am Aufnahmeteilkörper anschlägt und einen Anlenkpunkt bildet, um welchen der Hebel schwenken kann, wenn der untere Teil des Körperteiles mit dem Hebel in Berührung kommt.

9. Ventilanordnung nach Anspruch 2 in Verbindung mit irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der vordere Teil des Körperteiles verjüngt ist, um eine Rampe (62) zu definieren, welche mit jeder Hebelanordnung in Eingriff steht.