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Abdichtung eines Ventiles
Beim Versuch, die Abdichtung eines Sicherheitsventils mit einer Weichdichtung auszuführen, hat sich unter verschiedenen Konstruktionen die Ausführung, bei der ein O-Ring verwendet wird, als zweckmässigste Lösung ergeben. Das bei einem Versuch verwendete Sicherheitsventil war für einen Abblasedruck von 40 atü ausgelegt.
An sich wurde bisher bei Sicherheitsventilen die Weichdichtung immer im Schliesskegel des Ventils angeordnet. Um jedoch eine möglichst lange Standzeit der Weichdichtung, in diesem Fall also des O-Ringes, zu erwirken, wurde der O-Ring nicht im Ventilkegel, sondern im Ventilsitz vorgesehen, da er in diesem Fall vom Medium nicht direkt angeströmt wird. Zwecks weiterer Schonung der Weichdichtung wird das Ventil so ausgebildet, dass zwischen dem Ventilsitz und dem Schliesskegel eine harte Auflage vorhanden ist.
Es wurde nun festgestellt, dass bei hohen Abblasedrücken und bei Verwendung von herkömmlichen Einbauarten für den O-Ring keine befriedigende Lösung zu erreichen ist, gleichgültig, ob beispielsweise der O-Ring in einer geraden oder in einer Schwalbenschwanznut eingebaut wirt. Sobald nämlich der im Ventil herrschende Druck in die Nähe des Abblasedruckes ansteigt, erfolgt ein Abheben des Schliesskegels von seinem Sitz. Der dabei entstehende Spalt zwischen dem Kegel und dem Sitz wird dann noch durch den O-Ring so lange geschlossen gehalten, bis der Spalt eine Grösse erreicht hat, bei der die Steifigkeit, also das Widerstandsvermögen des O-Ringes nicht mehr ausreicht.
Der O-Ring wird durch den Druck des Mediums aus seiner Nut herausgezogen und auf die Aussenseite des Sitzes gedrückt, ohne dass er von selbst in seine bisherige Lage in der Nut zurückkehren könnte. Dadurch ist aber ein neuerliches Abdichten des Ventils bei Druckabfall unter dem Abblasedruck nicht mehr möglich.
Zur Behebung dieses Nachteiles wurde bereits ein Abdichtung für ein Ventil vorgeschlagen, bei dem ein Schliesskörper den Ventilsitz mit einem in einer Nut angeordneten O-Ring geschlossen hält, wobei der O-Ring in einer solchen Nut des Schliesskörpers bzw. des Ventilsitzes angeordnet ist, die eine Erweiterung, z. B. in Gestalt eines Ringraumes, aufweist und durch eine Verbindung in Form z. B. eines Kanals, eine Bohrung od. dgl., mit dem in Strömungsrichtung hinter dem Ventilsitz gelegenen Raum geringeren Druckes verbunden ist.
Dies bewirkt, dass der O-Ring durch den Druck, der auch in der Nut, in der der O-Ring angeordnet ist, herrscht, einerseits gegen den entstehenden, immer grösser werdenden Spalt zwischen Schliesskegel und Ventilsitz und anderseits gleichzeitig gegen die Erweiterung an der Unterseite des O-Ringes gepresst wird. Demnach kann der Ring beim Öffnen des Ventils nicht mehr aus der Nut herausgezogen werden, was zur Folge hat, dass beim Schliessen des Ventils der O-Ring seine Schliessfunktion weiter ausübt.
Die Wirkung dieses Vorschlages beruht darauf, dass die Ringfläche der Erweiterung an der Unterseite des O-Ringes im Augenblick des Öffnens des Ventils grösser ist, als jene zwischen dem Schliesskegel und dem Ventilsitz, so dass auch die Kraft, die den O-Ring in seiner Nut festhält, grösser ist als jene, die bestrebt ist, ihn aus der Nut herauszuziehen.
Es wurde nun erkannt, dass die Höhe der Erweiterung abhängig vom Werkstoff der Weichdichtung und vom Betriebsdruck eingestellt werden muss, u. zw. muss das Verhältnis des Druckes zur Steifigkeit des Ringes berücksichtigt werden. Beispielsweise kann der O-Ring aus Teflon, einem verhältnismässig harten Werkstoff, oder aus Gummi bestehen. Infolge des Deformationsvermögens des Ringes muss abhängig von der Steifigkeit dafür gesorgt werden, dass der Ring mit Sicherheit nicht in die Öffnung des Ventils gezogen wird, sondern in seiner alten Lage verbleibt, was durch Einstellung der Höhe der Erweiterung gesichert wird.
Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass die Erweiterung durch eine am die Nut aufweisenden Teil des Ventils aufgeschraubte Mutter in ihrer Höhe einstellbar ist, wobei die dem Ventilsitz bzw. dem Schliesskörper zugewandte Fläche der Mutter beim Schliessen des Ventils am Ventilsitz bzw. am Schliesskörper
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unmittelbar aufliegt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die erfindungsgemässe Lehre für den Einbau des O-Ringes im Schliesskegel selbst statt im Ventilsitz zu verwenden, so dass auch eine Anwendung bei
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O-Ring nicht direkt angeströmt wird. Bei Anströmung des Schliesskegels von oben ist jedoch diese Forderung erfüllt.
Bei Absperrventilen ergibt sich ein weiterer Vorteil, der darin besteht, dass die Dichtheit des Ventils nicht vom Anpressen des Kegels an den Sitz abhängig ist, weil ab einer gewissen Spaltgrösse zwischen Ventilsitz und Schliesskegel der O-Ring selbsttätig die Dichtung übernimmt. Eine Beschädigung des O-Ringes durch unsachgemässes, weil zu kräftiges Anpressen des Schliesskegels an den Sitz ist unterbunden, da zwischen dem Sitz und dem Kegel eine harte Auflage besteht.
Einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Abdichtung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in denen Fig. 1 im Schnitt Teile eines Ventils darstellt, bei dem im Schliesskegel eine Weichdichtung mittels O-Ring vorgesehen ist. In Fig. 2 ist ein Ventil dargestellt, bei dem der O-Ring im Ventilsitz angeordnet ist. In Fig. 3 ist die Weichdichtung mittels eines 0- Ringes im Schliesskegel vorgesehen, jedoch ist die den O-Ring haltende Überwurfmutter innen angeordnet.
Bei allen dargestellten Beispielen ist eine Erweiterung 2 in Form eines Ringraumes an der dem Ventilsitz 7 gegenüberliegenden Seite einer Nut 1 vorgesehen, welcher Ringraum über Öffnungen 3 mit einem weiteren Ringraum 4 und über Bohrungen 5 in einer Überwurfmutter 6 mit dem Niederdruckteil des Ventils in Verbindung steht.
Hiebei hat der Ringraum 2 eine durch Versuche feststellbare Höhe. Beim Öffnen des Ventils entsteht zwischen dem Ventilsitz 7 und dem Schliesskegel 8 ein Spalt 9, dessen Höhe vorerst geringer ist als die des Ringraumes 2. Solange der O-Ring 10 abdichtend am Ventilsitz 7 aufliegt, steht er auf der einen Seite (innen) unter dem jeweiligen Druck des Mediums und auf der andern Seite, also im Ringraum 2 bzw. im Spalt 9, zwischen Ventilsitz 7 und Schliesskegel 8 unter dem gleichen Druck des Niederdruckteiles. Steigt nunmehr der Abblasedruck an, so wird der O-Ring mehr in den Ringraum 2 als in den Spalt 9 am Ventilsitz 7 gedrückt. Ein Herausziehen des O-Ringes aus seiner Nut 1 ist dadurch unmöglich geworden.
Wird der Spalt 9 zwischen Ventilsitz 7 und Ventilkegel 8 so gross, dass er in seiner Höhe die des Ringspaltes 2 übertrifft, so kann dies auch nicht mehr zum Herausziehen des 0-Ringes führen, weil der O-Ring 10 zum Unterschied von bisherigen Lösungen in seine Nut hineingedrückt wurde. Dies hatte seine Ursache in der beabsichtigten Massnahme, dass der O-Ring zunächst mehr in die Erweiterung 2 als in den Spalt 9 gedrückt wurde, bis der Schliessspalt eine Grösse erreicht, bei der der O-Ring nicht mehr schliessen kann. Es kommt zum Öffnen des Ventils, wobei der O-Ring in seine Nut infolge seiner Eigenelastizität zurückfedert, was gemäss der Erfindung angestrebt wurde.
Kommt es sodann zum Schliessen des Ventils, so gelangt der O-Ring 10 wieder zum dichten Aufliegen an der vorherbestimmten Stelle und anschliessend zum Aufliegen des Schliesskegels 8 unmittelbar am Ventilsitz 7.
Im vorliegenden Beispiel hält die Überwurfmutter 6 den O-Ring 10 in seiner Nut 1 fest und ermöglicht die Justierung der Höhe der Ausnehmung 2 bzw. des Ringraumes. Die dem Ventilsitz zugewandte Fläche der Überwurfmutter bildet eine harte Auflage am Ventilsitz beim Schliessen des Ventils.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Lösung ist der 0-Ring 10 und damit seine Nut 1 im Ventilsitz angeordnet. Die vorstehend beschriebenen Verhältnisse beim Öffnen und Schliessen des Ventils sind die gleichen wie beim Ventil nach Fig. 1.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Lösung dringt das Medium in umgekehrter Richtung in das Ventil ein. Auch hier ist eine Verbindung in Form von Bohrungen bzw. Nuten mit jenem Teil des Ventils vorgesehen, welcher unter einem geringeren Druck steht.