DE102015011551B3

DE102015011551B3 - Stellventil zum Steuern einer Fluidströmung einer prozesstechnischen Anlage

Info

Publication number: DE102015011551B3
Application number: DE102015011551.0A
Authority: DE
Inventors: Klaus Hörschken; Andreas Sander
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2035-09-03
Also published as: CN206221689U

Abstract

Bei einem Stellventil zum Einstellen einer Fluidströmung, insbesondere einer Strömung eines kryogenen Mediums, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere einer Anlage zum Be- und/oder Verarbeiten kryogener Medien oder dergleichen, umfassend ein Ventilgehäuse mit einem Fluideinlass, einem Fluidauslass, einem den Fluideinlass mit dem Fluidauslass verbindenden Fluiddurchgang und einem einen Stelldurchgang für ein Antriebsteil zum Stellen den Stellventils definierenden Stellzugriffsflansch, einen Ventildeckel zum Verschließen des Stelldurchgangs, einen in dem Fluiddurchgang positionierten Ventilsitz, einen an dem Fluiddurchgang zu montierenden Ventilkäfig zum Führen eines durch das Antriebsteil stellbaren, den Fluiddurchgang freigebenden oder blockierenden Ventilglieds und eine Ventilkäfigverlängerung, die sich hin zum Stelldurchgang erstreckt, ist vorgesehen, dass der Ventilsitz, der Ventilkäfig und die Ventilkäfigverlängerung derart aneinander insbesondere lösbar befestigt sind, dass sie als Montageeinheit in das Ventilgehäuse hindurch einsetzbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stellventil zum Einstellen, Steuern und/oder Regeln einer Fluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Anlage zum Be- oder Verarbeiten kryogener Medien.
Stellventile sind in der Prozesstechnik bekannt und umfassen ein von dem Prozessmedium oder -fluid durchströmtes Ventilgehäuse aus einem prozessmedium-resistenten Material. Die Prozess-Fluidströmung gelangt in das Ventilgehäuse über einen an das Leitungssystem der prozesstechnischen Anlage anzuschließenden Fluideinlass und verlässt das Ventilgehäuse über einen Fluidauslass, der ebenfalls an das Leitungssystem der Anlage anschließbar ist. Ein den Fluideinlass mit dem Fluidauslass gebildeter Fluiddurchgang, insbesondere dessen Querschnitt, kann verändert werden, um die Prozess-Fluidströmung einzustellen. Ein einfaches Stellventil mit einer Notabschaltfunktion dient dazu, den Fluiddurchgang entweder vollständig zu öffnen oder vollständig zu schließen. Das Ventilgehäuse hat einen in Vertikalrichtung an der Oberseite des Ventilgehäuses ausgebildeten Stellzugriffsflansch mit einem Stelldurchgang, der durch einen Ventildeckel zu verschließen ist. Der Stelldurchgang dient dazu, einen Zugriff auf ein Ventilglied des Stellventils von dessen Außenseite über ein Antriebsteil, wie eine Stellstange oder eine Stellwelle, zuzulassen. Des Weiteren hat das Stellventil einen in dem Fluiddurchgang zu montierenden Ventilsitz, ein durch das Antriebsteil stellbares, den Fluiddurchgang freigebendes oder schließendes Ventilglied und einen in dem Ventildurchgang zu montierenden Ventilkäfig, in dem das Ventilglied geführt ist. Häufig wird das Stellventil durch einen pneumatischen Stellantrieb betätigt, der an der Oberseite (in Vertikalrichtung betrachtet) des Stellventilgehäuses insbesondere über eine Laternenkonstruktion oder eine Jochstruktur befestigt ist.
Ein Beispiel für ein derartiges Stellventil ist aus WO 2009/088632 A1 bekannt, bei dem sich ein Montageabschnitt des Ventilkäfigs bis zu dem Stelldurchgang des Ventilgehäuses erstreckt, wobei ein Ventildeckel mit dem Ventilgehäuse sowohl mit dem Ventilkäfig als auch mit dem Ventilgehäuse in Eingriff steht. Der Ventilkäfig besteht aus zwei Abschnitten, einem Durchlass- oder Fensterabschnitt, in dem eine Vielzahl von Öffnungen/Fenstern eingebracht sind, die die Fluidströmung passieren kann, sowie einem Montageabschnitt, über den der Ventilkäfig und der Ventilsitz innerhalb des Ventilgehäuses fixiert sind.
Eine ähnliche Konstruktion zur Realisierung des Ventilkäfigs in Kombination mit dem Gehäusedeckel und dem Ventilgehäuse ist aus WO 2013/148424 A1 bekannt, bei dem sich der Ventilkäfig als einstückiges Bauteil hin zum Stelldurchgang des Ventilgehäuses erstreckt, wobei der Ventildeckel unmittelbar an dem Stellzugriffsflansch des Ventilgehäuses angeschraubt ist.
US 4,469,123 A betrifft ein Kältekammerventil mit einer vereinheitlichten Montageeinheit mit einem Ventilsitz und einer Feder- und Halteeinrichtung, die die Montageeinheit und den Ventilsitzring in Eingriff mit einer Öffnung zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Ventils presst.
US 6,997,211 B2 beschreibt eine Hochtemperaturventilanordnung.
DE 22 63 064 A betrifft ein Kaltventil für wärmeisolierte Ventiltemperaturanlagen mit einem Gehäuse, einem die Ventilspindel umschließenden und die Wärmeisolation der Anlage durchsetzenden Überrohr und einem außerhalb der Wärmeisolation angeordneten Ventilkopf.
US 4,007,912 A beschreibt ein Stopfenventil zum Leiten des Durchflusses eines Partikelkatalysators.
US 2010/0307610 A1 beschreibt ein Fluidventil mit dynamischen Ventilmontageverbindungen.
US 3,648,718 A beschreibt ein Regelventil zur Verwendung bei der Regelung von gasförmigen, dampfförmigen und flüssigen Fluiden wie auch flussfähigen Feststoffen und Lösungen für den industriellen Betrieb eines Prozesssystems oder eines Energiesystems.
Es zeigten sich bei den bekannten Stellventilen insbesondere beim Einsatz von kryogenen Prozessmedien Montage- und Wartungsschwierigkeiten dahingehend, dass aufgrund der tiefen Temperaturen eine manuelle Wartung, insbesondere ein Zugriff, im Bereich des Inneren des Stellventils nur dann möglich ist, wenn die prozesstechnische Anlage zumindest im Bereich des Stellventils stillgelegt ist und eine Zeit der Temperaturanpassung abgewartet wird. Im Besonderen ist es bekannt, dass aufgrund der extremen Temperaturen, die im Bereich der Fluidströmung von kryogenen Medien herrschen, erhöhte Verschleißphänomene im Bereich des Ventilsitzes und des Ventilkäfigs auftreten, welche schwer zu diagnostizieren sind und ohne Austausch des Stellventils schwer zu warten sind. Bei kurzfristigen Wartungssituationen kann es notwendig sein, das komplette Stellventil aus der Prozessleitung heraus zu nehmen, welche für die Demontage stromaufwärts und stromabwärts des Stellventils vollständig abzuschließen sind. Dies fordert eine zeitintensive und aufwendige Wartungstätigkeit, wobei die Wartungszeit wohl eine langwierige Unterbrechung des Betriebs der prozesstechnischen Anlage fordert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, insbesondere ein Stellventil für den Einsatz insbesondere mit kryogenen Medien dahingehend zu verbessern, dass die Wartung und/oder der Austausch auch von Komponenten des Stellventils im Inneren des Ventilgehäuses, insbesondere vom Ventilsitz, vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Danach ist ein Stellventil zum Einstellen, Steuern und/oder Regeln einer Prozess-Fluidströmung, insbesondere einer Prozessströmung eines kryogenen Mediums, einer prozesstechnischen Anlage, insbesondere einer Anlage zum Be- und/oder Verarbeiten eines kryogenen Prozessmediums vorgesehen. Das Stellventil hat ein Ventilgehäuse, das mit einem Fluideinlass, einem Fluidauslass, einem den Fluideinlass mit dem Fluidauslass verbindenden Fluiddurchgang und einem Stelldurchgang für ein Antriebsteil zum Stellen des Stellventils ausgebildet ist, der im Bereich des Stellzugriffsflanschs definiert ist. Im Allgemeinen ist der Stellzugriffsflansch die starre Gehäusekomponente, an der der Ventildeckel befestigt ist, an dem Dichtungskomponenten zum Abdichten gegenüber einer Stellstange des Stellantriebs angezeichnet sind. Im Besonderen soll der Stellzugriffsflansch die Gehäusekomponente sein, die einstückig mit dem den Fluiddurchgang bildenden Stellventilgehäuse zur Bildung des Stelldurchgangs hergestellt ist. Der Fluideinlass und der Fluidauslass sind dazu bestimmt, an eine Prozessleitung der prozesstechnischen Anlage angeschlossen zu werden. Des Weiteren hat das erfindungsgemäße Stellventil einen Ventildeckel zum Verschließen des Stelldurchgangs und/oder zum Befestigen an dem Stellzugriffsflansch des Ventilgehäuses. Ein Ventilsitz ist in dem Fluiddurchgang eingesetzt, wobei vorzugsweise der Ventilsitz in Bezug auf die Innenstruktur des Ventilgehäuses als separates Bauteil ausgeführt ist. Des Weiteren hat das erfindungsgemäße Stellventil einen an den Fluiddurchgang zu montierenden Ventilkäfig zum Föhren eines durch das Antriebsteil stellbaren, den Fluiddurchgang freigebenden oder blockierenden Ventilglieds. Das Ventilglied kann eine Kegelform aufweisen. Das Ventilglied kann longitudinal oder rotativ innerhalb des Ventilkäfigs gestellt sein. Schließlich hat das erfindungsgemäße Stellventil eine Ventilkäfigverlängerung, die sich hin zu dem Stelldurchgang und insbesondere darüber hinaus erstreckt. Erfindungsgemäß sind der Ventilsitz, der Ventilkäfig und die Ventilkäfigverlängerung derart starr aneinander insbesondere lösbar befestigt, dass sie als Montageeinheit in das Ventilgehäuse insbesondere durch bloßes Ergreifen eines der Bestandteile der Montageeinheit, vorzugsweise die Ventilkäfigverlängerung, durch den Stelldurchgang hindurch einsetzbar und/oder aus dem Ventilgehäuse demontierbar und herausnehmbar sind, ohne dass Befestigungsmittel im Hinblick auf das Ventilgehäuse insbesondere im Inneren des Ventilgehäuses, wo sich der Ventilsitz befindet, zu lösen sind. Die Montageeinheit, insbesondere mit der Ventilkäfigverlängerung dient dazu, dem Bedienpersonal einen schnellen Zugriff in das Innere das Ventilgehäuses zu ermöglichen, selbst wenn dort gefährliche Prozessmedien, wie kryogene Medien, durchgeströmt sind. Bei der Demontage der Montageeinheit aus Ventilsitz, Ventilkäfig und Ventilkäfigverlängerung sind der Fluideinlass und der Fluidauslass abzusperren, allerdings bedarf es aufgrund der Montageeinheit nicht mehr eines vollständigen Demontieren des gesamten Stellventils, um eine Wartung oder eine Diagnose an den Innereien des Stellventils vornehmen zu können. Vorzugsweise ist nach der Demontage des Ventildeckels das Ventilglied mit samt der Stellstange aus dem Ventilgehäuse entfernbar, ohne die Montageeinheit manipulieren oder herausnehmen zu müssen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Ventilkäfig und die Ventilkäfigverlängerung aus zwei verschiedenen Materialien insbesondere mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet. Der Ventilkäfig und die Ventilkäfigverlängerung können als separate Bauelemente hergestellt sein. Alternativ können der Ventilkäfig und die Ventilkäfigverlängerung aus einem Materialstück gefertigt sein. Im Besonderen wird der Ventilkäfig aus einem prozessfluidresistenten Material gefertigt, um die sichere Führung des Ventilglieds innerhalb des Ventilkäfigs zu gewährleisten. Für die Ventilkäfigverlängerung kann ein weniger kostspieliges Material herangezogen werden, weil es nicht dieselbe oder keine Führungsfunktion haben muss wie der Ventilkäfig. Alternativ kann die Ventilkäfigverlängerung aus demselben Material sein.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind der Ventilkäfig und der Ventilsitz aus verschiedenen Materialien und/oder aus zwei separaten Bauelementen hergestellt. Alternativ können der Ventilsitz und der Ventilkäfig aus einem Stück gefertigt sein. Ventilkäfig und Ventilsitz können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, die insbesondere unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Es sei klar, dass das Material für Ventilkäfig und Ventilsitz aus einem gegenüber dem Prozessmedium resistenten Material gebildet ist, während für das Ventilgehäuse auch weniger hochwertige Materialien genutzt werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist ein der Ventilkäfigverlängerung zugewandtes, insbesondere zylindrisches Anschlussstück des Ventilkäfigs und ein dem Ventilkäfig zugewandtes, insbesondere zylindrisches Gegenanschlussstück der Ventilkäfigverlängerung derart zumindest teilweise radial überdeckend ausgebildet, dass umlaufende Anschlussflächen der jeweiligen Anschlussstücke der Ventilkäfigverlängerung und des Ventilkäfigs im Montagezustand flächig aneinander liegen. Die beiden Anschlussstücke können gegenüber weiteren Bestandteilen des Ventilkäfigs bzw. der Ventilkäfigverlängerung verstärkt sein, insbesondere um eine starre Befestigung der Bauteile aneinander einfacher zu realisieren. Die Anschlussstücke können vorzugsweise miteinander verschraubt sein.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung hat der gegenüber der Ventilkäfigverlängerung separat gefertigte Ventilkäfig eine Längsausdehnung, die derart dimensioniert ist, dass der montierte Ventilkäfig insbesondere bis zum Anschluss an die Ventilkäfigverlängerung nicht axial aus dem Ventilgehäuse am Stelldurchgang des Stellzugriffsflansches herausragt, vorzugsweise der Ventilkäfig in Stellrichtung insbesondere 0 bis 70 mm vor dem Stelldurchgang endet.
Vorzugsweise ist die an dem Ventilkäfig anschließende Ventilkäfigverlängerung derart längsdimensioniert, dass die Ventilkäfigverlängerung in Längsrichtung (Stellrichtung) oberhalb des Stellzugriffsflansches/des Stelldurchgangs endet und insbesondere etwa über 100 mm, 200 mm, 300 mm oder 600 mm oberhalb des Zugriffsflansches endet, und/oder dass sich die Ventilkäfigverlängerung im montierten Zustand durch den Stelldurchgang insbesondere über 100 mm, insbesondere über 200 mm, 300 mm bis 500 mm oder 600 mm, hindurch und darüber hinaus erstreckt. Da sich die Ventilkäfigverlängerung über den Stellzugriffsflansch hinaus erstreckt, ist vorzugsweise eine an dem Stellzugriffsflansch zu befestigende Ventilgehäuseverlängerung vorgesehen, die vorzugsweise auf der gleichen Vertikalhöhe (Stellrichtung) endet wie die Ventilkäfigverlängerung. An der Gehäuseverlängerung kann der Ventildeckel befestigt werden, der die weiteren Komponenten, wie Joch oder Laterne und Stellantrieb sowie Stellungsregler tragen kann.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Ventilkäfigverlängerung derart in Längsrichtung dimensioniert, dass ein Längsabstand in Stellrichtung zwischen der Montageposition des Ventilsitzes und dem ventildeckelseitigen Ende der Ventilkäfigverlängerung größer als das Zweifache, Dreifache, Vierfache oder Fünffache der größten Querschnittsabmessung des Fluiddurchgangs im Bereich des Ventilsitzes ist. Vorzugsweise ist dieser Längsabstand größer als 300 mm, 400 mm oder 500 mm. Der Längsabstand definiert sich einerseits durch die Montagestelle des Ventilsitzes, die entweder durch die Mittelachse der anzuschließenden Leitungen oder durch eine Dichtungskontaktstelle des Ventilglieds am Ventilsitz festgelegt ist, wenn das Ventilglied in der geschlossenen Stellung ist. Andererseits bestimmt sich das gegenüberliegende Längsabstandsende durch das ventildeckelseitige Ende der Ventilkäfigverlängerung oder der Gehäuseverlängerung, wobei vorzugsweise das Ende der Gehäuseverlängerung dort anzunehmen ist, wo der Ventildeckel zum Verschluss des Stellventilgehäuses befestigt ist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung definiert der Ventilkäfig einen insbesondere zylindrischen Gleithohlraum, entlang dem das Ventilglied insbesondere gleitdichtend geführt ist. Die Ventilkäfigverlängerung kann eine Rohrstruktur mit einem Innenraum aufweisen, der vorzugsweise zylindrisch ist und/oder im Hinblick auf den Führungsraum den Ventilkäfigs im Wesentlichen formkomplementär ist. Dabei kann zwischen dem Ventilglied und der Ventilkäfigverlängerung ein Führungsspalt von vorzugsweise wenigstens 0,5 mm oder 1,0 mm gebildet sein. vorzugsweise ist die Querschnittsabmessung der Ventilkäfigverlängerung nur geringfügig größer als die des Ventilkäfigs, wobei eine Dichtung, welche zwischen der Innenseite des Ventilkäfigs und der Außenseite des Ventilglieds wirken kann, ab der Führung der Innenseite der Ventilkäfigverlängerung nicht mehr oder zumindest nur teilweise besteht. Auf diese Weise wird der Verschleiß der dynamischen Dichtung im Bereich der Ventilkäfigverlängerung geschont.
Vorzugsweise ist an einem Innenseitenübergang der insbesondere rohrförmigen Ventilgliedverlängerung und des insbesondere rohrförmigen Anschlussstücks des Ventilkäfigs eine im Wesentlichen vollumlaufende Nut, insbesondere Abgrenzungsnut, ausgebildet, die vorzugsweise durch einen Radialabsatz ventilkäfigverlängerungsseitig ausgebildet ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist an dem Stellzugriffsflansch des Ventilgehäuses die Ventilgehäuseverlängerung starr insbesondere lösbar befestigt. Die Ventilgehäuseverlängerung kann allerdings auch an dem Ventilgehäuse unlösbar befestigt sein, insbesondere verschweißt sein. Die Ventilgehäuseverlängerung kann sich in Stellrichtung erstrecken und ist vorzugsweise konzentrisch zur Ventilkäfigverlängerung angeordnet. Die insbesondere zylindrische Ventilgehäuseverlängerung hat eine zylindrische Innenseite, wobei zwischen der Innenseite der Ventilgehäuseverlängerung und einer Außenseite der Ventilkäfigverlängerung ein Ringhohlraum gebildet ist, der dazu dient, den zu Fluiddruck innerhalb der Ventilkäfigverlängerung auszugleichen. Die Ventilgehäuseverlängerung kann ventildeckelseitig einen verstärkten Montageflansch umfassen, an dem der Ventildeckel befestigt ist. Vorzugsweise ist der ventilgehäuseseitige Stellzugriffsflansch, an dem die Ventilgehäuseverlängerung gegebenenfalls angebracht werden kann, sowie der Montageflansch der Ventilgehäuseverlängerung mit einer formkomplementären Anschlussstruktur ausgebildet sein, damit ein und derselbe Ventildeckel an beiden Flanschen je nach Wahl angeschlossen werden kann.
Bei der Erfindung hat die Ventilkäfigverlängerung in einem Abschnitt jenseits des (ursprünglichen) Stelldurchgangs am Stellzugriffsflansch des Ventilgehäuses eine Druckentlastungsbohrung, welche von der Innenseite der insbesondere rohrförmigen Ventilkäfigverlängerung hin zu deren Außenseite führt, um Prozessmedium in den Ringhohlraum gelangen zu lassen. Vorzugsweise ist die Ventilgehäuseverlängerung als separates Bauteil an dem Ventilgehäuse insbesondere im Bereich des Stelldurchgangs befestigt, vorzugsweise geschweißt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung deutlich, in denen zeigen:
1 eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Stellventils;
2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Stellventils im Bereich des Stellventilgehäuses; und
3 eine Detailquerschnittsansicht des Bereichs III gemäß 2.
In 1 ist ein das erfindungsgemäße Stellventil allgemein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Das Stellventil 1 umfasst ein Stellventilgehäuse 3, das einen Fluideinlass 5 sowie einen Fluidauslass 7 definiert, wobei im Inneren des Ventilgehäuses 3 ein den Fluideinlass 5 und den Fluidauslass 7 verbindenden Fluiddurchgang 11 definiert ist. Der Fluiddurchgang 11 wird im Besonderen durch eine sich radial und axial nach innen erstreckende strömungsleitende Trägerrippe des Stellventilgehäuses definiert. Die Trägerrippe 17 trägt mittels eines Axialanschlags 9 einen separaten Ventilsitz 13, der ein ringförmiges Bauteil ist. Die Passage am Fluiddurchgang kann je nach Stellung des Ventilglieds 51 des Stellventils 1 vergrößert und verkleinert werden. Der Ventilsitz ist im Bereich einer Leitungsmitte M angeordnet und definiert einen Dichtungssitz S mit dem Ventilglied 51.
Der Ventilsitz 13 ist an einem insbesondere zylinderförmigen Ventilkäfig 21 befestigt, wobei das ringförmige Montageende 23 des Ventilkäfigs 21 den Ventilsitz 13 vollumfänglich radial außen umgibt.
Wie in 2 und 3 näher ersichtlich ist, begrenzen die Bestandteile, Ventilgehäuse (3, Trägerrippe 17), der Ventilsitz 13 sowie das Tragende 23 des Ventilkäfigs 21 einen (geschlossenen) Hohlraum, in dem ein auf Feder vorgespanntes Dichtelement 25 angeordnet ist.
An dem vollumlaufenden Montageende 23 anschließend ist ein Fensterabschnitt 27 des Ventilkäfigs 21 vorgesehen, in dem eine definierte Fensterreihe (nicht näher dargestellt) ausgebildet ist, über die die Fluidströmung den Ventilkäfig 21 hin zum Fluidauslass 7 verlassen kann. In Vertikal- oder Stellrichtung X an dem Fensterabschnitt 27 anschließend ist ein zylindrischer Montage- oder Trägerabschnitt 31 des Ventilkäfigs 21 vorgesehen, der vollumflächig und verstärkt ist, um eine Verschraubung aufzunehmen.
Die Bestandteile, Montageende 23, Fensterabschnitt 27 und Trägerabschnitt 31, des Ventilkäfigs 21 sind aus einem Materialstück gefertigt, insbesondere aus einem Materialstück, das gegenüber dem Ventilsitz 13 unterschiedlich ist, sodass unterschiedliche Ausdehnungsverhalten bei Temperaturdifferenzen zu erwarten sind. Auch insofern ist die Ventildichtung 25 wesentlich, um eine Leckage am Übergang zwischen dem Ventilgehäuse 17 und dem Ventilsitz 13 zu vermeiden. Für das Stellventilgehäuse 3 kann ein normales Metallgussmaterial eingesetzt werden, während für den Ventilsitz 13 und den Ventilkäfig 21 ein hochwertiges, bezüglich des Prozessmediums verschleißarmes Material eingesetzt werden kann.
Im Anschluss an den Trägerabschnitt 31 des Ventilkäfigs 21 ist eine Ventilkäfigverlängerung 33 vorgesehen, die derart in vertikaler Axial- oder Längsrichtung (X) dimensioniert ist, dass sie deutlich über einen Stellzugriffsflansch 35 insbesondere in Vertikalrichtung (X) nach oben hinaus sich erstreckt. Der Stellzugriffsflansch/Eingangsflansch 35 begrenzt den Stelldurchgang 39 des Stellventilgehäuses 3. Die Ventilkäfigverlängerung 33 ist so dimensioniert, dass sie sich deutlich über den Eingangsflansch 35 hinaus erstreckt.
Die Ventilkäfigverlängerung 33, der Ventilkäfig 21 sowie der Ventilsitz 13 bestehen bei der gezeigten Ausführung aus drei verschiedenen Komponenten, die zu einer Montageeinheit aneinander befestigt sind. Die Befestigung der Ventilkäfigverlängerung 33 an dem Ventilkäfig 21 wird beispielsweise durch Verschraubung realisiert.
Der Ventilsitz 13 ist über eine Presspassung oder eine Verwendung von nicht näher dargestellten Befestigungselementen an dem Ventilkäfig 21 befestigt. Ist der Gehäusedeckel 67 entfernt, kann eine Bedienperson einfach auf die Ventilkäfigverlängerung 30 zugreifen, ohne Gefahr zu laufen, den extremen Temperaturen im Bereich des Fluiddurchgangs ausgesetzt zu sein. Die Bestandteile, Ventilkäfigverlängerung 33, Ventilkäfig 21 und Ventilsitz 13 sind als Montageeinheit demontierbar und nach entsprechender Wartung oder Austausch wieder als Montageeinheit in das Stellventil 1 einsetzbar.
Die Ventilkäfigverlängerung 33 bewirkt eine deutliche Beabstandung des Ventildeckels 67 von dem Durchflussbereich des prozesstechnischen Mediums. Im Falle von kryogenen Medien, bei denen Temperaturen von deutlich unter –100°C erforderlich sind, kann auf den Ventilsitz 13 im Stellventilgehäuse 3 zugegriffen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Stellventil wird eine Montagehöhe (auch Längsabstand oder Längserstreckung der Montageeinheit) V₁ für den Ventildeckel 67 erreicht, die sich aus dem Axialabstand (in Stellrichtung X) zwischen dem Ventilsitz 13 und dem deckelseitigen Ende der Ventilkäfigverlängerung 33 oder der dazu parallel angeordneten Stellventilgehäuseverlängerung 43 bestimmt ist. Die untere, durch den Ventilsitz 21 definierte Position kann auch durch die Mittelachse M der Leitungen definiert sein, die an dem Fluideinlass 5 und an dem Fluidauslass 7 anschließen. Auch die Dichtungsstelle S kann als unterer Bemessungspunkt für die Montagehöhe V₁ dienen.
Vorzugsweise ist die Montagehöhe V₁ deutlich größer als 100 mm, vorzugsweise zwischen 200 und 700 mm, wobei bei besonders kalten Prozessmedien eine Montagehöhe V₁ von wenigstens 400 oder 500 mm bevorzugst ist.
Die Ventilkäfigverlängerung 33 ist ebenfalls zylindrisch ausgebildet und an seinem ventilkäfigseitigen Montageende 37 formkomplementär dem Montageabschnitt 31 des Ventilkäfigs 21 ausgebildet, so dass auch eine Verschraubung mittels mehrerer Schrauben 41 zur Befestigung der Ventilkäfigverlängerung 33 ermöglicht ist. Das ventilkäfigseitige Montageende 37 ist deutlich verstärkt mit einem radial vorspringenden Absatz gebildet, um die Befestigungs- und Montageschrauben 41 aufzunehmen.
Parallel zu der Ventilkäfigverlängerung 33, die insbesondere sich über mehrere Zentimeter über den (stellventilgehäuseeigenen) Stellzugriffsflansch 35 des Stellventilgehäuses hinaus erstreckt, ist gehäuseseitig eine Stellventilgehäuseverlängerung 43 vorgesehen, welche an den Stellzugriffsflansch 35 starr insbesondere unlösbar befestigt ist, wobei bei der gezeigten Ausführung beispielsweise eine Verschweißung in Betracht gezogen ist. Deckelseitig bildet die Stellventilgehäuseverlängerung 43 einen Deckelmontageflansch 71, der verstärkt ist, um die Deckelbefestigungsschrauben aufzunehmen, sodass eine lösbare Befestigung des Deckels an dem Deckelmontageflansch 71 möglich ist. Dabei kann die Stellventilgehäuseverlängerung 43 und der Deckelmontageflansch 71 aus einem Stück oder separat gebildet sein, wonach dann eine Befestigung, beispielsweise Verschweißung der beiden Bauteile, notwendig ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, die hier nicht näher dargestellt ist, soll der Stellzugriffsflansch 35 des Stellventilgehäuses 3 sowie der Deckelmontageflansch anschlusskomplementär für ein und denselben Ventildeckel 67 gebildet sein, sodass die Montageperson die Wahl hat, den Deckel 67 entweder unmittelbar an dem Stellventilgehäuse 3 oder an die dazwischen zu schaltende Stellventilgehäuseverlängerung 43 anzubringen.
Zwischen der Ventilkäfigverlängerung 33 und der Stellventilgehäuseverlängerung 43 ist ein ringförmiger Zwischenraum 43 realisiert. Um einen Druckausgleich von Prozessmedien, das in das Innere der Ventilkäfigverlängerung 33 gelangt, zu schaffen, ist ein Druckausgleichsloch 47 in dem hälftigen Bereich der Ventilkäfigverlängerung angeordnet, die dem Ventilkäfig 21 nahe ist.
Im Inneren der Ventilkäfigverlängerung 33 und des Ventilkäfigs 21 ist ein Ventilglied 51 geführt, wobei zwischen der Innenseite des Ventilkäfigs 21 und der Außenseite des Ventilglieds 51 eine Abdichtung besteht, sodass an der Gleitfläche zwischen dem Ventilglied 51 und der Innenseite des Ventilkäfigs 21 eine fluiddichte Abgrenzung realisiert ist. Wie in 1 und 2 ersichtlich ist, ist hierfür eine dynamische Dichtung 53 vorgesehen. Die zylindrische Abmessung der Innenseite der Ventilkäfigverlängerung 33 ist gegenüber der des Ventilkäfigs 21 geringfügig größer, so dass ein dichtender Eingriff der dynamischen Dichtung 53 im Bereich der Ventilkäfigverlängerung 33 nicht unbedingt mehr erforderlich ist, sollte das Ventilglied 51 über den Übergang zwischen dem Ventilkäfig 21 und der Ventilkäfigverlängerung 33 hinaus in Vertikalrichtung nach oben gestellt werden.
Das Ventilglied 51 hat ventilsitzseitig mehrere Öffnungen 55, wodurch das Prozessfluid in das Innere des Ventilkäfigs 21 und der Ventilkäfigverlängerung 33 gelangen kann, wobei ein Druckausgleich über das Druckausgleichsloch 47 erreicht wird.
Wie in 1 und 2 angedeutet ist, besitzt der Ventilkäfig 21 einen Innenseitendurchmesser d₁, der gegenüber dem Innenseitendurchmesser d₂ der Ventilkäfigverlängerung 33 geringfügig kleiner ist, sodass der Dichtungskontakt von der dynamischen Dichtung 53 im Bereich des Ventilkäfigs 31 etabliert ist. Im Bereich des Übergangs zwischen der Ventilkäfigverlängerung 33 und dem Ventilkäfig 21 ist eine umlaufende Abgrenzungsnut 61 vorgesehen, um einen kleinen axialen Zwischenraum zwischen der Ventilkäfigverlängerung 33 und dem Ventilkäfig 21 zu bilden. Die umlaufende Abgrenzungsnut 61 ist ausschließlich durch einen Radialabsatz in der Ventilkäfigverlängerung 33 ausgebildet.
Das Ventilglied 51 ist über eine verlängerte Stellstange 63 betätigbar, die sich vollständig längs des Ventilkäfigs 21, der Ventilkäfigverlängerung 33 sowie des Ventildeckels 67 erstreckt, der an einem Deckelmontageflansch 71 der Stellventilgehäuseverlängerung 43 starr befestigt ist.
Auch die Ventilkäfigverlängerung 33 hat deckelseitig einen verstärkten Montageabschnitt 73, der zum deckelseitigen Montieren in Eingriff mit dem Deckel 67 steht. Der Deckel 67 hat eine Durchgangsbohrung, in der eine Ventilpackung 77 angeordnet ist, die dichtend mit der Stellstange 63 zusammenwirkt.
Die Ventilkäfigverlängerung 33 hat eine axiale Abmessung (in Vertikalrichtung X), die deutlich über 300 mm ist und sich je nach Größe des Stellventils auf 500 bis 1.000 mm weiter erstrecken kann.
Auch die Stellventilgehäuseverlängerung 43 hat eine bestimmte axiale Abmessung (in Vertikalrichtung X), nämlich deutlich über 300 mm, vorzugsweise zwischen 200 mm und 500 mm oder 700 mm, je nach Größe des zu verwendenden Stellventils. Dabei kann die axiale Abmessung der Stellventilgehäuseverlängerung derart gewählt sein, dass es das Zweifache, Dreifache oder Vierfache des größten Querschnitts des Fluiddurchgangs 11 des Stellventils 1 bemessen ist.
Die Stellventilgehäuseverlängerungshöhe V₂ bemisst sich aus dem axialen Abstand zwischen dem (ursprünglichen) Stellzugriffsflansch 35 (falls vorhanden) oder einem Übergang zwischen der Ventilkäfigverlängerung 33 und dem Ventilkäfig 21 und dem ventildeckelseitigen Ende des Deckelmontageflansches 71.
Mit der Montagefähigkeit der Befestigung des Ventilsitzes 13 an dem Ventilkäfig 21 und des Ventilkäfigs 21 an der Ventilkäfigverlängerung 33 ist es möglich, trotz der extremen Temperaturen im Bereich des Fluiddurchgangs Wartungen an dem Stellventil, Antrieb, etc. vorzunehmen, wobei eine Bedienperson von der erhöhten (in Vertikalrichtung) Anordnung des Deckels 67 profitiert, weil die Bedienperson den Deckel in einem deutlich temperaturangenehmeren Bereich ergreifen kann. Ein vollständiges Demontieren des Stellventils 1 inklusive des Ventilgehäuses 3 ist nicht mehr nötig, vielmehr ist es möglich, einen Zugriff direkt auf den Ventilsitz 21 zu erreichen, ohne das Ventilgehäuse 3 von dem Leitungsanschluss abnehmen zu müssen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste

1: Stellventil
3: Stellventilgehäuse
5: Fluideinlass
7: Fluidauslass
9: Axialanschlag
11: Fluiddurchgang
13: Ventilsitz
17: Ventilsitzträgerrippe
21: Ventilkäfig
23: Montageende
25: Dichtelement
27: Fensterabschnitt
31: Trägerabschnitt
33: Ventilkäfigverlängerung
35: Stellzugriffsflansch
37: Montageende
41: Schrauben
43: Stellventilgehäuseverlängerung
47: Druckausgleichsloch
51: Ventilglied
53: Dichtung
55: Öffnung
61: Abgrenzungsnut
63: Stellstange
67: Ventildeckel
71: Deckelmontageflansch
77: Ventilpackung
S: Dichtungssitz
M: Leitungsmitte
X: Stellrichtung
V₁: Montagehöhe/Längsabstand
V₂: Stellventilgehäuseverlängerung
d₁, d₂: Innenseitendurchmesser

Claims

Stellventil (1) zum Einstellen einer Fluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, umfassend ein Ventilgehäuse (3) mit einem Fluideinlass (5), einem Fluidauslass (7), einem den Fluideinlass (5) mit dem Fluidauslass (7) verbindenden Fluiddurchgang (11) und einem einen Stelldurchgang (39) für ein Antriebsteil zum Stellen des Stellventils (1) definierenden Stellzugriffsflansch (35), einen Ventildeckel (67) zum Verschließen des Stelldurchgangs (39), einen in dem Fluiddurchgang positionierten Ventilsitz (13), einen an dem Fluiddurchgang (11) zu montierenden Ventilkäfig (21) zum Führen eines durch das Antriebsteil stellbaren, den Fluiddurchgang freigebenden oder blockierenden Ventilglieds (51) und eine Ventilkäfigverlängerung (33), die sich hin zum Stelldurchgang (39) erstreckt, wobei der Ventilsitz (13), der Ventilkäfig (21) und die Ventilkäfigverlängerung (33) derart aneinander befestigt sind, dass sie als Montageeinheit in das Ventilgehäuse (3) durch den Stelldurchgang hindurch einsetzbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkäfigverlängerung (33) in einem Abschnitt jenseits des Stelldurchgangs (39) eine Druckentlastungsbohrung (47) aufweist, welche von der Innenseite der rohrförmigen Ventilkäfigverlängerung (33) hin zu deren Außenseite führt.
Stellventil nach Anspruch 1, bei dem der Ventilkäfig (21) und die Ventilkäfigverlängerung (33) aus zwei verschiedenen Materialien und/oder als separate Bauelemente hergestellt sind.
Stellventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkäfig (21) und der Ventilsitz (13) aus zwei verschiedenen Materialien und/oder aus zwei separaten Bauelementen hergestellt sind.
Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein der Ventilkäfigverlängerung (33) zugewandtes Anschlussstück des Ventilkäfigs (21) und ein dem Ventilkäfig (21) zugewandtes, Gegenanschlussstück der Ventilkäfigverlängerung (33) derart zumindest teilweise radial überlappend ausgebildet ist, dass umlaufende Anschlussflächen der Ventilkäfigverlängerung (33) und des Ventilkäfigs (21) im Montagezustand flächig aneinander liegen, wobei die beiden Anschlussstücke gegenüber weiteren Bestandteilen des Ventilkäfigs (21) bzw. der Ventilkäfigverlängerung (33) verstärkt sind und/oder die Anschlussstücke miteinander verschraubt sind.
Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der gegenüber der Ventilkäfigverlängerung (33) separat gefertigte Ventilkäfig (21) eine Längsausdehnung aufweist, die derart dimensioniert ist, dass der montierte Ventilkäfig (21) an die Ventilkäfigverlängerung (33) nicht axial aus dem Stelldurchgang (39) herausragt, und/oder bei dem die an den Ventilkäfig (21) anschließende Ventilkäfigverlängerung (33) derart axial dimensioniert ist, dass sie sich im montierten Zustand durch den Stelldurchgang (39) hindurch erstreckt.
Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Ventilkäfigverlängerung (33) derart in Längsrichtung dimensioniert ist, dass ein Längsabstand (V₁) in Stellrichtung zwischen der Montageposition des Ventilsitzes (13) und dem ventildeckelseitigen Ende der Ventilkäfigverlängerung (33) größer als das Zweifache, Dreifache, Vierfache oder Fünffache der größten Querschnittabmessung des Fluiddurchgangs (11) im Bereich des Ventilsitzes (13) ist.
Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkäfig (13) einen Gleithohlraum definiert, entlang dem das Ventilglied (51) gleitdichtend geführt ist, wobei die Ventilkäfigverlängerung (33) eine Rohrstruktur mit einem Innenraum aufweist, der vorzugsweise zylindrisch ist, so dass zwischen dem Ventilglied (51) und der Ventilkäfigverlängerung (33) ein Führungsspalt gebildet ist, wobei die Querschnittsabmessung der Ventilkäfigverlängerung (33) geringfügig größer als die des Ventilkäfigs (21) ist.
Stellventil nach Anspruch 7, bei dem an einem Innenseitenübergang der rohrförmigen Ventilkäfigverlängerung (33) und des rohrförmigen Anschlussstücks des Ventilkäfigs (21) eine vollumlaufende Nut ausgebildet ist, die durch einen Radialabsatz ventilkäfigverlängerungsseitig ausgebildet ist.
Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Stellzugriffsflansch (35) des Ventilgehäuses (3) eine Ventilgehäuseverlängerung (43) lösbar befestigt ist, die sich in Stellrichtung (X) erstreckt und/oder konzentrisch zur Ventilkäfigverlängerung (33) angeordnet ist.
Stellventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilgehäuseverlängerung (43) als separates Bauteil an dem Ventilgehäuse (3) insbesondere im Bereich des Stelldurchgangs (39) befestigt ist.