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Hochdruckventil mit einem die Spindelführung enthaltenden Deckel und
einer Vorkehrung zum Absaugen des Spindelleckdampfes Es ist üblich, Ventile durch
einen die Spindelführung enthaltenden Deckel abzuschließen. An diesem Deckel treten
dabei von der Höhe des Innendruckes abhängige Kräfte auf, die einerseits an den
druckbeaufschlagten Flächen hervorgerufen werden, andererseits an der Spindel auftreten.
Bei Hochdruckventilen für Heißdampf oder heiße Gase ergibt sich nun, daß die Kräfte
so groß sind, daß sich sehr ungünstige Ventilkonstruktionen ergeben und die weitgehend
übliche Schraubenbolzenbefestigung der Deckel nicht mehr anwendbar ist. Besonders
fällt ins Gewicht, daß durch die Schraubenbolzen auch der Dichtdruck erzeugt werden
muß, dem sich die in dem Ventil auftretenden Druck- und Spindelkräfte überlagern,
und daß bei hohen Temperaturen die Materialfestigkeit (Zeitstandfestigkeit) äußerst
gering ist.
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Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, sind -wie bekannt -Ventile mit
sogenannten selbstdichtenden Verschlüssen entwickelt worden. Die Wirkung dieser
Konstruktionen beruht im Prinzip darauf, daß auf den die Spindelführung enthaltenden
Deckel in Richtung der Spindelachse durch den Innendruck hervorgerufene Kräfte auf
mit keilförmigen Dichtflächen ausgebildete Ringkörper übertragen werden, die sich
in Richtung der auf sie ausgeübten Kräfte an einem in die Deckelöffnung von außen
eingesetzten Bajonettring oder einer eingeschraubten Ringmutter abstützen und unter
Herstellung einer Abdichtung an entsprechenden Gegenständen des Gehäuses und des
Gehäusedeckels angepreßt werden, wobei noch zusätzlich eine plastische Dichtpackung
zwischen dem inneren Deckel und dem außerhalb liegenden kegelförmigen Dichtring
eingeschaltet sein kann (USA.-Patentschrift 2 426 392).
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Wenn auch derartige Ventildeckelverschlüsse eine wesentlich günstigere
Ventilausführung als die bekannten mit Schraubenbolzenbefestigung versehenen Konstruktionen
ermöglichen, so weisen sie doch die Besonderheit auf, daß sich durch die Anwendung
von keilförmigen Dichtringen, die radial durch den Deckelschub an den Gehäusewandungen
angepreßt werden, Kräfte ergeben, welche die durch den radial wirkenden Gehäusedruck
bedingten Beanspruchungen erheblich erhöhen. Diese Erhöhung der Gehäusebeanspruchungen
ist besonders bedeutsam und störend, wenn bei hohen Temperaturen die Materialfestigkeit
stark vermindert ist.
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Weiter ergibt sich bei derartigen selbstdichtenden Verschlüssen der
Nachteil, daß der Deckel nebst Spindelführung mit dem zur Aufnahme der Axialkräfte
dienenden, in eine Nut des Gehäuses eingelegten Bajonettring oder eingeschraubten
Gewindering unter Einfügung der keilförmig gestalteten Dichtringe zusätzlich in
Richtung der Spindelachse verspannt wird. Dies bedingt sowohl konstruktiv als auch
fertigungsmäßig Komplikationen und hat vor allem zur Folge, daß wegen der Verformung
des zwischen Deckel und dem in das Gehäuse eingesetzten Ring liegenden Keilringes
eine starre und eindeutige Festlegung des die Spindelführung enthaltenden Deckels
fehlt und unmöglich ist, was zu Verlagerungen und Klemmungen der Spindel Veranlassung
geben kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine günstigere Ausbildung
von Hochdruckventilen zu schaffen, welche die erwähnten Nachteile vermeidet. Die
Erfindung verwendet hierbei auch das Prinzip der Selbstabdichtung durch den innerhalb
des Ventils vorhandenen Druck, wobei jedoch von der Anwendung keilförmiger, radial
zu der Deckelachse bzw. Spindelachse gerichtete Kräfte erzeugender Dichtungselemente,
die zwischen Deckel und den im Gehäuse angeordneten Halteringen eingespannt werden,
abgesehen ist.
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Gemäß der Erfindung wird eine allen Erfordernissen derartiger Ventile
bezüglich vollkommener Abdichtung, Kleinhaltung der Beanspruchungen sowie Abmessungen;
guter Herstellbarkeit und leichter Ein- und Ausbaufähigkeit der Spindel entsprechende
Lösung vorgesehen. Sie geht von einem bekannten Hochdruckventil mit einem die Spindelführung
enthaltenden Deckel und einer Vorkehrung zum Absaugen
des Spindelleckdampfes
aus und zeichnet sich durch die Vereinigung der folgenden Merkmale aus: a) Die Spindeldurchführung
und -dichtung ist in einem Deckel angeordnet, der auf einer Schulter im Gehäuse
aufliegt, gegen die er durch eine mit dem Gehäuse verschraubte Ringmutter gepreßt
wird.
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b) Zwischen dem Deckel und der Schulter ist in einer zur Spindel koaxialen
Nut ein elastisch verformbarer Dichtungsring angeordnet.
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c) Eine lösbare Abdeckung schließt den Raum ab, aus dem der von der
Spindelführung und der Deckeldichtung herkommende Leckdampf gemeinsam abgesogen
wird.
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Durch diese auf der Vereinigung der angeführten Merkmale beruhende
Anordnung wird eine überaus vorteilhafte Ausbildung von Ventilen für sehr hohe Temperaturen
und Drücke und die größten Treibmitteldurchsätze bzw. Abmessungen ermöglicht. Wesentlich
ist hierbei für die erfindungsgemäße Anordnung, daß trotz Anwendung eines selbstdichtenden
Verschlusses eine absolut eindeutige Verlagerungen der Spindel ausschließende Befestigung
und Festlegung des Ventildeckels mit der Spindel erreicht wird, wobei die Befestigung
einerseits und die Dichtung andererseits bezüglich der auftretenden Kräfte im wesentlichen
unabhängig voneinander sind und weder größere Zusatzbeanspruchungen durch die radialen
Kräfte in dem Gehäuse hervorgerufen werden, noch in den Dichtungselementen zusätzliche
größere Beanspruchungen und Pressungen durch die auf den Deckel ausgeübten Schubkräfte
hervorgerufen werden können, wie dies bei der vorerwähnten bekannten Anordnung der
Fall ist. Wesentliche Bedeutung hat hierbei weiter der Umstand, daß der die Ringmutter
aufnehmende, von dem Ventilinnenraum durch den Deckel mit der Spindelführung abgeschlossene
Absaugeraum die Sicherheit für die Herbeiführung einer vollkommenen Abdichtung bietet
und hierbei der Leckdampf der Ventildeckelabdichtung zusammen mit dem Leckdampf
der Spindel abgeleitet werden kann. Diese auf der erfindungsgemäßen Anordnung von
Halteflansch, Dichtung, Befestigungsmutter und Absaugeraum beruhende Wirkung wird
dabei in konstruktiv überraschend einfacher Weise unter Anwendung nur eines Absaugekanalsystems
erreicht, das zugleich als Voraussetzung für die Verformung des Dichtringes beim
Abdichten einen definierten, wesentlich unterhalb des Ventilinnendruckes liegenden
Druck auf der Außenseite des Dichtringes herbeizuführen ermöglicht.
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An sich sind Dichtungen mit in Nuten liegenden verformbaren Ringen
ebenso wie die Absaugung auf der einen Seite der Dichtung bekannt. Es ist gleichfalls
bekannt, der Spindeldichtung von Ventilen einen Absaugeraum nachzuschalten. Dementsprechend
ist Gegenstand des Schutzbegehrens nur die gleichzeitige Anwendung sämtlicher hervorgehobener
Merkmale bei einer Ventilausführung.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
erläutert werden, das in der Figur der Zeichnung wiedergegeben ist. Es ist nur das
eigentliche Ventil in der Zeichnung dargestellt, während die über ihm liegende Laterne
mit dem Kraftkolben für den Spindelantrieb weggelassen wurde, da dieser Teil für
das Wesen der Erfindung ohne Bedeutung ist. 1 bedeutet das Ventilgehäuse, das entsprechend
dem hohen Druck als dickwandiger Stahlkörper mit einem Ventilsitz 2 ausgeführt ist.
3 ist der Ventilkegel, 4 das Vorhubventil. Zum Ventilantrieb dient die Ventilspindel
5, an deren oberem Ende man sich den Kraftkolben zu denken hat. Zum Abschluß
des Ventilinnenraumes dient der Ventildeckel 6 mit der Spindelführung und Dichtung
11-12-13. Der Ventildeckel 6 ist an der Gehäuseschulter 7 des Gehäuses abgestützt.
Er wird dabei in den oberen offenen Teil des Gehäusekörpers 1, der mit Innengewinde
versehen ist, eingesetztund durch die in das Innengewinde des Gehäuses eingeschraubte
Ringmutter 8 gehalten bzw. in Richtung der Spindelachse an der Ringschulter
7 angepreßt. Somit wird eine absolut eindeutige Festlegung von Deckel und Spindelführung
erreicht. In der Berührungsfläche des Deckelflansches einerseits und der Gehäuseschulter
andererseits ist in Nuten der genannten Teile liegend der elastische Dichtring 9
vorgesehen. Die Dichtwirkung dieses Ringes beruht darauf, daß der Ring unter dem
Einfluß des verhältnismäßig hohen Innendruckes, der wesentlich größer als der Druck
in dem Raum außerhalb der Dichtung ist, unter elastischer Verformung mit seinen
Seitenflächen in radialer Richtung an die Seitenwände der den Dichtring aufnehmenden
Nuten angepreßt wird. Der Raum außerhalb des Dichtringes 9 grenzt über die Gewindegänge
10 der Ringmutter 8 und des Gehäuses 1 und die Trennfläche
zwischen Deckel 6 und Gewindemutter 8 an den oberhalb des Ventildeckels befindlichen
Raum 14 an. Dieser Raum 14 ist nach außen durch eine eingespannte
Platte 16 mit einer Gleitbüchse 17, die labyrinthaltige Eindrehungen aufweist, abgedichtet
und bildet einen Absaugeraum, aus welchem einerseits der Leckdampf der Dichtung
9, der über die Gewindegänge bzw. Trennflächen zwischen Gewindemutter und Ventildeckel
in dem Raum 14 gelangt, andererseits der Spindelleckdampf über ein gemeinsames
Absaugkanalsystem 15 abgeführt werden kann. Durch den Anschluß des außerhalb
der Dichtung liegenden Raumes an den Absaugeraum 14 wird hierbei auf der Außenseite
der Dichtung 9 ohne Verbindung mit der Außenatmosphäre ein definierter, wesentlich
unterhalb des Ventilinnendruckes liegender Druck hergestellt, der Voraussetzung
für die Verformung der Dichtringe zwecks Herbeiführung einer Dichtwirkung ist.
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Die Abdichtung 16, 17 des Absaugeraumes 14
kann verhältnismäßig
einfach sein, da die Druckdifferenz zwischen Absaugeraum 14 und der Atmosphäre nur
verhältnismäßig klein ist.