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Drehschieber mit einem als Kreissegment vorgesehenen schwenkbaren
Schieberverschlußstück und einer zu seiner Drehachse paraHelen und exzentrischen
Durchlaßöffnung Die Erfindung betrifft einen Drehschieber mit einer zur Drehachse
seines Verschlußstückes parallelen und exzentrischen Durchlaßöffnung und mit einem
die Anschlußstutzen auf dem gleichen Radius wie die Durchlaßöffnung tragenden halbkreisförmigen
Gehäuse. Im Gehäuse ist das schwenkbare Verschlußstück als Kreissegment auf einer
in der Halbkreisachse liegenden Welle gelagert.
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Die bekannten Abschluß- und Regelvorrichtungen für Druckrohrleitungen,
wie z. B. Flachschieber, Kugelschieber, Drosselklappen, haben eine Bewegungsachse
ihrer Verschlußstücke, die senkrecht zur Durchlaufrichtung des strömenden Mittels,
liegt. Dieser Umstand hat einen meist weit abstehenden Ausbau der Verstell- und
Regelglieder über die Gehäuseoberfläche hinaus zur Folge. Außerdem sind die Strömungsverhältnisse
durch den Einbau und durch das Bewegen des Verschlußstückes meist derart gestört,
daß sich insbesondere bei Zwischenstellungen starke Wirbel im Gehäuse bilden, die
zu Druckverlusten, Kavitation und Korrosion führen und, den frühzeitigen Verschleiß
zur Folge haben können. Es müssen daher hochwertige Werkstoffe an den gefährdeten
Stellen eingesetzt werden.
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Bei Drehschiebern mit einer zur Drehachse des Verschlußstückes parallelen
und exzentrischen Durchlaßöffnung ist schon ein Kreissegment als Verschlußstück
mit einem den Durchlaß zwischen den Gehäusestutzen, abdeckenden Teil und mit einer
achsparallelen Durchlaßöffnung im Kreissegment bekannt. Zum guten Abdichten der
übersteuerten öffnungen müssen jedoch umständliche, von Federn gespannte Abdichtungen
eingebaut werden, die Leckverhiste in geschlossener Stellung vermeiden sollen. Auf
dem Gebiet dieser Art Abschlußvorrichtungen sollen durch den Gegenstand der Erfindung
die bestehenden Mängel vermieden werden. Er zeichnet sich durch ein-fache Ausführung
und verlustlose Führung des durchfließenden Mittels aus und ist frei von abstehenden
Verstellgliedern und von störendem Undichtsein.
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Es sind auch schon an Drehschiebern angebaute hydraulische Antriebe
bekannt, wobei die hydraulische Betätigung durch einen außen, am Gehäuse angesetzten
Drehkolben erfolgt, der, von einem Druckmittel betätigt, innerhalb eines abgeteilten
und seitlich dichtenden, zylindrischen Gehäuses die Verstellkraft aufbringt. Bei
solchen Drehschiebern steht die Drehachse jedoch senkrecht zur Durchströrnrichtung,
und Verschlußstück und Betätigungskolben sind voneinander getrennt. Auch direkte
hydraulische Antriebe der Verschlußstücke sind vorgesehen worden#; aber hierbei
liegt die Drehachse wieder senkrecht zur Fließrichtung. Das Verschlußstück gleitet
dort mit einem kolbenartigen Antriebsteil in einem Anbau, und die hydraulische Betätigung
erfolgt einseitig. Das Verschlußstück ist dort eine schwenkbare Klappe. Zwei abgeschlossene
Arbeitskammern beidseitig des Verschlußstückes sind nicht vorhanden, so daß die
Betätigung vom Zustand des durchströmenden Mittels abhängig ist.
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Gemäß der Erfindung ist die Ausbildung in der Weise vorgesehen, daß
das Kreissegment mit der zur Drehachse parallelen Durchlaßöffnung ein an den beiden
Seitenwänden und der Umfangswand des Schiebergehäuses dichtend anliegender Kolben
von kastenförmigem Querschnitt ist und zwischen Drehachse und Gehäuseboden eine
Abdichtung vorgesehen ist, so daß das Gehäuseinnere in zwei getrennte und in sich
abgeschlossene Kammern abgeteilt ist, in die zum Schwenken des Kolbens im öffnungs-
wie im Schließsinne wahlweise ein Druckmittel einführbar ist, das zugleich auch
zur Gewichtsentlastung des Kolbens und zur überwindung der an ihm auftretenden Reibungskräfte
dient.
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Die Nachteile der obenerwähnten Schieberausführungen werden durch
die unverengte, dem Durchmesser der Rohrleitung entsprechende Durchflußöffnung sowie
den vollständig innerhalb des Gehäuses befindlichen hydraulischen Antrieb vermieden.
Die Bemessung- des Kolbens in Achsrichtung ist unabhängig von dem jeweiligen Durchmesser
der Leitung, so daß beliebig große Verstellkräfte erzielt werden können.
Die
Endbegrenzungen des Kreisseginentes können aus vorwiegend radial verlaufenden Endwänden
bestehen. Man kann auch den Kolben lediglich aus zwei zueinander und zur Drehachse
parallel verlaufenden Rohrstücken bauen.. wovon eines mit einer Trennwand verschlossen
ist.
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, Zur Betätigung des Drehschiebers im drucklosen Zustand kann
ein m(#chapischer Antrieb in Form eines Schneckentriebes vorgesehen werden, der
jedoch bei hydraulischer Betätigung. durch Exzenter in bekannter Weise ausgedrückt
werden- muß.
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Erfindungsgemäß kann die Bodenplatte des Schiebergehäuses in der Art
ihrer Gestaltung sowie ihrer Lage für besondere Zwecke ausgebildet werden. So läßt
sich z. B. das Kreissegment erfindungsgemäß besonders vorteilhaft als automatisch
arbeitendes oder ferngesteuertes Sicherbeitsorgan - unmittelbar zum schnellen
Abschluß der Leitung einsetzen, indem das Kreissegment derart angeordnet ist, daß
es sich bei geöffneter Stellung in seiner höchsten Lage befindet und durch sein
eigenes oder zusätzlich vergrößertes Gewicht schließt, wenn der darunter wirkende
Betriebsdruck absinkt oder verschwindet. Dadurch können die bei anderen Abschlußvorrichtungen
notwendigen und umständlichen Sicherungsvorkehrungen entfallen.
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Bei dem Steuervorgang muß eine Kammer drucklos entleert werden. Sollte
es nicht möglich sein, das Druckmittel ins Freie kurzzeitig ausströmen zu lassen,
besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, das Druckmittel in einem hermetisch geschlossenen
Kreislauf umzupumpen.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 einen Querschnitt durch ein Schiebergehäuse
nach Linie A -A von Abb. 2, Abb. 2 einen Längsschnitt dazu nach Linie
B-B von Abb. 1,
Abb. 3 einen Querschnitt durch einen anders gestalteten
Drehschieber, Abb. 4 einen teilweisen Querschnitt mit einem Antrieb von etwas abweichender
Art, Abb. 5 einen Teilschnitt nach Linie C-C von Abb. 4, Abb. 6 einen
Querschnitt durch ein Gehäuse mit senkrecht gestellter Bodenplatte, und Abb.
7 eine Umwälzpumpe mit zugehörigem Motor zur Betätigung in geschlossenem
Kreislauf.
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Das Schiebergehäuse nach Abb. 1 und 2 hat halbkreisförmigen
Querschnitt und besteht aus zwei Teilen 1 und 2, welche durch die Ringflansche
3
und 4 aneinandergeschraubt und mit je einem exzentrisch zur Halbkreisachse
liegenden Rohrstutzen 5
und 6 für die nicht gezeigte Rohrleitung versehen
sind. Die Gehäuseteile sind unten durch eine Bodenplatte 7
abgedeckt. In der
Längsachse des Gehäusehalbkreises lagert eine Welle 8, die in den Gehäuseteilen
1 und 2 eingebettet und durch Deckel 9 nach außen beiderseits dicht
abgeschlossen ist, so daß das Gehäuse in üblicher Weise keinerlei Stopfbüchsen hat.
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Auf der Welle 8 ist ein als Kreissegment ausgebildeter Kolben
10 mit seiner Nabe 11 abgestützt. Der zylindrische Mantel 12 des Kolbens
liegt an der halbkreisförmigen Gehäuseinnenwand an. Der Kolben ist in radialer Ebene
durch Endwände 13 begrenzt, durch die der Innenraum in zwei Kammern: 14 und
15 abgeteilt wird, wobei eine an der Bodenplatte 7 sitzende Leiste
16 mit Dichtung 17 mitwirkt. Der einen hohlen Kasten bildende Kolben
trägt ein Rohrstück 0, das auf demselben Radius wie die Rohrstutzen
5 und 6
liegt und denselben Durchmesser hat. In der gezeichneten Lage
dichtet der Kolben> mit seinen Seitenflächen den Durchlaß . ab. Beim Bewegungsvorgang
ist eine absolute Abdichtung des Kolbenumfanges im Gehäuse nicht erforderlich. Der
geringe Mehrverbrauch durch Leckverluste des Druckmittels spielt dabei eine untergeordnete
Rolle. Wird in geschlossener Stellung ein absolut dichter Abschluß der Rohrleitung
verlangt, so kann derselbe mit einfachen Mitteln (vgl. die Gummidichtung 20 am Rohrumfang)
oder durch Anpressen des Kolbens mittels Druckschrauben bei längerem Stillstand
erreicht werden.
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Das Schwenken des Kolbens 10 kann pneumatisch oder hydraulisch
erfolgen, indem das Druckmittel durch zwei im stets freien Gehäuseraum vorgesehene
Öffnungen 18 und 19 zu- bzw. abgeleitet wird. Um den Schwenkvorgang
des Kolbens mit Sicherheit durchführen zu können, muß die Breite des Kolbens zwischen
den Rohrstutzen, je nach den Reibungs- und Druckverhältnissen, so ausgebildet
sein, daß mit dem vorhandenen Druck in der Öl-, Wasser- oder Preßluftanlage oder
in der Druckleitung selbst die Widerstandskraft am Kolben überwunden wird.
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Beim Einstellen einer Zwischenstellung oder beim Schließvorgang bleibt
der Durchfluß durch das Gehäuse verhältnismäßig glatt, weil keine Richtungsänderung
der einzelnen Stromfäden aus der Rohrlängsachse heraus eintritt. Das Gehäuse ist
als ein in sich ganz hermetisch abgeschlossener Körper gebaut, der ohne irgendwelche
Stopfbüchsen abgedichtet ist. Auf diese Weise können keine Undichtheiten auftreten,
und das in der Rohrleitung durchströmende Mittel kann nicht entweichen.
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Das Beispiel nach Abb. 3 zeigt ein halbkreisförmiges Gehäuse
21 mit einer als Fundamentplatte ausgebildeten Bodenplatte 22, Im Oberteil des Gehäuses
ist eine an sich übliche Welle 23 mit Handrad 24 und Schnecke 25 gelagert,
die in einen Schneckenkranz 26
eingreift, welcher am oberen Rand des Kolbens
27
sitzt. In ihm ist über dem Rohrstück 0 und parallel zu diesem ein
zweites Rohrstück G in gleichem Ab-
stand zur Welle 8 angeordnet.
Das Rohrstück G ist als ein blinder Hohlkörper ausgebildet, indem es innen
eine Scheibe G, trägt, die in Abb. 1 gestrichelt eingezeichnet ist.
Die Rohrstücke 0 und G sind unter sich und mit der Nabe sowie dem
Radkranz durch Stege 28
verbunden, von denen zwei bis an die Gehäuseinnenwand
heranreichen und an ihr abdichtend anliegen. Wie aus Abb. 5 hervorgeht, ist
auf beiden Seiten des Kolbens eine Dichtung 20 eingesetzt.
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Das Druckmittel greift in diesem Falle in einer sehr leichten und
gewichtssparenden Bauweise unmittelbar an den Mänteln der Rohrstücke 0 und
G und an den Stegen 28 an, wenn es zur Schwenkung des Kolbens 27 in
das Gehäuse 21 wiederum durch Öffnungen 18,
19 zugeleitet wird. Hierbei
werden die Verstellkräfte am Schneckenkranz 26 verringert, weil der Kolben
vom Druckmittel mindestens hilfsweise bewegt wird, so daß auch bei großen Rohrleitungsweiten
die Handbetätigung ausreicht und auf weitere Betätigungsteile verzichtet werden
kann. Ein solcher Drehschieber eignet sich daher für Fernleitungen ganz besonders,
wobei die Handverstellung durch eine nur geringe Kraft benötigende Fernbetätigung
ersetzt werden kann.
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Nach dem Beispiel von Abb. 4 und 5 kann die Schnecke 25 in
bekannten Exzenterbüchsen 29 gelagert sein, die durch einen Knüppel
30 um die Exzentrizitäte
nach oben geschwenkt werden können,
damit die Schnecke 25 aus dem Eingriff des Schneckenrades 26 am Kreissegment
27 gelangt. Auf diese einfache Weise kann an Stelle der mechanischen Kolbenschwenkung
eine rein hydraulische Betätigung treten, falls dies zur schnellen oder automatischen
Regulierung oder zur plötzlichen Abschaltun#g der Rohrleitung verlangt wird.
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Nach Abb.6 ist das halbkreisförmige Gehäuse31 um etwa 90' gedreht
angeordnet und durch die senkrecht stehende Bodenplatte32 abgedeckt. Bei dieser
Ausführung dient eine Fußstütze33 am Gehäuse31 und eine Fußstütze 34 an der Bodenplatte
32 zugleich zur Abstützung der ganzen Rohrleitung, die z. B. bei Festpunkten
von Druckrohren der Wasserkraftwerke erwünscht ist. Der Kolben 35 ist wie
in Abb. 1 und 2 ausgebildet, jedoch liegt hier das Rohrstück 0 auf
der anderen Kolbenseite. Der Kolben ist im Gehäuse frei schwenkbar, und durch sein
Eigengewicht kann er mit einem eventuell in seinem Innem eingebauten Zusatzgewicht
stets nach abwärts bewegbar sein.
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Im Betriebszustand wird er durch das Druckmittel, das aus der Druckrohrleitung
oder von außen zugeleitet 0 wird, in der gezeichneten Stellung
- gehalten werden. So kann das Druckmittel z. B. durch eine in Abb.
7
gezeichnete und durch einen Elektromotor 37 angetriebene Umwälzpumpe
38 über die Öffnung 18 in die Kammer 14 gepumpt werden, so daß in
der gezeichneten oberen Kolbenlage der Leitungsdurchgang offen ist. Das Umwälzverfahren
des den Kolben betätigenden Druckmittels in einem geschlossenen Kreislauf zum und
vom Kolben selbst ist ebenfalls ein neues und fortschrittliches Erfindungsmerkmal.
Zum Ab-
schließen der Leitung wird der Druck in der Kammer 14 gesenkt, so
daß sich der Kolben selbsttätig nach unten bewegt. Die Umwälzpumpe 38 wird
zweckmäßig stopfbüchsenlos ausgeführt.
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Wie in Abb. 6 gestrichelt gekennzeichnet ist, kann auf dem
nach außen verlängerten Ende der bei den anderen Beispielen sonst ganz eingekapselten
Welle 8
ein Gewichtshebel 39 sitzen, dessen Gewicht das Kolben-Eigengewicht
im Sinne eines schnelleren Abwärtsschwenkens und Schließens der Leitung unterstützt,
wenn in der Kammer 14 der Druck absinkt. Auf diese einfache Weise wird der Kolben
selbst zum Schnellschlußschieber, der bei plötzlich eintretenden Rohrbrüchen sofort
wirksam wird. Er kann sogar selbsttätig abschließend zur Wirkung kommen und Schäden
vermeiden, wenn man die Kammer 14 über die Öffnung 18 mit der ablaufseitigen
Rohrleitung verbindet, z. B. durch das gestrichelt gezeichnete Rohr 40.
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Zum Auffangen des letzten Teiles der Schwenkung des Kolbens kann an
ihm eine Steuerplatte 41 angeordnet sein, die kurz vor dessen Endstellung die Öffnun-
18 zusteuert und damit das Entweichen des Druckmittels aus der Kammer 14
nach außen drosselt. Weiterhin kann auch eine (gestrichelt gezeichnete) Gummiplatte
42 als Puffer dienen.
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Die beschriebenen Einrichtungen ergeben durch die einfache Ausbildung
und Anordnung von Verschlußstück und Servomotor innerhalb ein und desselben und
in sich ganz abgeschlossenen Schiebergehäuses einen großen technischen Fortschritt.
Bisher waren diese Teile getrennt voneinander und Platz beanpruchend angeordnet.
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Bei Fernleitungen für Wasser, Gas, Dampf oder Öl
leistet ein
solcher Drehschieber mit selbsttätiger Wirkung des Verschlußstückes als Servomotor,.
insbesondere für automatische Arbeit, wertvolle Dienste, da er auf Rohrbrüche sofort
reagiert und'durch rasches Ab-
schließen der Leitung große Schäden vermeiden
kann.