DD208843B1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung von rueckschlagventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil für stark pulsierende Flüssigkeiten oder flüssigkeitsähnliche Medien unter hohen Drücken.

Es ist bekannt, in Anlagen der Hochdruckchemie und in anderen Anwendungsfällen Rückschlagventile zu verwenden, die als Sicherheitsarmatur das Rückströmen von Medien in Rohrleitungen bei Strömungsunterbrechungen verhindern. Im besonderen werden dabei Rückschlagventile verwendet, die in einem rohrförmigen Strömungskanal ein frei bewegliches Absperrelement, eine Platte, einen Kegel oder eine Kugel, aufweisen, das in axialer Richtung des Ventils geführt wird und dabei ein Absperren oder Öffnen des Ventils bewirkt. Vorzugsweise wird durch Druckfedern zwischen Absperrelement und Gehäuse ein Öffnen oder Schließen des Ventils unterstützt (DD-PS 132446, DE-AS 1143069, DE-AS 2358161).

Bei allen bekannten Lösungen werden dynamische Einflüsse wie Druckpulsationen und damit verbundene stark frequendierende geringe Strömungsumkehrungen nahezu unbegrenzt auf das frei bewegliche Absperrelement übertragen und erregen dieses zu Schwingungen. Dieses sogenannte Flattern führt zu starkem Verschleiß der Ventile, vorzeitigem Ausfall, Gefährdung der Anlage durch havarierte Teile und der nicht mehr gewährleisteten Funktion des Ventils und damit zu ernsthaften Störungen des Produktionsprozesses und zu hohen ökonomischen Verlusten durch Reparatur- und Stillstandszeiten.

Es ist bekannt, zur Dämpfung des Schließvorganges im Rückschlagventil einen elastischen Dichtring anzubringen (DE-AS 1806748). In Ventilen für Erdöltiefpumpen werden Leitringe angebracht, um einen allzu harten, insbesondere aber einen exzentrisch erfolgenden Aufprall des Absperrelementes auf den Ventilsitz zu vermeiden (DE-AS 1203557). Zum Vermeiden seitlicher Schwingungen einer Absperrkugel ist es bekannt, im Ventil einen dünnwandigen Führungskäfig anzubringen (DD-PS 122578).

Es ist ein Sicherheitsabsperrventil insbesondere für Gas-Druckregelanlagen bekannt, das bei unzulässig hohen Druckabweichungen des Mediums selbsttätig den Medien-Durchfluß absperrt. Die Absperrung erfolgt durch einen an einer Schaltstange angebrachten Ventilteller, wobei die Schaltstange in geöffneter Stellung arretiert ist. Die Arretierung wird durch radial angebrachte Kugel-Feder-Mechanismen bewirkt, deren Federkraft einstellbar ist. Durch Aufhebung der Arretierungskraft erfolgt der Schließvorgang durch eine axial angebrachte Schließfeder. Im geschlossenen Zustand ist die Schaltstange nicht arretiert (DE-OS 2658988).

Es ist weiterhin ein Rückschlagventil für Gase bekannt, dessen Schließfeder durch einen radial wirkenden Stift arretiert wird, wobei der Stift durch den Gasdruck in Arretierungsstellung gehalten wird. Beim Nachlassen des Gasdrucks wird der Stift durch eine Feder aus der Arretierung gedrückt und gibt die Schließfeder frei. Eine Arretierung im geschlossenen Zustand des Ventils erfolgt nicht (SU-PS 544811).

Bei einem weiterhin bekannten Umschaltsystem für Zweikreissysteme, das insbesondere für Bremsanlagen von Fahrzeugen vorgesehen ist, erfolgt eine Arretierung des Ventilkörpers, der die beiden Kreisläufe trennt. An beiden Seiten des Ventilkörpers befinden sich Dichtungsscheiben. Durch Einwirken einer radial angebrachten Kugel, die unter Federdruck steht, wird auf die Dichtscheiben eine Arretierung des Ventilkörpers bewirkt (DD-PS 10716). Diese Vorrichtungen sind nicht zur Verwendung in Hochdruck-Anlagen zur Herstellung von Polyethylen geeignet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Rückschlagventil für stark pulsierende Flüssigkeiten oder flüssigkeitsähnliche Medien zu entwickeln, das auch unter hohen Drücken bei starken dynamischen Beanspruchungen zum Schutz von Pumpen, Kompressoren oder anderen Teilen, vorzugsweise von HD-Polyethylen-Anlagen, geeignet ist und ein definiertes vorgegebenes Ansprechverhalten beim Öffnen und Schließen sowie während der Dauerbetriebsphase ein stabiles, verschleißarmes Verhalten aufweist.

Das Rückschlagventil soll so konstruiert sein, daß die durch Kompressoren und Pumpen entstehenden Pulsationen die Funktion des Ventils nicht beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird durch ein Rückschlagventil gelöst, das aus einem rohrförmigen Strömungskanal in einem Gehäuse, in dem eine Kugel als Absperrelement zwischen einem Ventilsitz und einem Anschlagelement angeordnet ist, besteht, wobei das Absperrelement durch zwei oder mehrere radial angebrachte Halteelemente, die aus einstellbaren Druckfedern und Druckstücken bestehen und in den Strömungsraum ragen, arretierbar ist und wobei erfindungsgemäß die Kugel durch die Halteelemente in Öffnungsstellung unmittelbar an dem Anschlagelement bzw. in Schließstellung an dem Ventilsitz kraftschlüssig anliegt und wobei die Halteelemente in beiden Stellungen jeweils hinter der radialen Achse der Kugel anliegen.

Vorteilhafterweise enden die auf die Kugel als Absperrelement wirkenden Halteelemente in Druckstücken, die aus verschleißfestem Material hergestellt sind und vorzugsweise Auftragsschweißungen oder Hartmetalleinsätze aufweisen. Die auf das Absperrelement wirkenden Druckstücke können zwischen Führungsstege des Absperrelements ragen.

Der Strömungskanal, der Hub der Kugel und die Halteelemente sind dabei so gestaltet und bemessen, daß die Kugel in jeder Stellung durch den Druck der Halteelemente an eiern Mitschwingen durch die Druckpulsation des Mediums gehindert wird, aber

beim Überschreiten vorgegebener Größen der Druckamplitude oder Strömungsumkehr die Sperre der Halteelemente überwunden wird. Der Weg zwischen beiden Endstellungen entspricht dem für die strömungstechnische Funktion erforderlichen Hub.

Als Druckdifferenz, die zum Lösen der Arretierung führt, wird ein Wert festgefegt, der über den bei der Pulsation auftretenden Druckdifferenzen liegt. In Polyethylen-Anlagen, in denen das erfindungsgemäße Rückschlagventil mit Vorteil verwendet wird, handelt es sich mit Ethylen unter hohem Druck als Strömungsmedium um ein flüssigkeitsähnliches Medium. Mit dem erfindungsgemäßen Rückschlagventil ist es möglich, unter hohen Drücken das Zurückfließen stark pulsierender Flüssigkeiten oder flüssigkeitsähnlicher Medien zu verhindern, ohne daß das Pulsieren des Mediums zu einem hohen Verschleiß des Ventils führt. Das Ventil enthält keine axial angebrachte Schließfeder wie andere Bückschlagventile des Standes der Technik. Eine Schließfeder im Ventilgehäuse arbeitet dauernd gegen den Druck des Mediums und ist hohem Verschleiß ausgesetzt. Die seitliche Arretierung eines Ventilkörpers durch eine Feder und ein Druckstück ist bei einem Umschaltventil für Zweikreissysteme im Fahrzeugbau, also bei niedrigem Druck, bekannt, wobei der Ventilkörper, der zur wechselweisen Absperrung gegenüberliegender Kanäle dient, durch Gleitstücke in diesen Kanälen geführt wird. Die Arretierung wirkt nur auf eine Seite des Ventilkörpers und ist nicht einstellbar.

In einem Ausführungsbeispiel und anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Das Rückschlagventil besteht aus dem Gehäuse 1, dem leicht auswechselbaren, mit einer Dichtungslinse kombinierten Ventilsitz 2, der Kugel 3, den durch die Druckfedern 4 in ihrer Haltekraft einstellbaren, radial in den Strömungskanal auf die Kugel wirkenden Halteelementen 5 und dem als Hubbegrenzung fungierenden Anschlagelement 6. Der durch die Druckfedern 4 auf die Halteelemente wirkende Druck kann durch Spindeln 7 auf gewünschte Werte eingestellt werden.

Bei Inbetriebnahme einer Anlage wirkt durch den vom Kompressor oder der Pumpe erzeugten Druck des Betriebsmediums eine Kraft auf die in Schließstellung befindliche Kugel 3a, die beim Erreichen bzw. Überschreiten der durch die Feder eingestellten Gegenkraft der radial auf die Kugel wirkenden Halteelemente die Zwangsstellung 3a löst und durch Zurückdrücken der Halteelemente die Kugel in Strömungsrichtung zur Endstellung 3b bewegt und damit den Weg für das Betriebsmedium freigibt. In dieser Stellung werden die Halteelemente durch die Federkraft wieder in Eingriff auf die Kugel gebracht und sichern so die Kugel während der Dauerbetriebsphase vor einem Schwingen durch die Druckpulsation und die dadurch hervorgerufenen stark frequendierenden Strömungsumkehrungen des Mediums. Nur bei Störungen in der Druckerzeugung oder bei einer Strömungsunterbrechung, die eine Druckdifferenz verursacht, die über den Druckdifferenzen der Pulsation liegt, bzw. ggf. beim Abfahren eines der parallel geschalteten Druckerzeuger der Anlage wird die Kugel durch eine in umgekehrter Richtung wirkende Kraft in gleicherweise durch die Sperre der Halteelemente wieder in Schließstellung gebracht und verhindert so zuverlässig die die Anlagensysteme gefährdenden Rückströmungen. Die Federn der Halteelemente erlauben auch hier eine definierte Einstellung der Kraft und gewährleisten somit während der Dauerbetriebsphase die schwingungsfreie Zwangshaltung der Kugel. Die durch die Halteelemente erreichte Zwangsstellung der Kugel gewährleistet ein schwingungsfreies Verhalten sowie ein von Druckpulsationen und dadurch hervorgerufenen stark frequendierenden geringen Strömungsumkehrungen unbeeinflußtes Arbeiten des Ventils in der Dauerbetriebsphase und ein durch die Federkraft der Halteelemente definiertes und je nach Anwendungsfall in Abhängigkeit vom Druck und Strömungsgeschwindigkeit einstellbares Öffnen und Schließen durch die Kugel. Bei der Anwendung in Hochdruck-Polyethylen-Anlagen mit Betriebsdrücken oberhalb 50MPa können Pulsationen von 3 bis 25MPa ein sicheres Funktionieren der Rückschlagventile nicht beeinträchtigen.

Claims (1)

1. Rückschlagventil für stark pulsierende Flüssigkeiten oder flüssigkeitsähnliche Medien unter hohen Drücken, bestehend aus einem rohrförmigen Strömungskanal in einem Gehäuse, in dem eine Kugel als Absperrelement zwischen einem Ventilsitz und einem Anschlagelement angeordnet ist, wobei das Absperrelement durch zwei oder mehrere radial angebrachte Halteelemente, die aus einstellbaren Druckfedern und Druckstücken bestehen und in den Strömungsraum ragen, arretierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (3) durch die Halteelemente (5) in Öffnungsstellung unmittelbar an dem Anschlagelement (6) bzw. in Schließstellung an dem Ventilsitz (2) kraftschlüssig anliegt, wobei die Halteelemente in beiden Stellungen jeweils hinter der radialen Achse der Kugel (3) anliegen.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung