DE69116168T2 - Schieber - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein ein Schieberventil für den Einsatz bei hohen Temperaturen und/oder abrasivem Betrieb, wie es in Ölraffinerien verwendet wird. Insbesondere betrifft sie ein verbessertes Ventil dieses Typs mit einem Körper, der einen äußeren Metallmantel aufweist, der mit einem feuerfesten Material ausgekleidet ist.
• Wie in der US-PS 3 726 306 beschrieben ist, sind Schieberventile dieses Typs im allgemeinen recht groß mit Innen-10 durchmessern zwischen 47,7 cm (18" (achtzehn Inches)) und 2,44 m (8' (acht Fuß)). Aufgrund des Einsatzgebietes, in der sie verwendet werden, ist es häufig notwendig, ihre Innenteile einschließlich des Schiebers zu reparieren oder auszuwechseln. Natürlich ist es erwünscht, daß diese Arbeit durchgeführt werden kann, ohne daß der Ventilkörper aus der Durchflußleitung, in die er eingebaut ist, ausgebaut werden muß.
• Im Gebrauch nimmt der Schieber eines Ventils dieser Bauart normalerweise eine Drosselposition ein und wird je nach Art des Ventils oder des Einsatzgebietes beim Anfahren oder in einem Notfall geöffnet oder geschlossen. Da der Durchfluß durch das Ventil normalerweise in einer Vertikalrichtung erfolgt, muß der Schieber in dem Ventilkörper abgestützt sein; und wegen der Größe des Schiebers und des Auftreffens der Strömung auf den Schieber, der die Ventilöffnung teilweise verschließt, wird durch diese vertikale Positionierung des Ventils die Konstruktion in dem Ventilkörper, an der der Schieber abgestützt ist, mit einer erheblichen Last beaufschlagt. Infolgedessen besteht ein Bedarf zum Führen des Schiebers, während er zwischen seinen Durchflußregelungspositionen bewegt wird.
• Bei der vorgenannten Patentschrift sind die Seitenränder des Schiebers zur Führung in Führungen hin und herbewegbar, die an einem Ventilsitzring oder einer Stauscheibe an dem Körper des Ventils befestigt sind. Der Schieber, die Führungen und die Stauscheibe sind vormontiert, um ihnen zu ermöglichen, als eine Einheit durch eine seitliche Öffnung in dem Ventilkörper bewegt und dann daran befestigt zu werden, um die Öffnung in Ausfluchtung mit der Durchflußbahn anzuordnen, um Wirbelströmungen durch das Ventil zu glätten. Wie in dieser Patentschrift erläutert ist, erlaubt diese Konstruktion nicht nur den Ein- und Ausbau der inneren Teile als Einheit, sondern minimiert auch eine Formänderung, ein Verklemmen und Verschleiß durch Aufrechterhaltung von Toleranzen zwischen den Innenteilen und dem Ventilkörper aufgrund von thermischen und mechanischen Beanspruchungen.
• Bei Ventilen dieser Bauart, bei denen der Schieber normalerweise in der Drosselposition ist, ist es nicht notwendig, eine hermetische Abdichtung zwischen dem Schieber und dem Ventilsitz, der die Öffnung in der Stauscheibe umgibt, aufrechtzuerhalten. Der Schieber hat eine T-Schlitzverbindung mit dem Schaft eines Betätigungselements, das an einer Haube angebracht ist, die an dem Körper über der seitlichen Öffnung abnehmbar installiert ist, so daß sich der Schieber ungehindert in dichten, lastaufnehmenden Eingriff mit den abstromseitigen Führungsflächen verschieben kann.
• Bei Ventilen dieser Bauart, die von Tapco, einer Tochter von Triten Corporation, Houston, Texas, hergestellt und verkauft werden, ist der äußere Metallkörper mit einem feuerfesten Material ausgekleidet. Alternativ kann der Ventilkörper mit Isoliermaterial gefüttert und dieses mit feuerfestem Matieral ausgekleidet sein. Dies führt zu einer Konstruktion mit "kaltem Mantel", wobei die Außentemperaturen des Körpers minimiert werden.
• Diese Ventile sind zwar sehr erfolgreich, aber sie erfordern doch die Herstellung einer großen Zahl von Innenteilen sowie erheblichen Zeit- und Arbeitsaufwand zur Montage und zum Ausbau für Reparaturen und Auswechslung. Der zur Herstellung von Ventilen der in der obigen Patentschrift gezeigten Bauart erforderliche Zeit- und Kostenaufwand ist erheblich. Diese Kosten vervielfachen sich um vieles im Fall von Ventilen mit größeren Innendurchmessern, und zwar wegen der Schwierigkeiten, über große Durchmesser präzise Toleranzen einzuhalten. Diese Kosten werden bei Ventilen wie etwa einem Umleitventil weiter erhöht, das beispielsweise einen Einlaßdurchmesser von 2,44 m (96" (sechsundneunzig Inches)) und zwei nebeneinanderliegende Auslässe hat, die jeweils einen Innendurchmesser von 2,44 m (96" (sechsundneunzig Inches)) haben, so daß die Führungen eine Länge von wenigstens 4,88 m (16' (sechzehn Fuß)) plus die Strecke haben müssen, um die die Auslässe voneinander beabstandet sind.
• Eine Vorrichtung, die in US-PS 2 575 464 (auf der der Oberbegriff des anhängenden Patentanspruchs 1 basiert) beschrieben ist, umfaßt allgemein einen Ventilkörper, der einen Durchgang zum Leiten eines sehr heißen Gasstroms hat, eine frei gleitbare Verschlußeinrichtung (Scheibe), die in dem Ventilkörper angeordnet und ausgelegt ist, um den Durchgang ganz oder teilweise zu verschließen, und außen angeordnete Ventilschäfte, die ausgebildet sind, um axial nach innen bewegt zu werden und die Position der Scheibe zu justieren, wonach sie von der Scheibe weg und aus der heißen Zone von Gasen in dem Durchgang zurückgezogen werden. Bei einer speziellen Ausführungsform dieser Vorrichtung sind außen angeordnete Stangen vorgesehen, die an den Ventilschäften befestigt sind und mit von außen verstellbaren Anzeigemitteln zusammenwirken, um die Position der Verschlußeinrichtung in dem Ventilkörper anzuzeigen. Die Stangen erteilen einem Block eine Bewegung ähnlich der Bewegung, die der Scheibe erteilt wird, wodurch die Position der Scheibe in dem Ventilkörper angezeigt wird. Wegen der hohen Temperaturen, unter denen diese Vorrichtung im Einsatz ist, bestehen die meisten ihrer Teile aus feuerfestem Material oder sind damit ausgekleidet.
• Der Schieber des in US-PS 2 575 464 angegebenen Schieberventils wird ausschließlich von feuerfestem Material geführt und abgestützt, und die Ventilschäfte verschieben den Schieber, ohne daran verankert zu sein.
• Es wäre äußerst wünschenswert und vorteilhaft, ein Ventil dieser Bauart, das mit einem feuerfestem Material ausgekleidet ist, bereitzustellen, das die Belastung so aufnimmt, daß die verschleißanfälligen Teile leicht und einfach durch die Haube hindurch ausgebaut, repariert oder ausgewechselt werden können, ohne daß das Ventil demontiert oder aus der Durchflußleitung ausgebaut werden muß. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein solches Ventil.
• Gemäß der Erfindung wird ein Schieberventil bereitgestellt für den Einsatz bei hohen Temperaturen und/oder abrasivem Betrieb, das folgendes aufweist: einen Körper mit einem äußeren Metallmantel und einer Auskleidung aus feuerfestem Material, das fest auf die innere Oberfläche des Mantels gegossen ist und davon gehalten wird, um eine Durchflußbahn durch das Gehäuse zu bilden, die einen Einlaß und einen Auslaß und eine seitliche Öffnung hat, die die Durchflußbahn zwischen dem Einlaß und dem Auslaß schneidet, wobei die Durchflußbahn Nuten hat, die in ihren gegenüberliegenden Seiten ausgebildet sind, wobei jede Nut aufstromseitige und abstromseitige Leitflächen an jeder Seite davon bildet, einen Schieber, der durch die seitliche Öffnung in und aus Positionen bewegbar ist, in denen seine entgegengesetzten Seitenränder zwischen den Leitflächen der Nuten aufnehmbar sind zur geführten Hin- und Herbewegung zwischen Positionen, die den Durchfluß durch die Durchflußbahn steuern, eine Betätigungseinheit, um den Schieber hin- und herzubewegen, wobei die Betätigungseinheit eine Haube, die über der seitlichen Öfffnung abnehmbar angebracht ist, und einen Schaft hat, der abdichtend durch die Haube und in die seitliche Öffnung verläuft, wobei das innere Ende des Schafts und der Körper des Schiebers in Eingriff sind, um den Schieber mit dem Schaft hin- und herzubewegen, während gleichzeitig eine begrenzte Querverlagerung des Schiebers in bezug auf den Schaft zugelassen wird, so daß er mit den abstromseitigen Leitflächen in dichten Eingriff gelangen kann, wobei das feuerfeste Material ausreichend hohe Druckfestigkeit hat und ausreichend fest auf die innere Oberfläche des Gehäuses gegossen ist und davon gehalten wird, um die durch den Schieber darauf übertragene Last aufzunehmen, und wobei die seitliche Öffnung eine Aushöhlung hat, die zwischen der abstromseitigen Seite der Nuten und dem Auslaß zwischen den Nuten verläuft, wobei die Aushöhlung im wesentlichen konische Gestalt hat und ihre entgegengesetzten Endränder die inneren Ränder der abstromseitigen Leitflächen schneiden, um zuzulassen, daß Abrieb- bzw. Verschleißteilchen den Schieber umgehen, wenn er in einer Position ist, um den Durchfluß durch die Öffnung zu drosseln.
• Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Schieberventil für den Einsatz bei hohen Temperaturen und abrasivem Betrieb anzugeben, wie es in Ölraffinerien verwendet wird, dessen verschleißanfällige Teile durch die Haube hindurch leicht ausbaubar und austauschbar sind, ohne daß es notwendig ist, das Ventil aus der Leitung auszubauen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines solchen Schieberventus, bei dem das feuerfeste Material die auf den Schieber wirkende Belastung aufnimmt und abstützt.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines solchen Schieberventus, das ausbaubare und auswechselbare verschleißanfällige Teile wie etwa Einlaß- und Auslaßfutter, Führungen und eine Führungsanordnung hat, die durch eine abnehmbare Haube an dem Ventil ausbaubar und auswechselbar sind.
• Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein solches Schieberventil bereitzustellen, bei dem das Vorbeiströmen von Abrieb- oder Verschleißteilchen an dem Schieber des Ventils vermieden oder verringert wird.
• Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen angegeben und Teil der Erfindung.
Kurze Erläuterung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist ein Vertikaischnitt eines Schieberventils, das gemäß der Erfindung aufgebaut ist, wobei dessen Schieber in einer Drosselposition in bezug auf die Öffnung gezeigt ist.
• Fig. 2 ist ein Längsschnitt des Ventus, gesehen entlang der Schnittlinie 2-2 von Fig. 1.
• Fig. 3 ist ein Längsschnitt einer alternativen Ausführungsform des Ventils ähnlich der Darstellung von Fig. 2.
• Fig. 4 ist ein Längsschnitt einer alternativen Ausführungsform des Ventils ähnlich Fig. 2.
• Fig. 5 ist ein Längsschnitt noch einer anderen alternativen Ausführungsform des Ventils ähnlich Fig. 2.
• Fig. 6 ist ein Querschnitt eines Umleitventils, das gemäß der Erfindung aufgebaut ist, wobei dessen Schieber in einer Position gezeigt ist, in der er einen der beiden Ventilauslässe verschließt.
• Fig. 7 ist ein Längsschnitt des Ventils entlang den unterbrochenen Linien 7-7 von Fig. 6.
• Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 der oben beschriebenen Zeichnungen ist ersichtlich, daß das Ventil insgesamt, das allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, einen äußeren Metallmantel 11 und ein Futter 12 aus feuerfestem Material aufweist, das an Ort und Stelle gegossen und so an der inneren Oberfläche des Mantels fest angebracht ist, daß eine durchgehende Durchflußbahn 13 gebildet ist. Ein Metallnetz (nicht gezeigt) ist an der inneren Oberfläche des Me tallmantels 11 beispielsweise durch Schweißen befestigt, und das feuerfestem Material wird an Ort und Stelle durch das Metallnetz gegossen und dann beispielsweise mit einer Kelle geformt, um die Durchflußbahn 13 zu bilden. Wenn das Ventil auf deren Seite angeordnet ist, ist die Durchflußbahn 13 vertikal angeordnet und umfaßt einen Einlaß 14 an ihrem oberen Ende, einen Auslaß 15 an ihrem unteren Ende und eine seitliche Öffnung 17 darin, die die Durchflußbahn 13 zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaß 15 kreuzt. Wie bereits beschrieben, ist bei Ventilen dieser Bauart der Einlaß typischerweise mit einer Prozeßleitung (nicht gezeigt) verbunden, und der Auslaß ist typischerweise mit der abstromseitigen Durchflußleitung verbunden. Insbesondere hat das gegossene feuerfeste Futter 12, das den Einlaß bildet, eine konische Oberfläche 18, die von ihrem oberen Ende in Richtung zu einer Öffnung 19 an ihrem Schnittpunkt mit der seitlichen Öffnung konvergiert. Durch Gießen des feuerfesten Futters 12 an Ort und Stelle kann es der Belastung durch das Ventil hindurch standhalten.
• Wie Fig. 2 am besten zeigt, sind in der Durchflußbahn 13 in ihren gegenüberliegenden Seiten Nuten 20 gebildet, wobei jede Nut eine abstromseitige Leitfläche 21 an jeder Seite und eine aufstromseitige Leitfläche 22 an beiden Seiten bildet. Insbesondere weist das Ventil außerdem einen Schieber auf, der insgesamt mit der Bezugsziffer 23 bezeichnet ist und einen massiven Metallkörper 24 aufweist, der solche Größe hat, daß er durch die seitliche Öffnung 17 in und aus Positionen bewegbar ist, in denen seine entgegengesetzten Seitenkanten zwischen den Leitflächen der Nuten aufgenommen sind, um geführt zwischen Positionen hin- und herbewegbar zu sein, die den Durchfluß durch die Durchflußbahn regeln. Der Schieber 23 hat eine etwas geringere Dicke als die Breite des Hohlraums zwischen den Leitflächen 21 und 22 und eine etwas geringere Breite als die Entfernung zwischen den Endflächen der Nuten.
• Wie bereits beschrieben, nimmt bei einem Ventil dieser Bauart der Schieber normalerweise eine Position ein, in der er den Durchfluß durch die Öffnung 19 drosselt. Dabei ist, wie Fig. 1 zeigt, seine Vorderkante im allgemeinen mittig zwischen den Seiten der Öffnung 19 angeordnet. Wie die Strichpunktlinien in Fig. 1 zeigen, kann der Schieber in einem Notfall weiter in den Ventilkörper und damit nach rechts in eine vollständig geschlossene Position bewegt werden. Wenn es dagegen erforderlich ist, das Ventil vollständig zu öffnen, was beim Anfahren der Fall sein kann, kann der Schieber nach links und damit in eine Position bewegt werden, die von dem Ventilkörper weiter entfernt ist, so daß seine Vorderkante außerhalb der Öffnung 19 angeordnet ist.
• Der Schieber wird zwischen diesen Position von einer Betätigungseinheit hin- und herbewegt, die in Fig. 1 insgesamt mit der Bezugsziffer 25 bezeichnet ist und einen Zylinder 26 aufweist, der an einer Rahmenkonstruktion 27 angebracht ist, die einen Haubenflansch 28 an einem Ende hat, der ausgebildet ist, um mit einem Flansch 29, der an dem linken Ende des Metallgehäuses 11 des Ventilkörpers ausgebildet ist, verschraubt und somit lösbar daran angebracht zu werden. Der Haubenflansch hat eine ihn durchsetzende Öffnung, die eine Fortsetzung des äußeren Endes der Seitenöffnung ist, die in dem Feuerfestfutter des Ventilkörpers gebildet ist, wobei diese Öffnungen eine Größe haben, die zuläßt, daß der Schieber bei der Montage und Demontage durch sie bewegt werden kann.
• Die Betätigungseinheit weist außerdem in dem Zylinder einen Kolben (nicht gezeigt) auf, der einen Schaft 30 hat, der abdichtbar durch eine Stopfbüchse 31 an dem Haubenflansch und damit in die seitliche Öffnung im Ventilkörper verläuft. Wie ein weggebrochener Bereich von Fig. 1 zeigt, ist das innere Ende des Schafts mit dem gegenüberstehenden Ende des Schiebers mittels eines T-Schlitzes 32 verbunden, was dem Schieber erlaubt, mit dem Schaft hin- und herbewegt zu werden, während gleichzeitig der Schieber relativ dazu seitlich verschoben werden kann. Wenn also der Schieber 23 in dem Ventilkörper wie gezeigt positioniert ist, kann er sich seitlich frei bewegen, so daß seine Abstromseite in dichte Anlage mit den abstromseitigen Leitflächen 21 der Nuten gelangt.
• Wie bereits beschrieben, ist insbesondere das Feuerfestfutter 12 an Ort und Stelle sicher in den Metallmantel 11 ge gossen und aus einem Material geformt, das eine ausreichend hohe Druckfestigkeit hat, um der Leitfläche 21 zu ermöglichen, die Last aufzunehmen, die darauf von dem Schieber 23 übertragen wird. Die auf die Leitflächen 21 übertragene Last umfaßt sowohl das Gewicht des Schiebers 23 als auch die auf den Schieber 23 wirkende Last, die aus dem Auftreffen des Prozeßstroms auf die aufstromseitige Oberfäche des Schiebers 23 resultiert, und zur Unterstützung der Aufnahme dieser Last können die in den Fig. 3 bis 5, in denen gleiche Teile mit einem einfach gestrichenen Bezugszeichen versehen sind, gezeigten alternativen Ausführungsformen vorteilhaft verwendet werden.
• Im Fall der Ausführungsform von Fig. 3 wird ein Teil der auf die abstromseitigen Leitflächen 21' übertragenen Last auf den Mantel 11' durch das Abwinkeln von Leitflächen 21' nach innen in Richtung zu der Durchflußbahn 13' übertragen. Die nach innen gerichtete Abwinklung von Leitflächen 21' führt auf diese Weise eine radial nach außen gerichtete Komponente in die Last ein, die von dem Schieber 23' auf die Leitfläche 21' übertragen wird, wobei ein Teil der Last von dem Mantel 11' aufgenommen wird. Ebenso wird die auf die abgewinkelten abstromseitigen Leitflächen 21' der Ausführungsform von Fig. 5 übertragene Last auf den Mantel 11' übertragen.
• Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von Fig. 4 wird die Übertragung der Last des Mantaels 11' erreicht durch Posi tionieren eines Bereichs des Mantels 11' abstromseitig von dem Schieber 23' entgegengesetzt zu den äußeren Seitenkanten des Schiebers 23'. Diese in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform ist besonders gut brauchbar in Anwendungsfällen mit sehr hohem Druck und in Anwendungsfällen, in denen die Größe des Einlasses viel größer als der Durchmesser der Öffnung 19' ist; die Ausführungsform von Fig. 5 wird zum Einsatz bei niedrigeren Drücken und/oder in Anwendungsfällen bevorzugt, bei denen eine Einlaßgröße notwendig ist, deren Durchmesser enger an den Durchmesser der Öffnung angepaßt ist.
• Da die in den Fig. 1 bis 5 gezeigte Ventilbauart normalerweise für Drosseizwecke verwendet wird, ist es nicht notwendig, daß sie eine hermetische Abdichtung zwischen der Aufstromseite des Schiebers und der aufstromseitigen Leitfläche 22 um die Öffnung herum aufrechterhält. Es ist daher möglich, diese Querbewegung zwischen dem Schieber und dem Schaft zuzulassen, um so die Last auf die Abstromseite des feuerfesten Futters zu übertragen, während gleichzeitig die erforderlichen Toleranzen zwischen dem Schieber und dem Futter beibehalten werden, um die Hin- und Herbewegung des Schiebers zu erleichtern. Einer der Vorteile der Konstruktion des Ventils mit der in den Fig. 3 und 5 gezeigten Bauart, bei der die abstromseitigen Leitflächen nach innen zur Durchflußbahn hin abgewinkelt sind, ist jedoch, daß solche Ventile verwendet werden können, um die Durchflußbahn gegen den Durchtritt eines Prozeßstroms abzudichten.
• Bei den bevorzugten und gezeigten Ausführungsformen der Erfindung weist der Schieber 23 außerdem eine Lage 33 aus wärme- und erosionsbeständigem Material an der Aufstromseite des Metallkörpers 24 auf. Ein geeignetes Material für diesen Zweck ist als Hexmesh bekannt und kann auf die Aufstromseite des Metallkörpers auf irgendeine zweckmäßige Weise aufgebracht werden, wie das auf diesem Gebiet bekannt ist.
• Wie ebenfalls in Fig. 1 gezeigt ist, ist in der seitlichen Öffnung 13 in dem feuerfesten Futter eine Aushöhlung 35 gebildet, die zwischen der Abstromseite des Schiebers 23 und dem Auslaß 15 aus dem Ventilkörper zwischen den Nuten 20 verläuft. Diese Aushöhlung erlaubt somit Abrieb- bzw. Verschleißteilchen, die sich sonst in der Aushöhlung links von dem Schieber ansammeln würden, wie Fig. 1 zeigt, um den Schieber zu umgehen. Wie gezeigt, hat die Aushöhlung 35 im wesentlichen konische Gestalt, und ihre gegenüberliegenden Ränder kreuzen die Innenränder der abstromseitigen Leitflächen 21.
• Die Fig. 6 und 7 zeigen ein Umleitventil, das insgesamt mit der Bezugsziffer 40 bezeichnet und gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Man sieht, daß das Umleitventil 30 einen äußeren Metallmantel 41 und ein Futter 42 aus feuerfestem Material aufweist, das an Ort und Stelle auf die innere Oberfläche des Mantels gegossen worden ist, um durch diesen eine Durchflußbahn 43 zu bilden. Wenn daher das Ventil wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt angeordnet ist, ist die Durchflußbahn 43 vertikal angeordnet und hat einen Einlaß 44 an ihrem oberen Ende, einen Hauptauslaß 45, zusätzlich einen Zweitauslaß 46 zur Seite des Hauptauslasses 45 an dessen un terem Ende und eine seitliche Öffnung 47, die die Durchflußbahn 43 zwischen dem Einlaß 44 und dem Hauptauslaß 45 schneidet, wobei jedoch eine weitere Leitung mit dem Zweitauslaß 45 verbunden ist, um den Prozeßstrom in die andere Leitung umzuleiten. Das den Einlaß bildende gegossene Futter 12 ist als eine Gerade gezeigt, könnte aber auch in der konischen Konfiguration beispielsweise des Einlasses 14 des Ventils 10 von Fig. 1 gegossen sein.
• Wie Fig. 7 am besten zeigt, weist die Durchflußbahn 13 abstromseitige Leitflächen 51 auf, die in dem Futter 42 ihrer gegenüberliegenden Seiten auf ähnliche Weise wie bei der Konstruktion des Ventils 10' von Fig. 4 ausgebildet sind, wobei ein Bereich des Mantels 41 abstromseitig von dem darin positionierten Schieber 53 den äußeren Seitenrändern des Schiebers 53 gegenüberliegt, um die Last des Schiebers 53 über das feuerfeste Material 42 darauf zu übertragen. Die aufstromseitigen Leitflächen 52 sind durch die innere gewölbte Fläche 58 des Futters 42 des Körpers 57 des Ventils gebildet, wobei die Seitenränder der Seite 53 gerundet sind, um an den Radius dieser Fläche 58 angenähert zu sein. Der Schieber 53 weist einen Metallkörper 54 auf, der solche Größe hat, daß er durch die seitliche Öffnung 47 in und aus Positionen bewegbar ist, in denen seine entgegengesetzten Seitenränder zwischen den Leitflächen 51 und 52 zur geführ ten Hin- und Herbewegung zwischen Positionen, die den Durchfluß durch die Durchflußbahn 43 steuern, aufgenommen sind. Wie Fig. 7 am besten zeigt, ist insbesondere die Breite des Schiebers 53 etwas geringer als die Strecke zwischen den Endflächen der innenseitigen Fläche 56 des Futters 42 des Körpers 57.
• Bei einem Ventil wie dem Umleitventil 40 nimmt der Schieber normalerweise eine Position ein, in der er den Durchfluß aus dem Hauptauslaß 45 regelt. Dabei ist, wie Fig. 6 zeigt, sein Endrand im allgemeinen zwischen den beiden Auslässen 45 und 46 angeordnet und liegt beispielsweise auf dem Bereich 49 des feuerfesten Futters 42 zwischen den Auslässen 45 und 46 ebenso wie an der abstromseitigen Leitfläche 51 auf oder überdeckt sie. Der Schieber wird weiter in den Ventilkörper 57 und damit nach rechts bewegt, um den Hauptauslaß 45 zu schließen und den Prozeßstrom in den Zweitauslaß 46 umzuleiten. Der Schieber wird zwischen diesen Positionen von einer Betätigungseinheit hin- und herbewegt, die in Fig. 6 insgesamt mit 55 bezeichnet ist und einen Zylinder 56 aufweist, der an einer Rahmenkonstruktion und einem Haubenflansch (nicht gezeigt) angebracht ist, die bevorzugt gleich oder ähnlich wie in Fig. 1 aufgebaut sind. Die Betätigungseinheit 55 hat ferner einen (nicht gezeigten) Kolben in dem Zylinder 56 mit einem Schaft 60, der sich abdichtbar durch eine Stopfbüchse 61 an dem Haubenflansch und damit in die seitliche Öffnung des Ventilkörpers 57 erstreckt. Der Schaft 60 ist mit dem Schieber 53 über einen T-Schlitz (nicht gezeigt) verbunden, was es dem Schieber ermöglicht, mit dem Schaft hin- und herbewegt zu werden, während gleichzeitig zugelassen wird, daß der Schieber sich in bezug auf darauf querverschiebt. Wenn also der Schieber 53 wie gezeigt in dem Ventilkörper 57 positioniert ist, kann er sich ungehindert in Querrichtung bewegen, so daß seine Abstromseite mit den abstromseitigen Leitflächen 51 in dichten Eingriff gelangen kann.
• Die Konstruktion des Umleitventils 40 resultiert in einer Reihe von Vorteilen des Ventus gemäß der Erfindung gegenüber bekannten Umleitventilen. Außer der Eliminierung der Metallführungen und der Probleme, die bei ihrer Herstellung und Montage in dem Ventilkörper mit engen Toleranzen auftreten, sind solche Ventile durch beim Betrieb auftretende Schwierigkeiten infolge dieser Konstruktion gekennzeichnet.
• Beispielsweise kann der Durchfluß durch den Hauptauslaß eine Temperatur von nominell 760 ºC (1400 ºF) haben, während die Temperatur im "kalten" Zweitauslaß einige hundert Grad niedriger bzw. kälter als diese Temperatur ist. Die Koeffizien ten der thermisch bedingten Kontraktion und Ausdehnung des feuerfesten Futters sind von denen der Metallführungen verschieden, und die Koeffizienten der Führungen können wiederum von denen des Schiebers verschieden sein, so daß die Einhaltung bestimmter Spielräume angesichts dieser Temperaturdifferenz problematisch ist. Diese Schwierigkeit wird noch dadurch erhöht, daß die Menge an Befestigungsbeschlageilen, die für die Metallführungen benötigt wird, derart ist, daß die beiden Auslässe 45 und 46 weit genug voneinander beabstandet sein müssen, um das Anbringen der Führung zu gestatten, wodurch die Temperaturdifferenz erhöht wird (und infolgedessen Gesamtgröße und -gewicht des Ventils zunehmen und die Kosten erhöhen).
• Dagegen sind die Leitflächen 51 und 52 des Umleitventils 40 sämtlich in dem feuerfesten Material ausgebildet, und dieses Material hat durch den gesamten Ventilkörper den gleichen thermischen Kontraktions- und Ausdehnungskoeffizienten, so daß Probleme der wärmeinduzierten Fehlausfluchtung minimiert werden. Außerdem sind die beiden Auslässe nahe voneinander beabstandet (nur einige Zentimeter bzw. Inches anstatt möglicherweise etwa 30 cm ((einen Fuß) oder mehr), so daß die Gesamttemperaturdifferenz zwischen dem heißen und dem kalten Auslaß und damit einhergehend Gesamtgröße und -gewicht reduziert werden. Eine zusätzliche Größen- und Gewichtseinsparung resultiert daraus, daß der Körper, wenn man ihn in dem Schnitt von Fig. 7 betrachtet, nicht breit genug sein muß, um die Führungen in dem Raum zwischen der innenseitigen Oberfläche 58 des Futters 42 des Körpers 47 und dem Schieber 53 aufzunehmen. Um Ausfluchtungsprobleme weiter zu minimieren, sind sowohl die Vorder- als auch die Hinterkanten des Schiebers 53 vorzugsweise abgeschrägt, wie bei Bezugsziffer 62 gezeigt ist, um dem Schieber 53 zu ermöglichen, sich über den Rand 48 des feuerfesten Futters, das den Hauptauslaß 45 bildet, oder etwaige Unregelmäßigkeiten in dem Futter, das die abstromseitigen Leitflächen 51 bildet, oder in dem Bereich 49 unter dem Haupt- und dem Zweitauslaß 45 und 46 hochzuschieben. Solche Unregelmäßigkeiten können beispielsweise in dem Bereich 49 des Futters 42 zwischen den Auslässen 45 und 46 infolge des Auftreffens des Prozeßstroms darauf oder als Folge von Rissen des Futters, die aus der oben beschriebenen Temperaturdifferenz von der heißen zu der kalten Seite des Ventils 40 entstehen, resultieren. Bei Anwendungen, bei denen ein solches Auftreffen oder Rißbildung problematisch ist, wird die Dimension des Schiebers 53 von vorn nach hinten (und der Bereich des Körpers 57, der mit 59 bezeichnet ist und der die Vorderkante des Schiebers 53 aufnimmt, wenn der Schieber 53 nach rechts in Fig. 6 bewegt wird) vergrößert, so daß der Schieber 53 den Bereich 49 vollständig überdeckt, wenn er den Zweitauslaß 46 absperrt. Der Radius der aufstromseitigen Leitflächen 52 und das Gewicht und die Last auf dem Schieber 53 bieten den erforder lichen Widerstand gegen jede Aufwärtsbewegung des Schiebers 53, die durch solche Unregelmäßigkeiten in dem Bereich 49 oder den Leitflächen 51 bewirkt werden könnte, so daß auch Ausfluchtungsprobleme in der vertikalen Dimension minimiert werden. Um Ausfluchtungsproblemen von Seite zu Seite entge genzuwirken, sind auch die außenseitigen Ränder des Schiebers 53 wie bei 64 gezeigt abgeschrägt, so daß der Schieber 53 dazu tendiert, sich selbst zu zentrieren, während er in dem Körper 57 hin- und herbewegt wird.
• Feuerfestes Material, das eine ausreichend hohe Druckfestigkeit hat, so daß es zur Aufnahme der von dem Schieber 23 übertragenen Belastung geeignet ist, ist von einer Reihe von Lieferanten verfügbar, etwa Harbison Walker (Pittsburgh, Pennsylvania), National Refractories (Oakland, California), Norton Co. (Worchester, Massachusetts), The Carborundum Co. (Niagara Falls, New York), Resco Produkts, Inc. (Morristown, Pennsylvania), Plibrico (Chicago, Illinois) und A.P. Green
• (Mexico, Missouri). Bei einer derzeit bevorzugten Ausführungsform wird ein abriebfester Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Siliziumoxid-Verbundwerkstoff, der unter dem Warenzeichen AR-400 von Premier Refractories and Chemicals, Inc. (King of Prussia, Pennsylvania) verkauft wird, wie unten beschrieben modifiziert und unter Anwendung herkömmlicher Techniken, die in der Industrie bekannt sind, in den Mantel gegossen, um als das feuerfeste Futter zu dienen. Es ist jedoch jedes derartige feuerfeste Material, das eine Bruchgrenze (MOR) oberhalb ca. 1200 psi bei normalen Betriebstemperaturen hat (ca. 1400 bis ca. 1900 psi wird bevorzugt), zur Verwendung gemäß der Erfindung geeignet, und viele handelsübliche Verbundmaterialien können modifiziert werden, indem entweder Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid zugefügt werden, um die Bruchgrenze zu erhöhen, oder indem Parameter wie die Aggregatgröße, die Abkühlrate, der Druck, der Feststoffprozentsatz, die Schwingungsfreguenz geändert werden, wie das nach Stand der Technik bekannt ist, um die Festigkeit des Materials zur Verwendung nach der Erfindung zu minimieren.
• Ein weiterer Gesichtspunkt bei der Wahl eines geeigneten Feuerfest-Verbundmaterials, insbesondere bei Ventilen mit größerem Durchmesser, ist die Scherfestigkeit. Beispielsweise ist unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 5 die Konstruktion des dort gezeigten Ventus derart, daß der Schieber 23 von einer relativ unabgestützten, relativ großen Masse (besonders bei durchmessergroßen Ventilen) von feuerfestem Material abgestützt ist, das unmittelbar unterhalb oder abstromseitig von den abstromseitigen Leitflächen 21 positioniert ist. Die in das feuerfeste Futter von dem Schieber 23 übertragene Belastung, selbst wenn ein Teil dieser Belastung auf den Mantel 11 übertragen wird, führt eine Scherkraft in diesen Bereich des feuerfesten Futters 42 ein, so daß die Zusammensetzung, das Aufbringverfahren und andere Variablen des bevorzugten Futters vorzugsweise wiederum auf bekannte Weise manipuliert werden, um die Festigkeit des Futters gegenüber solchen Scherkräften zu optimieren. Bei besonders hohen Anforderungen können Verbundvorrichtungen wie Stäbe, Stangen, Pyramiden oder sonstige Verstärkungskonstruktionen, die aus Stahl oder anderen Keramikoder Verbundmaterialien bestehen, an dem Mantel 11 befestigt oder in das Futter 12 eingegossen sein, um dem Bereich des Futters unmittelbar nach den abstromseitigen Leitflächen 21 die notwendige Scherfestigkeit zu verleihen.
• Bei Anwendung unter besonders ungünstigen Bedingungen kann eine zusätzliche Lastaufnahmefähigkeit erreicht werden durch Einstellen der Dimensionen der abstromseitigen Leitflächen 21 (oder 51 in den Fig. 6 und 7) und des Schiebers relativ zu dem Durchmesser der Öffnung, um so die Oberfläche des feuerfesten Materials zu erhöhen, auf die die Last des Schiebers und des Prozeßstroms übertragen wird. Mit anderen Worten wird durch Vergrößern der Breite des Schiebers und der Tiefe der Nuten in dem feuerfesten Futter 12 (oder 52 in den Fig. 6 und 7), die die Leitflächen bilden (unter der Voraussetzung, daß zwischen der Durchflußbahn und dem Mantel eine Mindestdicke des Futters beibehalten wird, um die erforderlichen Warmfestigkeitseigenschaften zu erhalten), die Last über eine größere Oberfläche verteilt, wodurch die Druck- und Scherfestigkeit des Futters wirkungsvoll erhöht werden
• Wie oben angegeben, können geeignete Verbundwerkstoffe an Ort und Stelle gegossen werden, und diese Fähigkeit zeigt einen weiteren bedeutenden Vorteil der Kosteneinsparung bei der Erfindung. Insbesondere wird durch die Fähigkeit, die Leitflächen 21 und 22 (oder 51 und 52 in den Fig. 5 und 6) an Ort und Stelle zu gießen, die Forderung hinfällig, daß die bekannten Metallführungen von Ventilen, wie sie in der oben angegebenen US-PS 3 726 306 gezeigt sind, auf präzise Toleranzen geschliffen werden müssen, denn es ist kein Schleifen der Leitflächen erforderlich. Zusätzliche Präzision und Einsparungen können in manchen Anwendungsfällen erreicht werden, indem der jeweilige Schieber tatsächlich als ein Teil der Rahmenkonstruktion zum Gießen des Futters verwendet wird.
• Das feuerfeste Futter ist zwar als einstückig auf die inneren Oberflächen des Metallkörpers gegossen gezeigt, es kann aber auch abschnittweise gegossen werden. Wie gezeigt, weist der Metallmantel gesonderte Abschnitte auf, die miteinander verschweißt sind, und diese umfassen einen zylindrischen Abschnitt, durch den die Durchflußbahn ausgebildet ist, und seitliche Abschnitte, die den Bereich des feuerfesten Futters umschließen, der die seitliche Öffnung aus der Durchflußbahn bildet. Der Metallmantel hat ausreichende Größe und Festigkeit, um eine Form zu bilden, auf die das feuerfeste Futter gegossen werden kann.
• Weitere Ausführungsformen der Erfindung sehen auswechselbare verschleißanfällige Teile vor. Im allgemeinen umfassen sie verschleißanfällige Bereiche oder Segmente des Einlaß- und des Auslaßfutters und eine auswechselbare Führungsunter gruppe. Diese können aus Einzelelementen oder mehrteiligen Elementen bestehen, und die Futterteile können in ihrer Lage verschraubt, verkeilt oder anderweitig lösbar befestigt sein. Vorteilhaft wirkt der Schieber oder die Platte als Arretiermechanismus, um die Führungen, die Führungsuntergruppe sowie das Einlaß- und das Auslaßfutter an Ort und Stelle festzulegen.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 1 sind insbesondere ein lösbarer Einlaßfuttereinsatz 18a und ein lösbares Auslaßfutter 21a an dem Futter 12 durch Verschrauben, Verkeilen oder anderweitig lösbar befestigt. Wie gezeigt, können die Einsätze ein Einzelelement 21a oder ein mehrteiliges Element 21a sein, wobei die Teile miteinander verkeilt sind. Die Verjüngungen 21b zwischen den Teilen begrenzen, verringern oder beseitigen ein Vorbeiströmen von Abrieb- bzw. Verschleißteilchen.
• Gleichermaßen sind in den Fig. 2, 3, 4, 5, 6 und 7 auswechselbare Einlaß- und Auslaßfuttereinsätze 18a und 21a in ihrer Lage gezeigt und durch die Haube hindurch abnehmbar und auswechselbar. Die Einsätze können nach Wunsch und wie in Fig. 5 gezeigt verjüngt sein.
• Wie die Fig. 2, 3, 4, 5 und 7 zeigen, können ausbaubare und auswechselbare Führungsuntergruppen oder Führungen 66 vorgesehen sein. Sie können viele verschiedene Gestalten haben, wie die Figuren zeigen, und die Führungen sind, falls gewünscht, auf das feuerfeste Material gekeilt (nicht gezeigt). Der Ventilschieber oder die -scheibe 53 dient als Arretiermechanismus, um die Futtereinsätze und die Führungsuntergruppe oder die Führungen 66 an Ort und Stelle auszufluchten und festzulegen.
• Somit sind die verschleißanfälligen Teile ohne weiteres durch die Haube ausbaubar und auswechselbar, ohne daß das Ventil aus der Leitung ausgebaut werden muß.
• Wie die Fig. 2, 3 und 5 zeigen, kann eine gegossene Feuerfestdichtung 67 verwendet werden, um die Futtereinsätze 18a und 21a mit dem Futter 12 abzudichten.
• Die Erfindung ist somit gut geeignet und ausgebildet, um die Ziele und Zwecke zu erreichen, und hat die genannten Merkmale sowie weitere inhärente Kennzeichen.
• Zum Zweck der Offenbarung wurden zwar derzeit bevorzugte Ausführungsformen angegeben, aber daran können Änderungen vorgenommen werden, die im Rahmen der Erfindung gemäß der Definition durch die anhängenden Patentansprüche liegen.

Claims (12)

1. Schieberventil für den Einsatz bei hohen Temperaturen und/oder abrasivem Verschleiß, das folgendes aufweist:

einen Körper mit einem äußeren Metallmantel (11) und

einem Futter (12) aus feuerfestem Material, das fest auf die innere Oberfläche des Mantels (11) gegossen ist und davon gehalten wird, um eine Durchflußbahn (13) durch das Gehäuse zu bilden, die einen Einlaß (14) und einen Auslaß (15) und eine seitliche Öffnung (17) hat, die die Durchflußbahn (13) zwischen dem Einlaß (14) und dem Auslaß (15) schneidet,

wobei die Durchflußbahn (13) Nuten (20) hat, die in ihren gegenüberliegenden Seiten ausgebildet sind, wobei jede Nut (20) aufstromseitige (22) und abstromseitige (21) Leitflächen an jeder Seite davon bildet,

einen Schieber (23), der durch die seitliche Öffnung (17) in und aus Positionen bewegbar ist, in denen seine entgegengesetzten Seitenränder zwischen den Leitflächen der Nuten aufnehmbar sind zur geführten Hin- und Herbewegung zwischen Positionen, die den Durchfluß durch die Durchflußbahn steuern,

eine Betätigungseinheit (25), um den Schieber (23) hinund herzubewegen, wobei die Betätigungseinheit eine Haube (28), die über der seitlichen Öffnung (17) abnehmbar angebracht ist, und einen Schaft (30) hat, der abdichtend durch die Haube (28) und in die seitliche Öffnung verläuft,

wobei das innere Ende des Schafts (30) und der Körper des Schiebers (23) in Eingriff sind, um den Schieber (23) mit dem Schaft (30) hin- und herzubewegen, während gleichzeitig eine begrenzte Querverlagerung des Schiebers (23) in bezug auf den Schaft (30) zugelassen wird, so daß er mit den abstromseitigen (21) Leitflächen in dichten Eingriff gelangen kann,

wobei das feuerfeste Material (12) ausreichend hohe Druckfestigkeit hat und ausreichend fest auf die innere Oberfläche des Gehäuses (11) gegossen ist und davon gehalten wird, um die durch den Schieber (23) darauf übertragene Last aufzunehmen,

dadurch gekennzeichnet,

daß das innere Ende des Schafts (30) mit dem Körper des Schiebers verbunden ist, und

daß die seitliche Öffnung (17) eine Aushöhlung (35) hat, die zwischen der abstromseitigen (21) Seite der Nuten (20) und dem Auslaß (15) zwischen den Nuten (20) verläuft, wobei die Aushöhlung (35) im wesentlichen konische Gestalt hat und ihre entgegengesetzten Endränder die inneren Ränder der abstromseitigen (21) Leitflächen schneiden, um zuzulassen, daß Abrieb- bzw. Verschleißteilchen den Schieber (23) umgehen, wenn er in einer Position ist, um den Durchfluß durch die Öffnung (19) zu drosseln.

2. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (23) eine Schicht (33) aus hitze- und abriebfestem Material an der Aufstromseite (22) eines Metallkörpers (24) aufweist.

3. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abstromseitigen (21) Leitflächen der Nuten (20) nach innen in Richtung zu der Durchflußbahn (13) abgewinkelt sind, um einen Teil der auf das feuerfeste Material übertragenen Last auf das äußere Metallgehäuse (11) zu übertragen.

4. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußbahn (13) des Körpers einen anderen Auslaß (46) zu der Seite des erstgenannten Auslasses (15) hat und

daß der Schieber (23) von der Betätigungseinheit (25) zwischen Positionen hin- und herbewegt wird, um den Durchfluß durch den einen oder den anderen der Auslässe (15, 46) zu steuern.

5. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufstromseitigen (22) Leitflächen der Nut (20) von der Durchflußbahn (13) zu den äußeren Rändern der abstromseitigen (21) Leitfläche verjüngt sind.

6. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel (11) eines Bereichs des Körpers abstromseitig (21) von dem Schieber (23) den äußeren Seitenrändern des Schiebers (23) gegenüberliegt, so daß die Last des Schiebers (23) von dem feuerfesten Futter (12) darauf übertragen wird.

7. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (14) der Durchflußbahn (13) wenigstens einen Futtereinsatz (18a, 21a) aus feuerfestem Material aufweist, der an dem Futter (12) aus feuerfestem Material benachbart der abstromseitigen Nut (20) abnehmbar befestigt ist,

wobei der Futtereinsastz (18a, 21a) durch die Haube (28) hindurch abnehmbar und austauschbar ist.

8. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (15) der Durchflußbahn (13) wenigstens einen Futtereinsatz (18a, 21a) aus feuerfestem Material aufweist, der an dem Futter (12) aus feuerfestem Material benachbart der abstromseitigen Nut (20) abnehmbar befestigt ist,

wobei der Futtereinsatz (18a, 21a) durch die Haube (28) hindurch abnehmbar und austauschbar ist.

9. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (14) und der Auslaß (15) der Durchflußbahn (13) wenigstens einen Futtereinsatz (18a, 21a) aus feuerfestem Material haben, der an dem Futter (12) aus feuerfestem Material den aufstromseitigen und abstromseitigen Nuten (20) benachbart abnehmbar befestigt ist, und der Futtereinsatz (18a, 21a) durch die Haube (28) hindurch abnehmbar und austauschbar ist.

10. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußbahn (13) eine Vielzahl von Futtereinsätzen (18a, 21a) aus feuerfestem Material aufweist, die den aufstromseitigen und abstromseitigen Nuten (20) benachbart abnehmbar an dem Futter (12) aus feuerfestem Material befestigt sind,

einander benachbarte Futtereinsätze (18a, 21) ineinanderfügbare Bereiche an ihren aneinanderstoßenden Oberflächen haben,

die Einsätze (18a, 21a) durch die Haube (28) hindurch abnehmbar und austauschbar sind.

11. Schieberventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die abstromseitigen (21) Leitflächen der Nuten (20) abnehmbare und austauschbare Leitflächen durch die Haube (28) aufweisen.

12. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußbahn (13) eine Vielzahl von Futtereinsätzen (18a, 21a) aus feuerfestem Material aufweist, die an dem Futter (12) aus feuerfestem Material benachbart den aufstromseitigen und abstromseitigen Nuten (20) abnehmbar befestigt sind,

benachbarte Futtereinsätze (18a, 21a) an ihren aneinanderstoßenden Oberflächen ineinanderfügbare Bereiche haben, und

wenigstens die abstromseitigen (21) Leitflächen der Nuten (20) abnehmbare und austauschbare Führungen aufweisen,

wobei die Futtereinsätze (18a, 21a) und die Führungen durch die Haube (28) hindurch austauschbar sind und wobei der Schieber (53) die Futtereinsätze (18a, 21a) und die Führungen in ihren Lagen festlegt und ausfluchtet.