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Absperrschieber Die Erfindung bezieht sich auf einen Absperrschieber
mit im Gehäuse in Strömungsrichtung des zu steuernden Mediums begrenzt verschiebbarem
Schieber und Sitzringen und einer Vorrichtung zum Ausgleich der auf das Betätigungsmittel
für den Schieber wirkenden Kraft, der insbesondere für verhältnismäßig hohe Arbeitsdrücke
von beispielsweise 700 bis 1050 kg/cm= oder höher bestimmt ist.
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Es ist allgemein üblich, bei Absperrschiebern eine Betätigungsspindel
zu verwenden, deren inneres Ende am Schieber befestigt und deren äußerer Teil mit
einem Antriebsorgan verbunden ist. Bei niedrigen Arbeitsdrücken beeinfiußt die durch
den unausbalancierten Zustand hervorgerufene Kraft, die sich daraus ergibt, daß
der Mediumdruck im Ventilkörper auf die Spindel einwirkt, die Betätigung des Ventils
nicht merklich, jedoch nimmt die durch den unausbalancierten Zustand hervorgerufene
Kraft bei höheren Arbeitsdrücken einen solchen Wert an, daß Probleme hinsichtlich
der Betätigung der Spindel auftreten. Es sind bereits Ventile hergestellt worden,
welche die auf die Spindel wirkenden Mediumdruckkräfte ausgleichen, indem am anderen
Ende des Schiebers eine mit dem Schieber- verbundene weitere Spindel bzw. Kolben
vorgesehen ist, die bzw. der eine Ausgleichskraft auf den Schieber ausübt, welche
den durch die Spindel angelegten Kräften gleich und entgegengesetzt ist. Wenn der
Absperrschieber so ausgebildet ist, daß sich der Schieber unter veränderlichen Bedingungen
nicht seitlich bewegen kann, kann ein solcher Ausgleichskolben mit dem Schieber
starr verbunden sein. Wenn jedoch der Schieber begrenzte seitliche Bewegungen ausführen
kann, wie es z. B. bei einem anderen bekannten Absperrschieber der Fall ist, dann
kann ein solcher einfacher Ausgleichskolben nicht arbeiten, weil er diese Bewegungen
stört. Eine weitere Schwierigkeit bei solchen Ausgleichsvorrichtungen besteht darin,
daß der Ausgleichskolben bei einer Trennung vom Schieber beispielsweise infolge
Bruchs mit großer Geschwindigkeit aus dem Absperrschiebergehäuse herausgetrieben
wird, wodurch die umliegende Ausrüstung und das Personal ernsthaft gefährdet werden.
Weiterhin führt eine derartige Herausbewegung des Kolbens dazu, daß Medium aus dem
Absperrschiebergehäuse entweicht, woraus sich ein Druckabfall in der Rohrleitung
ergibt, wenn sich das Ventil gerade in einer solchen Stellung befinden sollte, in
welcher die Durchflußdurchgänge mit dem Innenraum des Absperrschiebergehäuses in
Verbindung stehen.
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Die Erfindung beschäftigt sich daher in erster Linie mit der Aufgabe,
einen Absperrschieber zu schaffen, der eine Ausgleichseinrichtung aufweist, welche
eine begrenzte seitliche Bewegung des Schiebers zuläßt.
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Ein anderes Erfindungsziel besteht in der Schaffung eines Absperrschiebers
mit Ausgleichskolben, bei welchem Mittel vorgesehen sind, die den Impuls des Ausgleichskolbens
im Fall eines Bruchs aufzunehmen oder zu vernichten vermögen. Insbesondere soll
dieser Schieber so konstruiert sein, daß er im. Fall eines Bruchs der Ausgleichseinrichtung
bequem repariert werden kann.
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Es ist zwar bereits ein Absperrschieber mit einem Teil der genannten
Merkmale bekannt, bei dem die Ausgleichseinrichtung eine Zylinderbohrung aufweist,
in. der sich ein durchbohrter Kolben mit ebenfalls durchbohrter, im Gehäuse befestigter
Kolbenstange auf und ab bewegen kann. Infolge dieser Konstruktion muß der Ausgleichskolben
und somit auch das Schiebeglied selbst eine unverhältnismäßig große Dicke haben,
was die dem Druck des zu steuernden Mediums ausgesetzte Schieberfläche unnötig vergrößert.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Absperrschiebers besteht darin, daß bei Bruch
der Kolbenstange der Zylinderinnenraum und damit das zu drosselnde Medium mit der
Atmosphäre in Verbindung steht, was in vielen Fällen unerwünscht ist.
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Die vorstehend geschilderte Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch
gelöst, daß der Kolben hohl ist und über eine begrenzte seitliche Bewegung des Schiebers
zulassende,
innerhalb ihrer Elastizitätsgrenze verbiegbare Verbindungsstange mit dem Schieber
verbunden und der Zylinder fest und fluidumdicht in den Ventilkörper eingesetzt
ist.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einer Ausführungsform der
Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigt F i g. 1. eine Seitenansicht, teilweise
im Schnitt, eines Absperrschiebers mit den Merkmalen der Erfindung, F i g. 2 einen
Schnitt durch den kolbenartigen Ausgleichsteil des Ventils gemäß F i g. 1, in vergrößertem
Maßstab, F i g. 3 einen Schnitt, ähnlich F i g. 2, bei dem sich der Ausgleichsteil
jedoch in seiner äußerten Stellung nach Unterbrechung seiner Verbindung mit dem
Schieberglied befindet, und F i g. 4 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform
der Einrichtung zum Vernichten von Energie.
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Das Absperrsehiebergehäuse 10 ist aus Gußstahl oder einem anderen
zweckentsprechenden Metall bzw. Metall-Legierung hergestellt und mit einem Stutzen
11 zum Anschluß an eine zugehörige Rohrleitung versehen. Die aufeinander ausgerichteten
Durchflußdurchgänge 12 sind voneinander durch einen Raum 13 im Gehäuse 10 getrennt.
Der eigentliche Schieber 1.4 besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus einer
ebenen Platte mit parallelen Seiten und einer Öffnung 16, die in der Offenstellung
des Ventils mit den Durchflußdurchgängen 12 in Ausrichtung liegt.
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Das eine Ende des Schiebers 14 ist über eine Gelenkverbindung 15 mit
dem inneren Ende einer eine Kappe 17 durchsetzenden Spindel 25 verbunden, deren
äußeres Ende mit einem Antriebsteil, beispielweise in Form eines Handrades 18, versehen
ist, mit dessen Hilfe die Spindel auf und ab gedreht werden kann. Die Kappe 17 weist
nicht dargestellte Dichtungen auf, die ein Hindurchsickem von Medium zwischen der
Spindel und dem Gehäuse verhindern.
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Der Schiebersitz weist die erforderlichen Lagerringe 19, welche in
Bohrungen 20 des Gehäuses 10 verschiebbar eingepaßt sind, Dichtungsringe 21 zwischen
den Lagerringen 19 und dem Gehäuse 10, die Lagerringe 19 gegen den Schieber 14 drückende,
federnde Scheiben 22, innere Sitzringe 23 sowie elastische Dichtungsringe 24 auf,
so daß sich der Schieber 14 entsprechend den Umkehrungen der auf ihn wirkenden Mediumdruckdifferenz
in begrenztem Ausmaß seitlich bewegen kann. Diese Konstruktion entspricht im wesentlichen
derjenigen eines bereits bekannten Absperrschiebers. Wie erwähnt, ist ein solcher
Absperrschieber infolge der auf die Betätigungsspindel wirkenden Kraft des Mediumdrucks
jedoch nicht ausbalanciert.
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Die in der Zeichnung dargestellte Ausgleichseinrichtung besteht aus
einem im wesentlichen auf die Betätigungsspindel 25 ausgerichteten Kolben 26, der
innerhalb einer Öffnung 27 des Gehäuses 10 Aufnahme findet. Ein Hindurchsickern
von Medium zwischen dem Kolben 26 und dem Gehäuse wird durch elastische Dichtungen
28 und 29 verhindert. Der Kolben 26 ist mit einer Axialbohrung 31 versehen, die
sich von seinem inneren Ende bis zu einer Stelle nahe seinem äußeren Ende erstreckt.
Eine Stange 32 aus einem Material hoher Zugfestigkeit, beispielsweise Stahl oder
einer Stahllegierung, ist einerseits bei 33 in das benachbarte Ende des Schiebers
14 und andererseits bei 34 in das äußere Ende des Kolbens 26 eingeschraubt. Diese
Stange 32 hat ein genügendes Federungsvermögen, so daß sie sich innerhalb ihrer
Elastizitätsgrenzen biegen kann, um eine seitliche Bewegung des Schiebers zuzulassen.
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Die den Impuls vernichtende Einrichtung weist ein am von der Betätigungsspindel
abgekehrten Ende bei 37 in das Gehäuse eingeschraubtes Glied 36 in Form eines mit
einer Zentralbohrung 39 versehenen Zylinders auf. Ein O-förmiger Dichtungsring 38
kann vorgesehen sein, um die Gewindeverbindung 37 gegen den Eintritt von Schmutz
oder Fremdstoffen zu schützen. Die Bohrung 39 dient zur Aufnahme des Kolbens 26
und weist an ihrem äußeren Ende einen Abschnitt verkleinerten Durchmessers auf,
der etwas kleiner als der Durchmesser des Kolbens 26 ist. Das äußere Ende
42 des Kolbens 26 ist konisch verjüngt und weist einen Ansatz 43 zum Aufsetzen eines
Schraubenschlüssels oder anderen Werkzeuges auf, um den Kolben am Schieber
14 und an der Verbindungsstange 32 befestigen bzw. von diesen Teilen lösen
zu können.
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Das Innere des Zylinders 36 ist gegenüber der Atmosphäre nicht abgeschlossen,
sondern wird über eine oder mehrere Öffnungen 44 ventiliert. Ein Paßstück 46 ist
mit einem durch Druck betätigbaren Ventil versehen und kann so angebracht sein,
daß es die Öffnung 44 normalerweise verschließt.
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Der erfindungsgemäße Absperrschieber arbeitet wie folgt: Der Kolben
26 hat eine dem Mediumdruck ausgesetzte wirksame Fläche, welche gleich oder im wesentlichen
gleich derjenigen der Betätigungsspindel ist. Infolgedessen ist die auf den Kolben
26 einwirkende Mediumdruckkraft gleich und entgegengesetzt der auf die Betätigungsspindel
wirkenden Kraft. Auf diese Weise ist der Schieber in allen Arbeitsstellungen gegen
den inneren Mediumdruck ausbalanciert. Falls sich der Schieber infolge der Umkehr
der Druckdifferenz seitlich verlagert, werden diese Bewegungen durch Biegen der
Verbindungsstange 32 innerhalb ihrer Elastizitätsgrenzen ohne eine entsprechende
Mitbewegung des Kolbens 26 aufgenommen.
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Wenn der Kolben 26 beispielsweise durch Bruch der Verbindungsstange
32 vom Hauptteil des Schiebers getrennt wird, treibt der innere Mediumdruck, der
in der Größenordnung von 700 bis 1050 kg/cmQ liegen kann, den Kolben mit
großer Geschwindigkeit nach außen (F i g. 3). Um diesen Impuls zu beherrschen,
wird die Bewegung des Kolbens in solcher Weise angehalten, daß ein Bruch des Zylinders
36 vermieden wird. Im normalen Betrieb erreicht das äußere Ende des Kolbens 26 bei
vollständig geschlossenem Schieber nicht den Bohrungsteil 41 mit geringerem Durchmesser.
Wenn jedoch ein Bruch eintritt, wird der äußere Endteil 42 des Kolbens gegen die
Schulter 47 zwischen den Bohrungsteilen 39 und 41 getrieben, mit dem Ergebnis, daß
entweder der Endteil des Kolbens oder der Endteil der Zylinder oder beide verformt
werden, wie dies in F i g. 3 angedeutet ist. Hierdurch wird der Impuls des Kolbens
auf einer beträchtlichen Strecke seiner Bewegung, beispielsweise bei einem Kolben
von 27 mm Durchmesser auf einer Länge von 6 bis 13 mm, vernichtet oder absorbiert,
wodurch ein sonst infolge des Auftreffens des Kolbens mit ungedämpftem Schlag gegen
das äußere Ende des Zylinders möglicher Bruch des Zylinders verhindert wird.
Falls
ein solcher Bruch eintritt, ist der erfindungsgemäße Absperrschieber zwar nicht
mehr ausbalanciert, aber trotzdem immer noch arbeitsfähig. Der beschädigte Ausgleichskolben
26 und der beschädigte Zylinder 36 können einfach durch Abnahme des Zylinders entfernt
werden. Nachdem auch derjenige Teil der Verbindungsstange 32 entfernt worden ist,
der am Schieber 14 zurückbleibt, können eine neue Stange 32 und ein neuer Kolben
26 mit dem Schieber 14 verbunden und ein neuer Zylinder 36 eingesetzt werden.
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Die Einrichtung zum Vernichten von Energie soll in jedem Fall so ausgeführt
sein, daß Faktoren, wie der maximale Arbeitsdruck, die Härte des bei der Herstellung
des Kolbens und des Zylinders verwendeten Metalls und die Hublänge des Schiebers,
berücksichtigt werden. In einem besonderen Fall hatte ein für einen Druck von 700
kg/cm2 bestimmtes Ventil der beschriebenen Konstruktion mit einer Bohrung von 64,1
mm einen Schieberhub von 85,7 mm, und der Kolben hatte eine Länge von 165 mm und
einen Durchmesser von 27 mm. Er war aus wärmebehandeltem Stahl 4140 hergestellt.
Der Bohrungsteil 41 hatte einen Durchmesser von 23,8 mm.
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Anstatt den Zylinder oder den Kolben zu verformen, ist es möglich,
die Energie durch eine Maßnahme zu vernichten, die in F i g. 4 dargestellt ist.
Der Zylinder 48 enthält einen Pfropfen oder eine Masse 49 aus ausstoßbarem Metall,
wie Blei, Babbitt-Metall od. dgl. Wenn der Kolben 50 auf den Pfropfen 49 aufschlägt,
wird das Metall nach oben um den Kolben verdrängt und vernichtet so die Energie.