DD201482A1 - Dichtungsanordnung eines stellantriebes fuer ventile - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung eines Stellantriebes fuer Ventile, dessen Kolben einerseits von Druckluft und andererseits von einer Feder beaufschlagt ist. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Dichtung so zu gestalten, dass sie neben guten Trockenlaufeigenschaften ueber laengere Zeit den Druck haelt, ohne anschliessend hohe Losreisskraefte zu benoetigen und auch unter Strahlenbelastung einsetzbar ist. Erfindungsgemaess geschieht dies dadurch, dass neben der radialen Abdichtung der Druckraum durch eine axiale Plansitzdichtung abgedichtet ist. Fuer den Fall, dass der Stellantrieb das Ventil unter Druckbeaufschlagung schliesst, ist im federseitigen Gehaeuseraum axial federnd ein Einsatz angeordnet, an dessen Stirnseite der Kolben axial dichtend zur Anlage kommt.

Description

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Dichtungsanordnung eines Stellantriebes für Ventile Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung eines Stellantriebes für Ventile, dessen Kolben einerseits von einem Druckmittel, vorzugsweise Druckluft, und andererseits von einer Feder beaufschlagt ist·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind Stellantriebe, bei denen die Abdichtung des Druckraumes mittels radial wirkender Bewegungsdichtungen erfolgt. Die hierbei zum Einsatz kommenden Dichtungen sind überwiegend aus Elastomeren gefertigt. Diese Dichtungen haben unter den Bedingungen des Trockenlaufs den Nachteil des ungünstigen Reibverhaltens, des schnellen Verschleißes und sind damit in hohem HaJe leckageanfällig· Weiterhin erfordert diese Art der Dichtung einen hohen technologischen Aufwand zur Erzielung einer Dichtungslauffläche mit einer minimalen Oberflächenrauheit und einem hohen Glättungsanteil. Xm Havariefall, beim Ausfall der Druckluftversorgung, ist bei druckblockiertem Stellantrieb die Konstanthaltung des vorhandenen Luftdruckes über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten. Abhängig von der Länge der Stillstandszeit unter Druck sowie der Oberflächenrauheit setzt sich das Dichtungsmaterial in die Riefen und Vertiefungen der Lauffläche, wodurch bei einem anschließenden Bewegungsvorgang Teilchen

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der Dichtung herausgerissen werden. Durch diesen Verschleiß wird die Dichtung unbrauchbar bzw. erfallt nicht mehr die Bedingungen des wartungsfreien Betriebes über einen längeren Zeitraum und der minimalen Leckage insbesondere im Havariefall. Radialdichtungen aus PTFE besitzen, zwar bessere Gleiteigenschaften unter den Bedingungen des Trockenlaufs; sie sind jedoch unter Strahlungsbelastung in der hermetischen Zone eines Kernkraftwerkes nicht einsetzbar·

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Dichtungsanordnung eines Stellantriebes hinsichtlich Trockenlaufeigenschaft, der betriebssicheren und wartungsfreien Funktion über längere Zeiträume, der Druckkonstanz und Strahlungsresistenz zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung eines Stellantriebes für Ventile zu schaffen, die bei geringem technologischen Aufwand gute Gleiteigenschaft als auch eine sichere Abdichtung in der druckbeaufschlagten Endstellung des Kolbens gewährleistet, wobei der Kolben nach Druckentlastung sich frei von Dichtungsreibung in seine Ausgangsstellung zurtlckbewegen soll, indem im Moment des Löaens des Kolbens keine Haft- bzw. Losreißkräfte wirksam Werden. Die Dichtungsanordnung soll in der hermetischen Zone von Kernkraftwerksanlagen sicher einsetzbar sein·

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Druckraum neben der radialen Abdichtung zusätzlich durch eine axiale Plansitzdichtung abgedichtet ist, indem der Kolben in der druckbeaufschlagten Endstellung mit meiner dem Druckraum abgekehrten Stirnfläche an der Stirnseite des Gehäuses fiber eine definierte und in an sich bekannter Welse ausge-

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führte Plansitzd.ich.tung axial dichtend zur Anlage gekommen ist. TtLr den Fall, daß der Stellantrieb das Ventil unter Druckbeaufschlagung schließt, ist zur Vermeidung einer Doppelbestimmung der Endstellung (Anlage des Kolbens an der Stirnseite des Gehäuses/Auflage des Ventilkegels auf dem Ventilsitz) im federseitigen Gehäuseraum zwischen der dem Druckraum abgekehrten Stirnfläche des Kolbens und der Stirnseite des Gehäuses axial federnd ein ringförmiger Einsatz angeordnet, an dessen Stirnseite nunmehr der Kolben über die Plansitzdichtung axial dichtend zur Anlage kommt· Die axiale Federung des Einsatzes, begrenzt durch einen Bund am Einsatz und eine Eindrehung am Gehäuse, ist durch in Sichtung gegen den Kolben wirkende mechanische Druckfedern gegeben· Der Einsatz kann auch ein selbstfedernder, dichtender Einsatz aus einem Elastomer sein. Ein dem Einsatz beigeordneter Stützkörper als auch die Wandung des Gehäuses weisen dann Ausdrehungen als Federausgleichsraum auf.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand.dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Hierzu zeigen

Fig. 1 einen Stellantrieb, der das Ventil unter Druckbeaufschlagung öffnet, .

Fig. 2 einen Stellantrieb, der das Ventil unter Druckbeaufschlagung schließt, wobei

- der rechte Halbschnitt ein Ausführungsbeispiel mit mechanischer Federung des Einsatzes

- der linke Halbschnitt ein Ausführungsbeispiel mit einem Einsatz aus einem Elastomer darstellt.

Der Stellantrieb besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1, Welches einerseits von einem Deckelflansch 2 und andererseits von einem Anschlußflansch 3 verschlossen ist. Beide Flansche sind durch eine Anzahl Zuganker 4 verspannt· Im Anschlußflansch 3 (Fig. 1) bzw. Deckelflansch 2 (Fig. 2) be-

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findet sich eine Bohrung 5» über die ein Druckraum 6 mit Druckluft beaufschlagt wird. Die Abdichtung des Druckraumes 6 zwischen Gehäuse 1 und Anschlußflansch 3 bzw. Deckelflansch 2 erfolgt durch eine Dichtung 7· Xm Gehäuse 1 bewegt sich ein mit einer Kolbenstange 8 fest verbundener Kolben 9· Die Kolbenstange 8 wird in einer Büchse 10 des Anschlußflansches 3 geführt und ist außerhalb mit der Stellstange des Ventilkegels verbunden (nicht gezeichnet). Im Deckelflansch 2 bzw. Anschlußflansch 3 befindet sich eine Bohrung 11, durch welche der Gehäuseraum 12 entlüftet wird. Eine Feder zwischen Deckelflansch 2 bzw. Anschlußflansch 3 und Kolben 9 drückt den Kolben 9 bei fehlender Druckbeaufschlagung in die Ausgangsstellung zurück. Der radialen Führung und Dichtung des Kolbens 9 gegenüber dem Gehäuse 1 dient ein Kolbenring im Kolben 9* An der dem federseitigen Gehäuseraum 12 zugekehrten Stirnseite weist der Kolben 9 einen erhabenen Dichtring 15 auf.

Gemäß Fig. 1 bildet dieser Dichtring 15 zusammen mit der Dichtung 16, die in einem als Anschlag dienenden Absatz 17 des Gehäuses 1 r-^ordnet ist, die axiale Plansitzdichtung· Die Bewegungsdichtung zwischen der Kolbenstange 8 und dem Anschlußflansch 3 ist auf Grund der Gegebenheiten hinsichtlich Abmessungen und Druck im allgemeinen beherrschbar und ist als Dichtung 18 ausgeführt«

Nach Fig. 2, rechter Halbschnitt, ist im federseitigen Gehäuseraum 12 ein ringförmiger Einsatz 19 angeordnet. Er ist stirnseitig gegenüber dem Dichtring 15 des Kolbens 9 in Verbindung mit einem Anschlagring 20 mit einer Dichtung 21 versehen sowie gegenüber dem Gehäuse 1 mit einer Dichtung 22. Die Dichtung 21 des Einsatzes 19 bildet mit dem Dichtring 15 des Kolbens 9 die axiale Plansitzdichtung. Der Einsatz 19 ist axial beweglich, begrenzt durch einen Bund 23 am Einsatz 19 und eine Eindrehung 24 am Gehäuse 1. Die axiale Federung des Einsatzes 19 im Bahmen dieser Beweglichkeit ist gegeben

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durch kreisförmig angeordnete, in Richtung gegen den Kolben wirkende mechanische Druckfedern 25 zwischen Anschlußflansch 3 und Einsatz 19. Im linken Halbschnitt ist der Einsatz ein selbstfedernder, dichtender Einsatz 26 aus einem Elastomer. Er ist stirnseitig gegenüber dem Kolben 9 mit einer Anschlagplatte 27 versehen. Ein ihm beigeordneter Stützkörper 28 als auch die Wandung des Gehäuses 1 weisen Ausdrehungen 29 auf, die als Federausgleichsraum dienen.

Bei einem Stellantrieb gemäß Fig. 1, der das Ventil unter Druckbeaufschlagung öffnet, bewegt sich, wird der Druckraum mit Druckluft beaufschlagt, der Kolben 9 gemeinsam mit der Kolbenstange 8 entgegen der Kraft der Feder I3 bis zum Anschlag am Absatz 17 des Gehäuses 1. Dabei wird der mit der Kolbenstange 8 über die Stellstange verbundene Ventilkegel Vom Ventilsitz abgehoben. Die Abdichtung des Druckraumes 6 fibernehmen während der Bewegung die Dichtung 7, der Kolbenring 14 und die Dichtung 18. In Offenstellung des Ventils ist zusätzlich die axiale Plansitzdichtung I5, 16 wirksam, die entsprechend den gegebenen Bedingungen ausgebildet ist· Nach Ableiten der Druckluft aus dem Druckraum 6 wird durch die Feder I3 der Kolben 9 mit seinem Dichtring 15 von der Dichtung 16 abgehoben und bis zum Aufsetzen des Ventilkegels auf den Ventilsitz in die Schließstellung zurückgeführt· Schließt der Stellantrieb unter Druckbeaufschlagung das Ventil, wie in Fig. 2 dargestellt, dann bewegt sich der Kolben 9, bis der Ventilkegel auf dem Ventilsitz zur Auflage kommt. Die Abdichtung des Druckraumes 6 übernehmen während dieser Bewegung die Dichtung 7 und der Kolbenring 14. Kurz bevor der Ventilkegel zur Auflage kommt, setzt sich der Dichtring 15 des Kolbens 9 auf die Dichtung 21 des Einsatzes 19 bzw. auf den Einsatz 26 und übernimmt als Plansitzdichtung somit die bewegte Abdichtung des Druckraumes 6 bis zum Schließen des Ventils. Bei diesem Vorgang bewegt sich der Einsatz 19 gleichlaufend mit dem Kolben 9» wobei die Dichtschließkraft durch die Druckfedern 25 aufgebracht wird bzw. der Kolben 9 drückt den elastischen Einsatz 26 gegen dessen Widerstand

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In die Ausdrehungen 29. Eine ÜberbeStimmung der Schließstellung des Ventils ist somit vermieden. Nach Ableiten der Druckluft aus dem Druckraum 6 wird durch die Feder 13 der Kolben 9 mit seinem Dichtring 15 von der Dichtung 21 des Einsatzes 19 bzw. dem Einsatz 26 abgehoben und bis zum Anschlag an den Deckelflansch 2 zurückgeführt·

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist also gewährleistet, daß

- durch die axiale Plansitzdichtung zwischen dem Dichtring mit definierter Dichtkante am Kolben und der Dichtung am Gehäuse bzw· am Einsatz sowie der gleichzeitig radial gegen die Gehäusewand wirkenden Pressung eine nahezu leckagefreie Abdichtung wirksam wird;

- bei sehr langen Druckhaltezeiten und bei hohen Drücken, bei denen eine intensive Haftung der Dichtung eintritt, ein schlagartiges Lösen des Kolbens von der Plansitzdichtung und damit ein sofortiges Offnen bzw. Schließen des Ventils möglich ist, ohne daß dabei Losreißkräfte notwendig sind, die zu Zerstörungen der Dichtung führen}

- bei Verwendung eines Einsatzes unter den Bedingungen des Trockenlaufs der Dichtung nur minimale Dichtungswege erforderlich sind und damit auch nur minimaler Verschleiß an der Dichtung auftritt;

- durch die Anordnung eines federnden Einsatzes die Dichtschließkraft auch bei unterschiedlichen Ventilschließ-Stellungen gewährleistet ist;

- durch die Verwendung von Elastomeren als Dichtwerkstoff der Stellantrieb unter den Bedingungen des Trockenlaufs als auch unter Strahlenbelastung einsatzfähig ist.

Claims (4)

235IGS 6 Erfindungsanspruch

1. Dichtungsanordnung eines Stellantriebes für Ventile, dessen Kolben einerseits von einem Druckmittel, vorzugsweise Druckluft» und andererseits von einer Feder beaufschlagt ist, wobei der Druckraum radial zwischen Kolben und Gehäuse abgedichtet ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckraum (6) neben der radialen Abdichtung zusätzlich durch eine axiale Plansitzdichtung (15, 16; 15, 21; 15, 26) abgedichtet ist, indem der Kolben (9) in der druckbeaufschlagten Endstellung mit seiner dem Druckraum (6) abgekehrten Stirnfläche an der Stirnseite des Gehäuses (1) aber eine definierte und in an sich bekannter Weise ausgeführte Plansitzdichtung (15, 16; 15, 21; 15, 26) axial dichtend zur Anlage gekommen ist.

2 · Dichtungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß im federseitigen Gehäuseraum (12) zwischen der dem Druckraum (6) abgekehrten Stirnfläche des Kolbens (9) und der Stirnseite des Gehäuses (1) axial federnd ein ringförmiger Einsatz (19; 26) angeordnet ist, an dessen Stirnseite der Kolben (9) Über die Plansitzdichtung (15, 21; 15, 26) axial dichtend zur Anlage kommt·

3* Dichtungsanordnung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die axiale Federung des Einsatzes (19), begrenzt durch einen Bund (23) am Einsatz (19) und eine Eindrehung (24) am Gehäuse (1), durch in Richtung gegen den Kolben (9) wirksmde mechanische Druckfedern (25) gegeben ist.

4·· Dichtungsanordnung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Einsatz ein selbstfedernder, dichtender Einsatz (26) aus einem Elastomer ist, wobei ein ihm beigeordneter Stützkörper (28) als auch die Wandung des Gehäuses (1) Ausdrehungen (29) als Federausgleichsraum aufweisen·

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