DD270954A1 - Druckhalteventil fuer loesungen mit suspendierten feststoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckhalteventil, das in fluessigkeitsgefuellten- bzw. von Fluessigkeiten durchstroemten Systemen, die auch suspendierte Feststoffe enthalten koennen, Anwendung findet. Erfindungsgemaess wird dies dadurch erreicht, dass ein Schliesskegel 1 aus hartem korrosionsbestaendigem Material einstellbar starr mit einer Spindel 2 verbunden ist, die mit einer kugelgelagerten Gewindescheibe 4 fuer Feder 3 versehen ist. Die Feder 3 liegt auf einem Ventilkoerper 5 aus korrosionsbestaendigem Material auf. In den Ventilkoerper 5 ist ein Ventilsitz 6 dicht eingeschraubt. Die Spindel 2 traegt an ihrem dem Schliesskegel 1 entgegengesetzten Ende einen Kolben 7. Dieser wird mit einem Fuehrungsstueck 19 gefuehrt. Auf einem Abstandsstueck 8 und dem Kolben 7 liegt eine Membran 9 aus weichem Elastmaterial auf. Diese wird mit einem Ring 10 gegen das Abstandsstueck 8 gedrueckt, wobei Abstandsstueck 8 noch mit einer Dichtung 11 aus Elastmaterial gegen den Zylinderboden abgedichtet wird. Der Zylinder besteht aus dem Zylinderverschluss 13 und dem Zylinder 12 der ueber eine Leitung 14 mit dem unter Druck stehenden Medium beaufschlagt wird. Wenn das erfindungsgemaesse Ventil ueber die Leitung 14 mit Fluessigkeit bei steigendem Druck belastet wird, steigt die von der Membran 9 ausgeuebte Kraft so lange, bis diese Kraft die Gegenkraft der Feder 3 ueberschreitet und der Schliesskegel 1 geoeffnet wird. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung soll angewendet werden, um in flüssigkeitsgefüllten beziehungsweise von Flüssigkeit durchströmten Systemen, insbesondere chemischen Reaktoren, z. B. Rohrreaktoren, einen einstellbaren, konstanten Druck ohne Fremdenergie nur mit dem Druck des Mediums zu halten. Dieser Druck soll im allgemeinen oberhalb des Eigendampfdrucks der Flüssigkeit liegen. Das Druckhalteventil soll diese Aufgabe auch dann erfüllen, wenn die in Betracht kommenden Flüssigkeiten suspendierte Feststoffe enthalten. Dabei sollen Drücke bis 40MP einstellbar sein.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Als Di uckhalteventile werden entsprechend dem Stand der Technik federbelastete Ventile verwendet, bei denen die Kraft

amSchlioßquerschnitt durch eine Federkraft gleicher Größe kompensiert wird (z. B. DE-OS 3210768), weiterhin Ventile, bei denen durch den Druck des Mediums ein Kolben gegen eine Feder arbeitet, und sich die Schließkraft aus der Differenz zwischen

Kolben und Federkraft ergibt (DE-OS 2 527 685). Andere Systeme verwenden die Kraft einer Membran gegen die Kraft einer Feder

(Ventil 5610 der Fa. Gestra, Bremen).

Als Schließelemente werden Ringflächen, Kegel verschiedenen Winkels, Kugeln und Weichstoffdichtungen verwendet. Die Materialien für die Ventile sind den jeweiligen Medien und Temperaturen angepaßt. Bei den Ventilen, bei denen die Kraft am Schließquerschnitt durch eine Federkraft gleicher Größe kompensiert wird, tritt bei

einem Gehalt der Lösungen an suspendierten Feststoffen eine Filtration am Ventilspalt auf, die infolge Brückenbildung zu einem ständig sich weiter öffnendem Ventilspalt führen, bis nach dem Zusammenbrechen der Brücke das Ventil wieder vollständig schließt. Dadurch entspricht der Druckverlauf eine Sägezahnkurve, was wegen der Höchstdrücke für die Apparate und der

Gefahr des Leerkochens sehr unerwünscht ist. Außerdem sind die Reibungskräfte der Ventilteiie nicht ausreichend klein

gegenüber der Gesamtschließkraft. Dies gilt besonders für die stick-slip-Kräfte. Dadurch werden Hie maximal möglichen

Druckdifferenzen noch weiter vergrößert. Durch rasch wechselndes öffnen und Schließen können Schwingungen mit großer Energie entstehen, Hie rasch zur Zerstörung

der Dichtflächen führen. Zur Unterdrückung solcher Schwingungen ist gemäß DE-OS 3210768 eine spezielle

Dämpfungseinrichtung vorgesehen. Die Verwendung normaler Dichtflä_chenmateriali6n führt bei hohen Systemdrücken zu Errosionserscheinungen an den Dichtflächen, besonders bei Plastmaterialien und Elasten. Dieser Vorgang wird durch die Gegenwart suspendiertere Feststoffe

außerordentlich verstärkt.

Wenn die Breite der Berührungsfläche beider Dichtelemente (Kegel oder Ringfläche) groß ist gegen die Teilchengröße, kann sich Feststoff dazwischen ablagern, und das Ventil bleibt undicht. Die Ausführung mit Membran ergibt Probleme bei mehr als 4MP

(Ventil 5610 Fa. Gestra). Ausführungen mit Faltenbalg sind ebenfalls im Druck begrenzt, bei entsprechend druckfe* ήι

Faltenbälgen ist uie Eigenfederkraft sehr hooh, so daß die Differenz zwischen der Kraft des Faltenbalgs und der der Fuder nicht

ausreichend hoch ist. Beim Einsatz eines Kolbens, der gegen eine Feder arbeitet, wird die Beweglichkeit des Kolbens in

Gegenwart suspendierter Feststoffe stark herabgesetzt, besonders bei größerer Härte der Feststoffe. Dadurch können die Reibungskräfte sehr hohe Werte annehmen, vor allem bei nicht schmierenden Medien, was im allgemeinen bei dem

vorgesehenen Einsatz anzunehmen ist.

Die aufgeführten Mängel bewirken, daß sich der gewünschte Systemdruck nicht mit der erforderlichen Konstanz einstellen läßt,

und zwar besonders beim Vorhandensein suspendierter Feststoffe.

Die angeführten Mängel treten ganz besonders hervor, wenn es sich um pulsierende Flüssigkeitsströme handelt, die so klein

sind, daß das Ventil nach jedem Druckstoß fast oder völlig geschlossen ist bzw. sein müßte.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Druckhalteventil für Flüssigkeiten mit suspendierten Feststoffen zu schaffen, das die oben angegebenen Anforderungen erfüllt, jedoch die Nachteile der vorliegenden Lösungen aufweist. Ein solches Ventil soll eine wesentlich aufwendige Druckregelung mit Fremdenergie ersetzen.

Darlegung des Wesens der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil zu entwickeln, das es gestattet, mit Flüssigkeiten, die suspendierte Feststoffe

enthalten, in durchströmten Systemen einen frei wählbaren Druck einzustellen, der auch trotz Anwesenheit der Feststoffe konstant gehalten werden kann. Dabei dcrf dio Dichtigkeit des Ventils und die Funktion der Stellelemente nicht durch die suspendierten Feststoffe beeinträchtigt werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Schließkegel 1 aus hartem korrosionsbeständigem Material einstellbar

starr mit der Spindel 2 verbunden ist, die mit einer kugelgelagerten Gewindescheibe 4 für die Feder 3 versehen ist.

Die Feder liegt auf dem Ventilkörper 5 aus korrosionsbeständigem Material auf. In den Ventilkörper ist der Ventilsitz 6 dicht

eingeschraubt. Er besteht aus korrosionsbeständigem durch Kaltverformung härtendem Material oder aus dem gleichen

Material wie dar Schließkegel 1. Die Spindel 2 trägt an ihrem dem Schließkegel 1 entgegengesetzten Ende den Kolben 7. Dieser

wird mit dem Führungsstück 19 aus Material mit geringer Reibung, z. B. PTFE, geführt. Auf einem Abstandsstück 8 und dem

Kolben 7 liegt die Membran 9 aus weichem Elastmaterial auf. Diese wird mit dem Ring 10 gegen das Abstandsstück 8 gedrückt,

wobei Abstandsstück 8 noch mit der Dichtung 11 aus Elastmaterial gegen den Zylinderboden abgedichtet wird. Der Zylinder besteht aus dem Zylinderverschluß 13 und dem Zylinder 12, der über die Leitung 14 mit dem unter Druck stehenden Medium beaufschlagt wird. Der Schließkegel 1 ist mit der Spindel 2 über seinen Schaft aus korrosionsbeständigem Material verbunden, der gegen den drucklosen Ausgang 15 des Ventils mit einer Stopf packung, bestehend aus der Schraube 16 und der Packung 17,

abgedichtet wird. Durch den einstellbaren Ring 10 kann die Öffnung des Schließkegels 1 begrenzt worden. Das Federgehäuse ist am Ventilkörper 5 und dem Zylinderverschluß 13 befestigt.

Wenn das erfindungsgemäße Ventil über die Leitung 14 mit Flüssigkeit bei steigendem Druck beaufschlagt wird, steigt die von

der Membran 9 ausgeübte Kraft so lange, bis diese Kraft die Gegenkraft der Feder 3 überschreitet und der Schließkegel 1 geöffnet wird. Die Dichtung 11 und die Membran 9 werden durch den Innendruck an die Wand gepreßt und dichten dadurch auch bei geringer Dichtflächenpressung vollständig ab.

Die gewünschte Drucktoleranz kann eingehalten werden, wenn die Länge der Feder 3 so bemessen wird, daß durch eine , Drucksteigerung innerhalb der gewählten Toleranz der Ventilspalt sich mindestens auf das 5 bis 10fache des Teilchendurchmessers öffnet und dadurch Brücken wieder aufgebaut werden. Dabei muß sich die Federkraft zur Summe der Kräfte aus der Druckdifferenz am Ventilsitzquerschnitt und den Reibungskräften mindestens wie 10 zu 1 verhalten. Bei sinkendem Druck wird die Kraft der Feder 3 wieder größer als die Kraft der Membran 9 und das Ventil schließt sich. Wenn

dann zwischen dem Schließkegel 1 und der Dichtkante des Ventilsitzes befindliche Feststoffteilchen das vollständige Schließen behindern, werden diese Teilchen innerhalb der gewählten Drucktoleranz zerdrückt, wenn das Verhältnis der Kraft der Feder 3 zu der Kraft am Ventilsitz und den Reibungskräften so gewählt wurde, daß die sich bei der gewählten Drucktoleranz ergebende

Schließkraft unter Berücksichtigung der Härte der Teilchen und der Fläche der Ventilsitzkante dafür ausreicht. Der Schaft des Schließkegels 1 bewegt sich beim Arbeiten des Ventils in der Packung 17. Durch diese Packung wird auch die Entstehung von Schwingungen des Ventilsystems verhindert. Die den drucklosen Ausgang 15 verlassende Flüssigkeit kann

drucklos sein oder eine andere niedrigere Druckstufe besitzen. Das erfindungsgemäße Ventil ist vor allem für pulsierende

Flüssigkeitsströme einsetzbar, die so klein sind, daß das Ventil nach jedem Druckstoß fast oder völlig geschlossen ist.

Claims (3)

1. Druckhalteventil für Lösungen mit suspendierten Feststoffen, bestehend aus an sich bekannten Funktionselementen, dadurch gekennzeichnet, daß

— ein Schließkegel (1)

• worauf die andere Seite der Feder (3) aufliegt und in den Ventilkörper (5) ein Ventilsitz (6) dicht eingeschraubt ist, die Spindel (2} an ihrem dem Schließkegel (1) entgegengesetzten Ende einen Kolben (7) trägt, der mit einem Abstandsstück (8) und einem Führungsstück (19) versehen ist,

— auf dem Abstandsstück (8) und dem Kolben (7) eine Membran (9)

• die mit einem Ring (10) gegen das Abstandsstück (8) gedrückt ist, wobei der Ring (10) noch mit einer Dichtung (11) abgedichtet ist, ein Zylinder (12) mit einem Zylinderverschluß (13) versehen und über eine Leitung (14) mit dem unter Druck stehenden Medium beaufschlagt ist, der Schließkegel (1) über seinen Schaft mit der Spindel (2) gegen einen drucklosen Ausgang (15) des Ventilkörpers (5) mit einer Packung (17), die eine Schraube (16) enthält, abgedichtet ist, wobei durch den Ring (10) die Öffnung des Schließkegels (1) begrenzt wird und ein Federgehäuse (18) an dem Ventilkörper (5) und dem Zylinderverschluß (13) befestigt ist, angeordnet sind.

2. Druckhalteventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkegel (Daus hartem korrosionsbeständigem Material besteht und auf einem Ventilsitz (6) aus korrosionsbeständigem durch Kaltverformung härtendem Material aufliegt.

3. Druckhalteventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsstück (19) aus Material mit geringer Reibung, vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen besteht.