DE69505504T2

DE69505504T2 - Reibungsarme buchsdichtung

Info

Publication number: DE69505504T2
Application number: DE69505504T
Authority: DE
Inventors: Ronald R. Marshalltown Ia 50158 Brestel; Randall S. Marshalltown Ia 50158 Jackson; Michel K. Marshalltown Ia 50158 Lovell
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1994-03-02
Filing date: 1995-02-09
Publication date: 1999-06-24
Anticipated expiration: 2015-02-10
Also published as: EP0748424B1; AU679347B2; FI109825B; US5593166A; KR100365951B1; EP0748424A1; DE69505504D1; MX9603603A; FI963399A; JP2006234171A; JPH09509726A; AU1872895A; FI963399A0; KR970701323A; ES2124534T3; ZA951523B; WO1995023935A1; JP3890081B2; JP4213724B2

Description

Diese Erfindung betrifft ein Packungssystem zum Abdichten von Arbeitselementen in einem Gehäuse mit Fluiden und insbesondere ein Packungssystem sowie ein Fluidventil, die zum Erfüllen von sehr strengen Fluidaustrittsbeschränkungen und Feuersicherheitsbedingungen sowie in Umgebungen nützlich sind, in welchen es gewünscht ist, katastrophale Undichtigkeiten beispielsweise von Ventileinheiten zu verhindern.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 483 096, die den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, zeigt einen Packungsbehälter für belastete Dichtungen für die Emission von flüchtigen Stoffen auf. Ein zweiteilige Packungsanordnung ist an einem Arbeitselement angebracht und enthält einen ersten und einen zweiten Packungsringsatz, die durch einen Abstandsring getrennt sind. Die beiden Packungsringsätze umfassen PTFE- Packungsringe des V-Typs, die durch Antiextrusions-Abstreifringe gestützt sind. Die zweiteilige Packungsanordnung ist durch Federanordnungen belastet.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 494 064 zeigt eine Graphitpackungsanordnung auf, die Graphitpackungsringe enthält, die um ein arbeitendes Ventilelement angeordnet sind. Dünne PTFE-Scheibenringe sind zwischen den Graphitpackungsringen angeordnet. Der Ringsatz ist einer ausreichenden Packungsspannung unterworfen, um das Extrudieren der PTFE- Scheibenringe auf das arbeitende Ventilelement zu verursachen.
Packungsmaterialien werden in breitem Umfang eingesetzt, um den Austritt von Fluid um ein Arbeitselement in einem Gehäuse mit einem Fluid zu verhindern, wie z. B. an einer drehenden Achse oder einem Gleitschaft in Flüssigkeitsregelventilen oder bei einem hin- und hergehenden Pumpenschaft. Normalerweise wird eine derartige Packung aus einem elastischen Element gebildet und unter eine statische Last gesetzt, indem es innerhalb einer Stopfbuchse um das Arbeitselement in seiner Position verschraubt wird. In anderen Fällen ist die Packung einer Federvorspannung unterworfen, was als vorgespannte Packungskonfiguration bekannt ist. Eine vorgespannte Packung ist insbesondere dann nützlich, wenn man versucht, den unerwünschten Austritt von Fluiden in die Umgebung zu verhindern. Auch bei Betriebstemperaturbedingungen über annähernd 450ºF (232ºC) (das heißt Betriebstemperatur im Packungsbereich) ist es erwünscht, eher eine allgemein verfügbare Graphitpackung als ein aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildetes Packungsmaterial zu verwenden, da PTFE-Packungen bei diesen erhöhten Temperaturen zur Extrusion neigen, was zum Versagen der Packung und zum Austritt von Fluid führen könnte. Bei Temperaturen unter 450ºF (232ºC) ist eine PTFE-Packung erwünscht, da sie eine deutlich niedrigere Reibung als die Graphitpackung hat. Übermäßige Reibung trägt zur mangelhaften Steuerung von Fluidprozessen bei.
Als Beispiel ist es bei bestimmten Anwendungsbereichen eines Fluidregelventils nicht nur erforderlich, daß das Ventil strenge Undichtigkeitsanforderungen erfüllt und niedrige Reibung hat, sondern daß es auch einen strengen Brandtest hinsichtlich der Packungsleistungsfähigkeit besteht, um ein katastrophales Versagen der Packung zu verhindern. Eine Packung für Fluidregelventile, die in Erdölraffinerien und in anderen Einrichtungen für chemische Prozesse verwendet werden, soll unter normalen Betriebsbedingungen eine niedrige Reibung und nahezu kein Austreten (das heißt weniger als 500 ppm gemäß EPA-Verfahren 21) von Fluid um die Oberseite des Ventils haben. Zusätzlich wird angestrebt, daß die Packung nicht versagt, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt ist, so daß sie dadurch ein übermäßiges Austreten von brennbaren Fluiden während eines Feuers erlauben würde.
Bei derartigen Anwendungen ist eine Graphitpackung sehr gut geeignet, um während eines Feuers ein übermäßiges Austreten zu vermeiden, wobei jedoch die hohe Packungsspannung, die erforderlich ist, um während der normalen Betriebsbedingungen eine Undichtigkeit von nahezu Null zu schaffen, zu einer hohen Reibung durch die Graphitpackung führt, was zu einer weniger exakten Prozeßsteuerung im Vergleich zur PTFE-Packung führt. Versuche zur Verringerung der Belastung der Graphitpackung schaffen eine beträchtliche Reduzierung der Reibung, führen jedoch zu einer übermäßigen Undichtigkeit (mehr als 500 ppm). Um die Undichtigkeit und die Reibung zu vermindern, ist die Verwendung von PTFE-Packungsmaterial wünschenswert, welches eine dichtere, länger andauernde Abdichtung als Graphitmaterial schaffen kann. Die Verwendung der PTFE-Packung bei erhöhten Packungstemperaturen ist jedoch normalerweise nicht zu empfehlen, insbesondere dann, wenn das Ventil Brandtests hinsichtlich der Packungsleistungsfähigkeit bestehen muß, wie bei Raffinerieanwendungen. Die mögliche Extrusion, Zersetzung und Verdampfung der PTFE-Packung unter Hochtemperatur-Brandbedingungen würde zu einem katastrophalen Versagen der Packung und zu einem unerwünschten gefährlichen Fluidaustritt führen.
Somit wird angestrebt, eine Packung für Regelventile zu schaffen, die eine niedrige Reibung, Feuersicherheit, eine Undichtigkeit nahe Null, eine lange Lebensdauer und einen vertretbaren Kostenaufwand miteinander verbindet.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Packungssystem sowie ein Fluidventil gemäß der Definition in Anspruch 1 bzw. 7 geschaffen. Eine zweiteilige Packungsanordnung ist an dem Arbeitselement montiert vorgesehen und enthält einen ersten und einen zweiten Packungsringsatz, die eine Fluidabdichtung bilden, welche das Arbeitselement umgibt, um zu verhindern, daß Fluid um das Arbeitselement aus dem Gehäuse austritt. Der erste Packungsringsatz ist an dem Ende des Arbeitselements montiert, das dem Fluid am nächsten ist, was in einem Ventil am nächsten zu dem Ventilstopfenende wäre. Der erste Packungsringsatz enthält mindestens einen flexiblen Graphitring, mindestens zwei Antiextrusions-Buchsenringe und eine Scheibe, die aus Polymermaterial mit niedrigen Reibungseigenschaften, wie z. B. PTFE, gebildet ist, die jeweils zwischen den vorstehend genannten Ringen montiert ist. Der erste Packungsringsatz enthält eine beträchtliche Menge Graphitmaterial, um Feuersicherheit und Abstreifwirkung zu schaffen, und enthält eine ausreichende Menge von Material mit niedriger Reibung, wie z. B. PTFE, um das Anhaften des Graphits an dem Arbeitselement zu verhindern und Schmierung hinzuzufügen.
Der zweite Packungsringsatz ist am Arbeitselement an dem Ende des Arbeitselements, das von dem Fluid entfernt ist, näher an der Außenseite des Gehäuses montiert, wie z. B. der Außenseite des Ventils. Der zweite Packungsringsatz enthält PTFE- Packungsringe des V-Typs und einen Antiextrusionsring an jedem Ende. Der zweite Packungsringsatz stellt eine Abdichtung des Fluids mit einer niedrigen Emission von flüchtigen Stoffen um das Arbeitselement in dem Gehäuse und einen Betrieb des Arbeitselements mit niedriger Reibung zur Verfügung.
Die zweiteilige Packungsanordnung ist mit einer Federvorspanneinrichtung, wie z. B. Scheibenfedern, belastet, um die Packungsanordnung auf einem Spannungsniveau zu halten, um eine Abdichtung mit niedriger Reibung und niedriger Emission sowohl hinsichtlich der Feuersicherheit als auch der Emission von flüchtigen Stoffen während des Betriebes zu schaffen, die in der Lage ist, beispielsweise die Brandtesterfordernisse des Packungssystems gemäß der Spezifikation API-589 und den Spezifikationen für API-607 zu erfüllen.
Im Betrieb ist der zweite Packungsringsatz, welcher der von den Scheibenfedern entwickelten Belastungsquelle am nächsten ist, einer spezifischen aufrechterhaltenen Last ausgesetzt, die zu einer optimalen Packungsspannung für eine geringe Undichtigkeit während normaler Betriebsbedingungen unter Berücksichtigung des Schaft- oder Wellendurchmessers, des Packungsquerschnitts und des Packungsmaterials führt. Die Last ist auch ausreichend, um zu veranlassen, daß sich das PTFE- Material verformt und Hohlräume in dem Arbeitselement und in der Packungsbohrung füllt und dadurch niedrige Reibungs- und niedrige Emissionseigenschaften bietet. Bedingt durch die niedrige Reibung des zweiten Packungsringsatzes bezüglich des Gehäuses und des Arbeitselements wird die Last effektiv durch den zweiten Packungsringsatz auf den ersten Packungsringsatz übertragen, der von der Lastquelle weiter entfernt ist. Während des Erstmontage- und Einstellvorganges wird vorübergehend eine Last, die die normale Betriebslast übersteigt, auf den zweiten Packungsringsatz ausgeübt. Diese Last wird effektiv auf den ersten Packungsringsatz übertragen und reicht aus, um eine permanente Verformung zu verursachen und dadurch eine dauerhafte Abdichtung zu bewirken, die in der Lage ist, Brandsicherheit sowie Abstreifwirkung zu schaffen. Die Abstreifwirkung verhindert, daß schädliche Verunreinigungen während des Normalbetriebes zu dem zweiten Packungsringsatz gelangen, auch wenn der Federdruck auf den optimalen Druck zum Abdichten an dem zweiten Packungsringsatz verringert worden ist.
Dementsprechend werden flexible Graphitpackungsmaterialien in Verbindung mit PTFE-Packungsmaterialien verwendet, um ein feuersicheres Packungssystem mit niedriger Reibung und niedriger Emission von flüchtigen Stoffen zu schaffen. Die Graphitmaterialien sind dem Prozeßfluid am nächsten angeordnet, um das PTFE-Material von dem Prozeßfluid zu isolieren und eine feuersichere Abdichtung zu schaffen. Die PTFE-Materialien schaffen eine Abdichtung an dem Arbeitselement, um die Emission von flüchtigen Stoffen auf unter 500 ppm zu begrenzen. Niedrige Reibung im Vergleich zu herkömmlichen Graphitpackungssystemen, die für den Einsatz bei Emission von flüchti gen Stoffen verwendet werden, wird erzielt, indem die Graphitpackung mit niedrigeren Vorspannungsniveaus belastet wird. Die Reibung des kombinierten PTFE/Graphitsystems ist beträchtlich geringer als die Reibung eines Packungssystems nur mit Graphit und ähnlichen Undichtigkeitscharakteristiken.
In einer aufgebauten Ausführungsform der Erfindung für Undichtigkeitstestzwecke enthielt ein Gleitschaftventil mit 1,25 cm (halbzöllig) eine Federbelastung in Form von Scheibenfedern, die um den Schaft montiert waren, welche auf eine anfänglich angelegte Packungsspannung von 12,3 MPa (1783 psi) eingestellt war. Der erste oder unterste Packungsringsatz, der dem Fluid am nächsten lag, enthielt zwei flexible Graphitringe, drei PTFE-Scheiben und zwei Kohlenstoffbuchsen, wobei die Buchsen an dem Ende angeordnet waren und eine PTFE- Scheibe jeweils zwischen den benachbarten Graphitringen und den Kohlenstoffbuchsen angeordnet waren. Der zweite oder obere Packungsringsatz enthielt einen unbehandelten oder ungefüllten PTFE-V-Ring, der sandwichartig zwischen einen kohlenstoffgefüllten vertieften PTFE-V-Ring und einen kohlenstoffgefüllten vorspringenden PTFE-V-Ring gelegt war, wobei an beiden Enden jeweils eine Kohlenstoffbuchse angeordnet war.
Die Packungsanordnung wurde einem Undichtigkeisttest gemäß EPA-Verfahren 21 mit mehr als 100.000 mechanischen Arbeitstakten unterzogen und eine Packungsundichtigkeit von weniger als 500 ppm wurde bei Verwendung von Methan als Testfluid erzielt. Während der mechanischen Arbeitstakte wurde die Packungstemperatur wiederholt wechselnden thermischen Zyklen zwischen der Umgebungstemperatur und 232ºC (450ºF) unterzogen. Der Prozeßdruck wurde ebenfalls zwischen einem Druck von 5,17 MPa (750 psi) bei der unteren Packungstemperatur bis auf einen Druck von 3,1 MPa (450 psi) bei der oberen Packungstemperatur von 232ºC (450ºF) variiert. Es wurde festgestellt, daß während der mechanischen Arbeitstakte die Packungsreibung sehr niedrig war, so daß die Reibung der kombinierten zweiteiligen Packungsanordnung mit PTFE- und Graphitmaterial be trächtlich niedriger ist als die Reibung eines Packungssystems nur aus Graphit mit ähnlichen Undichtigkeitscharakteristiken.
Anstelle der flexiblen Graphitringe in dem ersten Packungsringsatz könnten zusammengesetzte Graphitringe eingesetzt werden. Derartige zusammengesetzte Graphitpackungsringe sind geringfügig härter als das flexible Graphitringmaterial und sind beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4,826,181 aufgezeigt. In ähnlicher Weise könnten geflochtene Graphitringe verwendet werden, um in dem Packungssystem unterschiedliche Niveaus der Reibung und der Abdichtfähigkeit zu erzielen. Ferner können nicht graphithaltige Materialien, wie z. B. Fluorelastomere oder Perfluorelastomere verwendet werden, um eine Dichtung mit niedriger Reibung und niedriger Emission von flüchtigen Stoffen zu erzielen.
Die Erfindung ist am besten unter Bezug auf die folgende Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich, in welchen gleiche Bezugszeichen entsprechende Elemente in den verschiedenen Figuren bezeichnen.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform der zweiteiligen Packungsanordnung gemäß vorliegender Erfindung in einem Gleitschaftventil zeigt; und
Fig. 2 ist eine Explosionsansicht, die die Details der zweiteiligen Packungsanordnung darstellt.

Detaillierte Beschreibung

Wie vorstehend angeführt ist diese Erfindung für Ventile mit Gleitschaft oder drehendem Schaft sowie für hin- und hergehende Pumpenschafteinheiten verwendbar. Fig. 1 zeigt beispielsweise ein Gleitschaftventil, das eine zweiteilige Packungsanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ent hält.
Der dargestellte Abschnitt eines Fluidventils 10 der Gleitschaftbauart enthält einen Ventilkörper mit einem Ventildeckel 14, durch welchen ein Arbeitselement, wie etwa ein Gleitschaft 16 verläuft. Eine Reihe von Stopfbuchsenmuttern 18 sind auf jeweilige Stopfbuchsenschrauben 20 aufgeschraubt, um so die Belastung der Packung innerhalb des Ventildeckels und um den Ventilschaft einzustellen.
Innerhalb einer Packungsbuchse, die aus einer Packungsbohrung 22 in dem Ventildeckel 14 gebildet ist, ist ein erster Packungsringsatz 24 vorgesehen, der um den Ventilschaft 16 an dem Schaftende 26 montiert ist, das dem Prozeßfluid am nächsten ist. Ein zweiter Packungsringsatz 28 in der zweiteiligen Packungsanordnung ist innerhalb der Packungsbohrung 22 um den Ventilschaft 16 an dem Ventilschaftende 30 angeordnet, das von dem Prozeßfluid weiter entfernt ist als das Ventilschaftende 26.
Wie im Detail in Fig. 2 zu sehen ist, enthält der erste Packungsringsatz 24 ein Paar flexible Graphitringe 32, welche herkömmliche Packungsringe aus flexiblem Bandgraphit sind, der in einem Formwerkzeug geformt wurde. Die flexiblen Graphitringe 32 sind aus relativ weichem Material und wirken jeweils unmittelbar zur Abdichtung des Ventilschaftes. An den beiden entgegengesetzten Enden des ersten Packungsringsatzes 24 sind jeweils herkömmliche Kohlenstoffbuchsenringe 34 vorgesehen, welche als Antiextrusions-Elemente wirken, um dazu beizutragen, die Übertragung des weicheren flexiblen Graphitmaterials auf den Ventilschaft zu verhindern. Da die Kohlenstoffbuchsen 34 härter sind als die flexiblen Graphitringe 32, neigen die Buchsen 34 dazu, das Gleitschaftventil 16 während seines Betriebes abzustreifen, so daß sie dazu beitragen, die Übertragung von flexiblem Graphitmaterial auf den Schaft zu verhindern. Die Buchsen 34 tragen ferner dazu bei, den Ventilschaft 16 in dem Stopfbuchsengehäuse zentriert zu halten, um eine Verformung und Zerstörung des weicheren Packungsmaterials in dem Packungsringsatz 24 zu verhindern. Ein Stopfbuchsengehäuse-Endring 36 nimmt den übrigen Raum innerhalb des Stopfbuchsengehäuses ein.
Drei Polymerringe mit niedrigen Reibungseigenschaften in Form von dünnen PTFE-Platten oder -Scheiben 38 mit jeweils etwa 0,015 Zoll (0,381 mm) sind so vorgesehen, daß jeweils eine PTFE-Scheibe 38 zwischen den jeweiligen flexiblen Graphitringen 32 und zwischen den flexiblen Graphitringen 32 und den Kohlenstoffbuchsen 34 eingesetzt ist. Das PTFE-Scheibenmaterial soll sich verformen und teilweise nach innen gegen den Ventilschaft 16 extrudieren, so daß das PTFE-Material dazu neigt, das Gleiten des Schaftes durch den Packungsringsatz 24 zu schmieren. Somit dienen die PTFE-Platten oder -Scheiben 38 als Schmiermittel in dem Packungsringsatz 24 sowie als abdichtendes Element, um die Dichtwirkung der Graphitpackungsringe 34 zu unterstützen.
In Fig. 2 sind ferner die Bestandteile des zweiten oder oberen Packungsringsatzes 28 dargestellt. Der Packungssatz 28 enthält drei V-Ringe, die einen oberen vertieften Adapterring 40, einen mittleren V-Ring 42 und einen unteren vorspringenden Adapter-V-Ring 44 einschließen. Jeweils eine Kohlenstoffbuchse 46 ähnlich der Kohlenstoffbuchse 34 ist an den beiden Enden des Packungsringsatzes 28 vorgesehen.
Es ist bevorzugt, daß die Packungsringe 40, 42, 44 des V-Typs aus PTFE-Material (Polytetrafluorethylen, ein Kunstharzpolymer) geformt sind und daher sind diese Ringe in dem Gebiet der Technik als "PTFE-Packung des V-Typs" bekannt. Es ist bevorzugt, daß die V-Ringe 40 und 44 aus einem kohlenstoffgefüllten PTFE-Material gebildet sind und daß der mittlere V- Ring 42 aus einem unbehandelten oder ungefüllten PTFE-Material gebildet ist.
Ein Belastungspackungssystem ist vorgesehen, so daß die zwei teilige Packungsanordnung, die aus dem unteren Packungsringsatz 24 und dem oberen Packungsringsatz 28 besteht, unter einem Spannungsniveau gehalten wird, das hoch genug ist, ohne weiteres das PTFE-Material in den Scheiben 38 und in den Ringen 40, 42, 44 zu veranlassen, sich zu verformen und Leerstellen in dem Ventilschaft 16 zu füllen und damit niedrige Reibungs- und niedrige Emissionseigenschaften zu schaffen. Da der obere Packungsringsatz 28 näher an dem Belastungssystem angeordnet ist, wird die gesamte Belastung oder Spannung an diesen Packungsringsatz angelegt, um eine Abdichtung mit niedriger Emission zu schaffen. Da der obere Packungsringsatz 28 eine beträchtlich niedrigere Reibung hat und näher an dem Belastungssystem angeordnet ist als der unter Packungsringsatz 24, kann er im wesentlichen einen Großteil der Belastung oder der Spannung auf den unteren Packungsringsatz 24 übertragen, was wünschenswert ist, da dieser Satz eine zuverlässige Abdichtung des Ventilschaftes während eines Brandtests bieten muß. Während ferner die Spannung ausreichend ist, eine Verformung des PTFE-Materials aus den Scheiben 38 zu verursachen, ist die Reibung an dem Packungsringsatz 24 beträchtlich niedriger als dann, wenn der Packungsringsatz 24 nur flexibles Graphitmaterial enthalten würde und keine PTFE-Scheiben 38 enthalten würde. Auf diese Weise werden wünschenswerte niedrige Reibungseigenschaften erzielt, während man weiterhin die normalerweise höheren Reibungseigenschaften von Graphitmaterial nutzen kann und somit die gewünschten Brandsicherheitseigenschaften des Graphitmaterials in dem Packungssystem nutzen kann.
Die Belastungspackung enthält einen Dichtungspacker 48, der an einem Ende eine Dichtungspackerbasis 15 hat, eine Dichtungspackerführungsbuchse 52 an dem anderen Ende und einen Dichtungspackerflansch 54 zwischen diesen. Der Dichtungspacker 48 enthält eine Auskleidung 56, die aus kohlenstoffgefülltem PTFE- oder einem anderen geeigneten Material gebildet ist, das mit der inneren Oberfläche des Dichtungspackers verbunden werden kann, wie in dem US-Patent Nr. 5,129,625 aufge zeigt, das auf denselben Anmelder wie dieses Patent übertragen wurde. Eine Reihe von Scheibenfedern 58 ist verschiebbar auf der Dichtungspackerführungsbuchse 52 angebracht, wobei ein Ende der Scheibenfedern mit dem Flansch 54 in Berührung steht und das andere Ende der Scheibenfedern mit einer Stopfbuchsenbrille 60 in Berührung steht. Die Stopfbuchsenbrille 60 hat geeignete Öffnungen 62, durch welche die Stopfbuchsenschrauben 20 treten, und enthält eine mittlere Öffnung, um den Durchtritt des Ventilschaftes 16 zu erlauben.
Ein Paar von Abstandsringen 64 ist um den Ventilschaft zwischen dem oberen Packungsringsatz 28 und dem unteren Packungsringsatz 24 angeordnet, um den verbleibenden Raum innerhalb der Stopfbuchsenbohrung aufzunehmen. Wie bei der herkömmlichen Verwendung von Abstandsringen und Ventilen sind die Abstandsringe 64 ferner in der Stopfbuchsenbohrung 22 so ausgelegt, daß sie eine Verbindung von der Außenseite des Ventils durch ein Zugangsloch 66 und einen Verbindungskanal 68 erlauben. Dies erlaubt das Einführen von Schmierflüssigkeit in die Stopfbuchsenbohrung und an den Ventilschaft 16. Ein Gewindestopfen 70 ist in das Loch 66 eingeschraubt und kann zum Zugriff auf dieses entfernt werden. Die Abstandsringe 64 bieten ferner eine ausreichende Trennung des Packungssatzes 24 von dem Packungssatz 28, um zu verhindern, daß Graphitmaterial, das an dem Schaft anhaftet, die Abdichtungsleistung des Packungssatzes 28 verschlechtert.
Nach dem Zusammenbau der Ventilbestandteile, wie in den Zeichnungen dargestellt, werden die Stopfbuchsenmuttern 18 auf den Schrauben 20, die den Ventilschaft 16 umgeben, festgezogen, so daß die Stopfbuchsenbrille 60 die Last der Stopfbuchsenschrauben und -muttern auf die Scheibenfedern 58 überträgt. Die Federn 58 wiederum werden mit dem weiteren Festziehen der Muttern 18 zusammengedrückt, so daß sie durch das Zwischenstück 48 einen Federdruck auf die Packungsringsätze 24, 28 aufrechterhalten.
Die Verwendung der Kombination von niedrigen Reibungseigenschaften des oberen Packungsringsatzes 28 unter einer aufrechterhaltenen hohen Lastspannung schafft eine zuverlässige Abdichtung mit dem erwünschten PTFE-Material. Ferner ermöglicht die Verwendung von flexiblen Graphitringen in dem unteren Packungsringsatz 24 an einer Ventilposition, die von der Lastquelle entfernt ist, die vorteilhafte Verwendung von Graphitmaterial, um Brandsicherheitsbedingungen zu erreichen. Ferner reagieren die PTFE-Scheiben 38 auf die ausreichende Belastung und sind dünn genug, daß sie eine Verformung des PTFE-Materials ermöglichen, um das Schmieren des Ventilschaftes während der Bewegung durch den Packungsringsatz 24 zu unterstützen und das Anhaften von Graphitmaterial an dem Arbeitselement zu reduzieren. Entsprechend enthält die zweiteilige Packungsordnung gemäß vorliegender Erfindung den Packungsringsatz 24 zum Brandsicherheitsschutz bei erhöhten Temperaturen in dem Packungsbereich von über 1.000ºF (538ºC), während der obere Packungsringsatz 28 beträchtlich unter Belastung gesetzt werden kann, um eine zuverlässige Abdichtung mit niedriger Emission von flüchtigen Stoffen und einen Betrieb mit niedriger Reibung des Arbeitselements bei Betriebstemperaturen von bis zu 450ºF (232ºC) zu erreichen.
Als eine alternative Ausführungsform können andere Materialien auf Graphitbasis, wie z. B. zusammengesetzte Ringe oder geflochtene Graphitringe anstelle der flexiblen Graphitringe 32 verwendet werden, um unterschiedliche Niveaus der Reibung und der Dichtfähigkeit zu erreichen. Ferner können andere Nicht- Graphitmaterialien, wie z. B. andere Elastomermaterialien mit niedrigen Reibungseigenschaften, Fluorelastomere oder Perfluorelastomere oder andere Fluor enthaltende Polymere verwendet werden, um eine Abdichtung mit niedriger Reibung und niedriger Emission von flüchtigen Stoffen zu schaffen, wie sie in der vorliegenden Darstellung durch das PTFE-Material erzielt werden.

Claims

1. Packungssystem zur feuersicheren Abdichtung eines Arbeitselements (16) mit geringer Emission von flüchtigen Stoffen, wobei sich das Arbeitselement in einem Gehäuse, das ein Fluid enthält, von einem Arbeitselementende (26), das dem Fluid benachbart ist zu einem zweiten, von dem Fluid entfernten Arbeitselementende (30) erstreckt, enthaltend:

eine zweiteilige Packungsgesamtheit, die an das Arbeitselement (16) montiert ist, welche einen ersten und einen zweiten Packungsringsatz (24, 28) enthält, die eine Fluidabdichtung zur Verfügung stellen, die das Arbeitselement umgibt, um zu verhindern, daß Fluid aus dem Gehäuse um das Arbeitselement (16) austritt;

mindestens einen Abstandsring (64) zwischen dem ersten und dem zweiten Packungsringsatz (24, 28);

eine Federeinrichtung (58), um eine Federbelastung an die zweiteilige Packungsgesamtheit anzulegen, um die Fluidabdichtung aufrechtzuerhalten;

wobei der erste Packungsringsatz (24), der an das Arbeitselementende (26) montiert ist, das an dem Fluid benachbart ist, mindestens zwei Antiextrusions- Buchsenringe (34) enthält, die an entgegengesetzten En den des ersten Ringsatzes (24) entlang des Arbeitselements (16) angeordnet sind;

wobei der erste Packungsringsatz (24) einen Betrieb mit einer niedrigen Reibung des Arbeitselements (16) in dem Gehäuse zur Verfügung stellt;

wobei der zweite Packungsringsatz (28), der an dem zweiten, von dem Fluid entfernten Arbeitselementende (30) montiert ist, mindestens zwei PTFE-Ringe (40, 42, 44) enthält, die sandwichartig zwischen jeweiligen Antiextrusions-Buchsenringen (46) angeordnet sind;

wobei der zweite Packungsringsatz (28) für eine Abdichtung des Fluids mit geringer Emission von flüchtigen Stoffen und einen Betrieb mit einer niedrigen Reibung des Arbeitselements (16) in dem Gehäuse sorgt;

dadurch gekennzeichnet, daß

der erste Packungsringsatz (24) so ausgelegt ist, daß er Feuersicherheit für das Fluid bietet und von seinem inneren Abschnitt nach außen zu seinen entgegengesetzten Enden hin folgendes aufweist:

a) mindestens einen flexiblen Graphitring (32),

b) Antiextrusions-Buchsenringe (34), die benachbart an dem mindestens einen flexiblen Graphitring (32) angeordnet sind, und

c) eine aus PTFE-Material geformte Scheibe (38) enthält, die zwischen jedem der benachbarten Ringe (a) und (b) in dem ersten Packungsringsatz (24) montiert ist,

wobei der zweite Packungsringsatz (28) so aufgebaut ist, daß er verglichen mit dem ersten Packungsringsatz (24) wesentlich mehr Federbelastung überträgt.

2. Packungssystem nach Anspruch 1, wobei die Federeinrichtung (58) eine ausreichende Federbelastung mit beträchtlicher Packungsspannung auf die zweiteilige Packungsgesamtheit aufrechterhält, um zu ermöglichen daß die PTFE-Scheibe (38) teilweise PTFE- Material auf das Arbeitselement (16) extrudieren kann, und um das Arbeitselement bei Bewegungen durch die zweiteilige Packungsgesamtheit zu schmieren.

3. Packungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Federeinrichtung durch Scheibenfedern (58) gebildet ist.

4. Packungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der zweite Packungsringsatz (28) PTFE-Packungsringe (40, 42, 44) des V-Typs enthält und die Federeinrichtung (58) eine ausreichende Federbelastung mit beträchtlicher Packungsspannung aufrechterhält, so daß das PTFE-Material verformt wird und Leerräume an dem Arbeitselement füllt, um so das Arbeitselement bei Bewegungen durch die zweiteilige Packungsgesamtheit zu schmieren.

5. Packungssystem nach Anspruch 4, wobei der zweite Packungsringsatz (28) einen vertiefte PTFE-Ring (40) an einem Ende, einen ausgewählten PTFE- Ring (44) an dem anderen Ende und einen V-Ring (42) dazwischen enthält.

6. Packungssystem nach Anspruch 5, wobei der ausgewählte und der vertiefte PTFE-Ring (40, 44) aus PTFE gebildet sind, das mit Kohlenstoff gefüllt ist, und der V-Ring dazwischen aus nicht gefülltem PTFE gebildet ist.

7. Fluidventil mit einem Packungssystem zur feuersicheren Abdichtung eines Arbeitselements (16) mit geringer Emission von flüchtigen Stoffen, wobei das Arbeitselement sich im Betrieb durch das Packungssystem in dem Flüssigkeitsventil bewegt, enthaltend:

eine Stopfbuchse (22) innerhalb des Ventils;

eine Einrichtung zum Montieren eines Dichtungspackers (48) zum Halten des Arbeitselements (16) in der Stopfbuchse (22); und

das Packungssystem gemäß der Definition in einem der Ansprüche 1 bis 6.