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Absperrgliedabdiehtlmg, insbesondere Ventildiehtung, für hohe Drucke und Temperaturen.
Bei Ventilen oder ähnlichen Absperrgliedern hat man die aufeinander abdichtenden Sitzteile vielfach aus harten hochlegierten Stählen hergestellt und aufeinander eingeschliffen ; infolge der unvermeidlichen Verziehungen der Teile durch hohe Drüeke und insbesondere durch hohe Temperaturen dichten jedoch derartige Ventile im Dauerbetriebe nicht gut ab, und die Sitze werden dann schnell zerfressen. Andere Arten von Ventilen benutzen für einen der zusammenarbeitenden Sitzteile ein härteres Metall, wie zumeist Gusseisen oder Messing oder auch üblichen Konstruktionsstahl, und für den andern Sitzteil ein gegebenenfalls bis dicht an die Sitzfläche von einer unterschnittenen Fassung umschlossenes Weichmetall, u. zw. zumeist Hartblei oder ähnliche Legierungen.
Diese Dichtungen sind aber nur für Kohlensäure-oder Ammoniakventile oder für ähnliche zwar mit hohen Drücken, aber nicht mit hohen Temperaturen arbeitende Gebiete brauchbar, weil dabei diese Legierungen bald breiförmig oder gar flüssig werden würden. Unter andern Vorschlägen sind auch andere Weichmetalle, wie weiches Messing oder weiches Kupfer, für den einen Sitzteil vorgeschlagen worden, wobei gegebenenfalls dieser Sitz in einer Fassungsrinne von rechteckigem Querschnitt zurücktreten angebracht war, der andere Sitzteil war dann entweder aus Stahl oder aus dem Gussmetall des Ventilgehäuses vorgesehen und greift gegebenenfalls zwischen die Fassungsränder mit geringem Spielraum ein.
Man hatte aber diese harten Sitzteile meist schneidenförmig ausgebildet, und das führte infolge der unvermeidlichen Arbeitsungenauigkeiten und Wärmeausdehnungsverschiebungen der Sitze gegeneinander zu einem Zerschneiden und damit zu schnellem Unbrauchbarwerden der Weiehsitze. Man hat endlich einen Kupferring von Kreisquerschnitt mit einem Gegenglied zusammenarbeiten lassen, das den herausragenden Kupferring mit einer ebenen und einer kegeligen Fläche rillenartig erfasst, hiebei muss aber der Kupferring sehr hart und undeformierbar sein, oder er wird, wenn er weich ist, verquetscht, so dass er das Ventil verklemmt.
Bekannt sind auch Ventile mit in eine Rinne eingelegten Weichpackungen, etwa Asbest, an dem einen Abschlussglied und einen damit zusammenarbeitenden Gegensitz, der in Sehliessstellung die freie Fläche der Weichpackung bis auf einen schmalen Rand deckt.
Keine der sämtlichen angeführten Dichtungen hat das Ziel erreichen können, auch bei hohen Temperaturen dauernd dicht zu halten, ohne dass häufige Erneuerung für die weichen Sitze und Nachschleifen der härteren Sitze erforderlich wurde.
Die Erfindung schafft demgegenüber eine Abdichtung, die gemäss vorliegenden Betriebsergebnissen eine praktisch absolute Dichtheit selbst in langem Dauerbetriebe und bei hohen Temperaturen und Drücken ergibt, u. zw. wird dies erreicht, indem für den einen Sitzteil ein bis zu Heissdampftemperaturen (von etwa 5000 C) plastisches und unelastisches Metall, wie plastisches Kupfer, Eisen, Nickel oder plastische Legierungen solcher Metalle, verwendet wird, wobei dieser Dichtungsring in bekannter Weise mindestens bis dicht an die Sitzfläche von einer Fassung umschlossen ist, und indem der aus hochwertigem Stahl bestehende harte Gegensitz eine im wesentlichen ebene tragende Abdichtungsfläche, die nicht durch Kerben oder Schneiden unterbrochen ist, aufweist,
die die freie Fläche des plastischen Metallsitzes in an sich bekannter Weise bis auf einen schmalen Rand deckt. Diese Kombination ermöglicht durch die Plastizität des einen Sitzteiles in Verbindung mit der vollkommenen Einschliessung ein Anschmiegen des plastischen Metalles an den glattflächigen harten Sitz ohne jede Gefahr einer Zer-
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störung durch Verquetschen oder Zerschneiden, u. zw. auch beihohen Temperaturen, weil eben temperaturfeste plastische Metalle Verwendung finden und in den Grenzen der Wärmeverziehungen sich immer wieder der glatten harten Sitzfläche anschmiegen können, zumal diese durch ihre besonders hohe Härte gegen ein Entstehen von Rinnen oder Kerben infolge von Anrostung oder durch strömendem Heissdampf oder sonstigem Druckmittel gesichert ist.
Gerade die absolute Dichtheit verhindert das erste Entstehen kleiner Anfressungsstellen, die sich sonst erfahrungsgemäss schnell erweitern würden.
Als plastische und unelastische Metalle im Sinne der Erfindung kommen Hartmetalle und von den sogenannten Weiehmetallen sehr reines Kupfer (Elektrolitkupfer) in Frage, sofern diesen Metallen der plastische Zustand durch Ausglühen bis etwa 700-800 C und nötigenfalls darauffolgendes Abschrecken in Wasser (bei Kupfer) erteilt ist. Die Metalle müssen von chemischen Beimengungen frei sein, da sie andernfalls rotbrüchig werden, also ihren plastischen Zustand verlieren und zu Korrosionen neigen.
Metalle in plastischem Zustand haben keine innere Spannungen und verziehen sich somit bei hohen Temperaturen nicht, sondern ändern nur ihr Volumen. Von chemischen Beimengungen freie Metalle in plastischem Zustand sind niemals rotbrüchig und sind sehr korrosionsbeständig. Legierungen von Kupfer mit Weichmetallen, wie Messing oder Bronze und übliche Weichmetalle (ausser reinstem Kupfer
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Temperaturen nicht widerstehen, sich allmählich zersetzen und spröde und rissig werden. Für Heissdampf mit chemischen Beimengungen erweisen sich nur plastisches Eisen und Nickel bzw. deren Legierungen, wie Nicorros und Monelmetall, als genügend dauerhaft.
Mit besonderem Vorteil ist das plastische und unelastische Metall, das bei den üblichen Ventilen einen massiven Ring bildet, in eine unterschnittene Fassungsrinne hinter den Fassungsrändern zurück- tretend, also vertieft angebracht und der mit einer breiten Dichtungsfläche versehene Hartsitz greift dann mit geringstmöglichem Spielraum zwischen diese Fassungsteile hinein.
Hiebei ist das plastische Metall in der unterschnittenen Fassung im Gebrauch stets fest eingepresst und somit völlig dicht gehalten und gegen unnötige Formänderungen geschützt, so dass es in seinem plastischen Zustande ständig erhalten bleibt, und anderseits ist es durch einen toten Raum der vorbeistreichenden Strömung entzogen und dadurch vor Anfressungen gesichert, die zu gefährlichen Anfangsundichtheiten führen könnten. Ausserdem wirken die vorspringenden Fassungsteile mit dem ihnen äusserst naheliegenden Hartsitz als eine Art von Drosselkörper zusammen, dergestalt, dass bei ganz geringen Ventileröffnungen, also in Drosselstellungen, der gefährliche engste Ventilquerschnitt nicht zwischen den Sitzflächen des Hartsitzes und des plastischen Metalles,
sondern in den Spalten an den vorspringenden Fassungsrändern entsteht ; dadurch tritt die durch die scharfe Drosselströmung unvermeidliche Abnutzung dann nur an den seitlichen Fassungs- und Hartsitzflächen ein, wo sie erstens gering und zweitens durch lange Zeiten hindurch unschädlich bleibt.
Als besonders geeigneter Baustoff für den harten Sitz bewährt sich Chromnickelstahl oder ähnlicher hochlegierter Stahl, weil hier die Anrostungsgefahr und damit das Entstehen der gefährlichen Anfangsundichtheiten, die sich nachher schnell erweitern würden, besonders gering ist.
Die genannte Drosselkörperausbildung kann in Verbindung mit den gut eingeschlossenen plastischen Metallsitzen bis zu besonderer Vollkommenheit ausgebildet werden. Bekannt sind in Verbindung mit den üblichen Hartsitzen besondere Drosselkörper in Gestalt vorspringender voller Teile oder Ringe am beweglichen oder festen Abschlussteil, die in unschädlich machender Entfernung von den eigentlichen Sitzflächen die höchst beanspruchte Drosselstelle bilden ;
trotzdem sind diese Drosselkörper nirgends eingeführt, weil die geringste Undichtheit des völlig geschlossenen Ventils sich trotz der Drosselkörper, deren Drosselspalt ja unvermeidlich dann immer noch einen viel grösseren Querschnitt als die Undichtheitsstelle aufweist, schnell erweitert und dadurch regelmässig die Dichtheit des Ventils viel schneller zugrunde geht als durch den eigentlichen Drosselstellungsbetrieb, so dass also die Drosselkörper praktisch völlig nutzlos bleiben.
Da beim Erfindungsgegenstand aber durch das gut eingeschlossene plastische Metall eine praktisch absolute Anfangsdichtheit gegeben ist, ist der Fall der Anfangsanfressung an den Sitzflächen völlig ausgeschaltet und demgemäss entsteht hier eine neue wertvolle Kombination durch Anbringen von Drosselringen oder ähnlichen Drosselkörper an dem einen der beiden Abdichtungsglieder in solcher Art, dass der engste Drosselspalt an dem Drosselkörper und entfernt vom plastischen Sitzteil auftritt. Diese Ventile bleiben in schwierigstem Drosselstellungsbetriebe, wo andere Ventile regelmässig nach wenigen Wochen eine Auswechslung der Sitze erforderlich machen, erfahrungsgemäss jahrelang völlig dicht schliessbar.
Für die Drosselkörperanordnung ergibt sich eine vorteilhafte Ausgestaltung, indem der Drosselkörper an dem den harten Sitz tragenden Glied angebracht ist, während am Gegenglied der plastische Sitz vertieft eingelegt ist. Hiebei ist dann die Strömung auch in den Drosselstellungen besonders gut vom plastischen Sitz ferngehalten.
Anderseits ergibt sich eine vorteilhafte Ausgestaltung, indem der Drosselkörper als unmittelbarer Fortsatz eines Fassungsteiles des vertieft liegenden plastischen Metalles ausgebildet ist. Dann ist der Schutz des plastischen Metalles gegen ein Bestreichen durch die Strömung besonders vollkommen.
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Wird endlich der harte Stahlsitz in an sieh bekannter Weise im Ventildurchlass eingesetzt und der Drosselkörper ausserhalb von ihm an einem Gehäuseteil oder am beweglichen, den plastischen Metallsitz tragenden Abschlussglied angebracht, so ergibt sich bei gutem Schutz des plastischen Sitzes ein
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körper, so dass der Durchgangswiderstand des geöffneten Ventils gering wird und die Entstehung unnötiger Wirbelungen verhütet ist.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einer Reihe von Ausführungsbeispielen, u. zw. sind die Fig. 1, 2 und 3 Längsschlitze verschiedenartiger Absperrventile, die Fig. 4,5 und 6 Teilquerschnitte verschiedenartiger Sitzausbildungen, die sich auch für selbsttätige Ventile oder Steuerventile von Kolbenmaschinen eignen ; die Fig. 7 zeigt eine halb aufgeschnittene Ansicht eines Steuerventils, die Fig. 8 einen Schnitt durch den Hauptteil eines Kolbensitzventiles mit Drosselkörper, die Fig. 9 eine
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ausführung und die Fig. 12 einen Schnitt einer weiteren Drosselkörperausfuhrurg.
In Fig. 1 enthält der Körper eines Hochdruckabsperrventils üblicher Bauart einen Ventilteller 1, und in diesem einen eingestemmten Ring 2 aus plastischem Kupfer oder Eisen oder andern plastischen Metallen oder Legierungen, die bis zu Heissdampftemperaturen (also üblicherweise bis etwa 500 C)
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eingesetzt. Der plastische Einlagering 2 ist durch seine Fassung und den härteren Sitz 13 so vollständig wie möglich eingeschlossen. Führungsrippen 4 des Ventiltellers 1 sind in Nuten des Ventilkörperhalses 5 so geführt, dass ein Verdrehen des Tellers verhindert ist und somit immer wieder dieselben aneinander angepassten Sitzstellen miteinander zur Berührung kommen.
Ein Ventildeckel 6 ist unter Zwischenlegung eines Dichtungsringes 7 aufgeflanscht. Eine normale weich gepackte Stopfbüchse 8 lässt die Ventilspindel hindurch.
In Fig. 2 ist wieder ein Hochdruckabsperrventil dargestellt, bei dem aber das Absperrglied ein Kolben l'ist. Der Kolben besteht hier aus hartem Stahl und der plastische Dichtungsring 2 ist in der Ventilprileke 3 eingelegt. Zur Abdichtung nach aussen ist der Kolben l'von Dichtungsringen 9 mit Zwischenlegung eines oder mehrerer Abstandsrirge10 umgaben, und dieseRinge sind durch einenDeekel 6 festgelegt, der durch eine übliche Verschraubung 11, ähnlich wie bei Stopfbüchsen, festspannbar ist.
In Fig. 3 ist ein der Fig. 2 ähnliches Hochdruckabsperrventil mit Kolben l'dargestellt. Der Kolben ist hier nicht aus besonders hartem Stoff und enthält seinerseits die mit dem harten Sitz 13 zusammenarbeitende plastische Metalleinlage 2. Er enthält zur Aussenabdichtung seinerseits Dichtungringe 12, u. zw. in einem zwecks Verringerung der Sehliesskraft verjüngten Teile.
In Fig. 4 ist gezeigt, wie ein Ventilteller 1 oder der bewegliche Körper eines Doppelsitzventils gegenüber dem Sitz 13 den plastischen Metallring so vertieft enthält, dass ein bei wenig geöffnetem Ventil durchtretender Dampf- oder Flüssigkeitsstrom den Einlagering 2 wenig reibend trifft und vielmehr möglichst geradlinig zwischen den vorkragenden Fassungsteilen am Ring 2 vorbeiströmt. Zu weitgehender Sicherung seines Festsitzens ist der Einlagering 2 hier nicht nur mit Unterschnitt, sondern noch mit zusätzlicher Schwalbenschwanzform eingestemmt.
In Fig. 5 ist grundsätzlich die gleiche Anordnung vorhanden, aber in der Brücke 3 ist hier wieder ein besonderer Einlagering 13 aus hartem Stahl, wie beispielsweise Chromnickelstahl, eingebracht.
In Fig. 6 ist bei einem möglichst weitgehend der Stromlinienform angepassten Tellerventil der Teller 1 aus hartem Stoff, und in der kegeligen Brücke 3 ist ein plastischer Metalleinlagering so angebracht, dass er den glatten Strömungsverlauf möglichst wenig stört.
In Fig. 7 ist für ein Tellerventil die Ausrüstung mit einem Ring ähnlich wie in Fig. 4 und 5 veranschaulich.
Gemäss Fig. 8-10 enthält ein Ventilkolben 21 vertieft eingelegt einen Sitzring 22 aus plastischem und unelastischem Metall, u. zw. ist dieser Sitzring in den mit Unterschnitt ausgedrehten Kolben 21 in schwalb snschwanzähnlichem Querschnitt eingestemmt. In der Ventilbrücke 23 ist ein harter Sitzring 24, beispielsweise aus Chromnickelstahl, so eingesetzt, dass er mit seiner Abdichtungsfläche in die
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um den Sitzring 24 und um den Kolben 21 herum ist an der Ventilbrücke 23 ein Drosselring 25 so angebracht, dass er den Kolben 21 mit einem geringen Abstand 26 in einer Höhenerstreckung 27 umschliesst.
Wird dieses Ventil gemäss Fig. 9 um eine Strecke 28 geöffnet, so ist zunächst nur der Ringspalt 26 freigegeben und hohe Durchflussgeschwindigkeit entsteht nur in diesem, während an dem Abdichtungteil 22,24 nur die dem Hub 28 entsprechende viel geringere Durchflussgeschwindigkeit entsteht. Damit ist die Abnutzung vom Sitz nach der Kante des Drosselkörpers 25 verlegt, wo sie unschädlich ist, und insbesondere der plastische Metallring 22 erhält grösste Lebensdauer und Betriebssicherheit. Auch bei weiterem Öffnungshub gemäss Fig. 10 bleibt immer die Strömungsgeschwindigkeit an dem Abdichtungteil verhältnismässig gering.
Gsmäss Fig. 11 ist der Drosselring 25a am Ventilkolben 22 angebracht. An der Wirkung ändert sich dabei im wesentlichen nichts, nuristhiebei der Schutz des plastischen Metallringes 22 noch vollkommener.
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