DE19515014A1 - Absperrarmatur mit einer Drehklappe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Absperrarmatur mit einem Gehäuse und einer Drehklappe, die drehbar um eine im wesentlichen rechtwinklig zur Durchflußrichtung der Absperr­ armatur exzentrisch, insbesondere doppel-exzentrisch angeordnete Drehachse gelagert ist, wobei das Gehäuse und die Drehklappe einander zugeordnete Dichtflächen aufweisen, und wobei im Bereich der Dichtflächen zwischen dem Gehäuse und der Drehklappe mindestens zwei voneinander in Durchflußrichtung der Absperrarmatur beabstandete, ringförmige Dichtelemente angeordnet sind, zwischen denen mindestens ein Ringraum ausgebildet ist, der als Block- und Bleedeinrichtung ausgestaltet ist.

Absperrarmaturen dieser Bauart sind bekannt und werden beispielsweise in der LU 56422 beschrieben. Das Einsatzgebiet dieser Absperrarmaturen erstreckt sich auf Fluidleitungen aller Art, wie z. B. Erdgasleitungen.

Die Drehklappe ist in einem im wesentlichen zylinderförmigen Gehäuse angeordnet, welches von Fluid durchströmt wird. Für die Drehklappe sind zwei Extremstellungen vorgesehen, eine Durchflußstellung, in der die Drehklappe parallel zur Durchflußrich­ tung des Gehäuses gedreht ist, und eine Absperrstellung, in der die Drehklappe senk­ recht zur Durchflußrichtung angeordnet ist. In Zwischenstellungen wirkt die Drehklappe drosselnd. In der Absperrstellung liegen die Dichtflächen der Drehklappe an den Dichtflächen des Gehäuses an.

Zur Verbesserung der Abdichtung sind im Bereich der Dichtflächen zwei ringförmige Dichtelemente angeordnet, zwischen denen sich ein Ringraum befindet, der über mindestens eine Bohrung mit der Außenseite des Gehäuses verbunden ist und damit eine Block- und Bleedeinrichtung darstellt.

Die Block- und Bleedeinrichtung erlaubt es, die Dichtfunktion der Absperrarmatur unter Betriebsbedingungen zu überprüfen. Im Fall einer Undichtigkeit der Dichtelemente strömt bei geschlossener Drehklappe das in den Ringraum eintretende Fluid über die Bohrung nach außen. Undichtigkeiten im Bereich der Dichtelemente lassen sich anhand des ausströmenden Fluids leicht nachweisen. Dadurch, daß das in den Ringraum eintretende Fluid nach außen geleitet wird ist sichergestellt, daß Fluid nur in geringem Umfang zur fluidfreien Seite der Absperrarmatur übertreten kann.

Neben der oben beschriebenen, eigentlichen Block- und Bleedfunktion kann die Block- und Bleedeinrichtung auch zur Notabdichtung der Absperrarmatur verwendet werden. Wenn bei einem Bedarfsfall die absolute Dichtheit der Absperrarmatur sichergestellt werden soll, so kann der Ringraum von außen über die Bohrung mit einem geeigneten plastischen Dichtmittel gefüllt und damit die Absperrarmatur abgedichtet werden.

Um eine bestmögliche Abdichtung der Absperrarmatur zu erreichen, ist die Drehachse der Drehklappe doppel-exzentrisch angeordnet. Die zur Durchflußrichtung senkrechte Drehachse ist dabei von der in Absperrstellung befindlichen Drehklappe in Durchfluß­ richtung beabstandet angeordnet (erste Exzentrität). Außerdem weist die Drehachse zur gemeinsamen Mittelachse der Drehklappe und des Gehäuses, d. h. in einer Rich­ tung senkrecht zur Mittelachse und senkrecht zur Drehachse, einen Abstand auf (zwei­ te Exzentrität). Diese doppel-exzentrische Anordnung der Drehachse bewirkt, daß beim Schließen der Absperrarmatur die Dichtflächen von Drehklappe und Gehäuse erst kurz vor dem Erreichen der Absperrstellung aufeinander zu liegen kommen. Dadurch wird einerseits eine bessere Abdichtung der Absperrarmatur erreicht, andererseits erhöht sich die Lebensdauer der ringförmigen Dichtelemente, da diese nur eine sehr geringe Wegstrecke lang schleifend über die zugeordnete Dichtfläche bewegt werden.

Um eine ausreichend sichere Abdichtung einer Absperrarmatur mit Block- und Bleed­ einrichtung zu gewährleisten wird bisher meist eine Kombination aus einem elastischen Dichtelement und einem Metall-Dichtelement eingesetzt, wobei der Ringraum zwischen diesen beiden Dichtelementen angeordnet ist.

Aus der US 3473 554, in der ein Sitzventil mit einem zur Verbesserung des Durchfluß­ beiwerts durchbohrten, drehbaren, kugelförmigen Ventilkörper beschrieben ist, ist ein Abdichtsystem bekannt, bestehend aus der Kombination eines elastischen Dichtele­ ments mit eingearbeiteter Ringnut und einem metallischen Dichtsitz.

Die bisher bekannten Ausführungsformen von Block- und Bleedeinrichtungen für Drehklappenventile weisen den Nachteil auf, daß nach Ausfall eines elastischen Dicht­ elements, z. B. infolge Abrasion, Erosion oder übermäßiger Erwärmung, die Block- und Bleedeinrichtung nicht mehr, in der oben beschriebenen Weise verwendet werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperrarmatur der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die auch nach dem Ausfall eines elastischen Dichtelements weiterhin dicht ist und deren Block- und Bleedeinrichtung voll funktionsfähig bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtelemente in Form von metallischen Profildichtungen und in Form von elastischen Dichtelementen vorge­ sehen sind, wobei auf jeder Seite des Ringraums mindestens eine metallische Profil­ dichtung und mindestens ein elastisches Dichtelement angeordnet sind.

Eine derartige Kombination von metallischen Profildichtungen mit elastischen Dichtele­ menten bietet eine Reihe von Vorteilen. Metallische Profildichtungen, die bauartgemäß elastisch verformbar sind, sind in der Lage, fertigungsbedingte Toleranzen auszuglei­ chen und bewirken auch ohne zusätzliche elastischen Dichtelemente eine ausreichende Abdichtung der Absperrarmatur. Gleichzeitig sind metallische Profildichtungen verschleißfest und hitzebeständig. Die neben den beiden metallischen Profildichtungen angeordneten elastischen Dichtelemente sind ebenfalls elastisch und bewirken eine zusätzlich verbesserte Abdichtung. Werden ein oder mehrere elastische Dichtelemente beschädigt, so bleibt, infolge der erfindungsgemäßen Anordnung der Dichtungselemente, ein Ringraum im Bereich der Dichtflächen erhalten. Dieser Ringraum wird nun ganz oder teilweise von den metallischen Profildichtungen gebildet. Sämtliche Verwendungsmöglichkeiten der Block- und Bleedeinrichtung bleiben dadurch erhalten. Die Dichtfunktion der Absperrarmatur kann auch in eingebautem Zustand nachgewiesen werden. Dieser Vorteil stellt sich sowohl bei einfach-exzentrischer als auch bei doppel-exzentrischer Anordnung der Drehachse ein. Eine doppel­ exzentrischer Anordnung der Drehachse bewirkt jedoch einen geringeren Verschleiß der Dichtelemente infolge der geringeren Reibung.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die elastischen Dichtelemente zwischen zwei metallischen Profildichtungen angeordnet sind und der Ringraum von den elastischen Dichtelementen gebildet wird. Bei dieser Anordnung sind die Dichtelemente leicht montierbar und unterliegen im Betrieb nur geringem Ver­ schleiß.

Vorteilhafterweise sind die Dichtelemente am Gehäuse befestigt. Durch die Befestigung der Dichtelemente an einem ortsunbeweglichen Teil ist deren Montage mit einfachen Befestigungselementen möglich.

In einer besonders einfachen Ausführungsform ist der Ringraum als Ringnut in einem Kunststoffring ausgebildet, wobei die elastischen Dichtelemente aus dem Kunststoffring, z. B. in Gestalt von Dichtlippen, ausgeformt sind. Dadurch verkleinert sich die Anzahl der benötigten Bauteile. Gleichzeitig wird die Anzahl der Trennfugen innerhalb des Dichtungssystems verkleinert.

Zweckmäßig ist es weiterhin, wenn zwischen den Dichtelementen und dem Gehäuse ein weiterer Ringraum der Block- und Bleedeinrichtung ausgebildet ist, wobei dieser als Ringnut in einem Dichtelement und/oder als Ringnut im Gehäuse ausgebildet ist. Damit kann mit derselben Block- und Bleedeinrichtung auch die Abdichtung der Trennfuge zwischen den Dichtelementen und dem Gehäuse überprüft und gegebenenfalls sicher­ gestellt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elastischen Dichtelemente aus PTFE bestehen. Dieser Werkstoff besitzt eine gute Verschleißfestigkeit bei gleichzeitig sehr geringen Reibungswerten. Idealerweise weist die Dichtfläche der Drehklappe die Form eines Kugelabschnitts auf. Die Form der Drehklappe entspricht dann genau der von ihr ausgeführten Bewegung. Der Dichtspalt kann damit überall sehr klein gehalten werden.

Zweckmäßigerweise ist die Drehklappe an einer zur Drehachse koaxialen Antriebs­ welle befestigt.

Mit besonderem Vorteil ist die Drehklappe mit mindestens einer Paßfeder an der Antriebswelle befestigt. Damit werden optimale Ergebnisse hinsichtlich Montagefreund­ lichkeit und Lagegenauigkeit der Drehklappe erzielt. Dies ist von besonderen Bedeu­ tung, da schon geringe Lageungenauigkeiten der Drehklappe zu einem Verlust der Dichtfunktion oder zu Beschädigungen an den Dichtelementen führen können.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Antriebswelle im Bereich der Drehklappe senkrecht zur Drehachse geteilt ist, wobei die beiden Teile der Antriebswelle zueinander in axialer Richtung beabstandet sind. Eine geteilte Antriebswelle hat den Vorteil, daß der durchströmte Querschnitt bei geöffneter Klappe vergrößert wird und sich damit der Durchflußbeiwert der Absperrarmatur ver­ bessert.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform ist die Drehklappe der Absperrarmatur manuell betätigbar.

Ebenfalls zweckmäßig ist eine Ausgestaltungsform, in der die Drehklappe der Absperr­ armatur in Schließrichtung mittels Federkraft automatisch betätigbar ist.

Bei einer Absperrarmatur mit Drehklappe und Block- und Bleedeinrichtung ist es möglich, mit einer Sonde in den von den Dichtelementen gebildeten Ringraum zu gelangen. Besonders vorteilhaft ist es, eine Vorrichtung zur optischen Kontrolle (Boroskopie) der Dichtelemente vorzusehen. Es wird damit die Betriebssicherheit der Absperrarmatur erhöht, da der Zustand der Dichtelemente optisch kontrolliert werden kann.

Ebenso zweckmäßig ist es, wenn eine Vorrichtung zum Befüllen des Ringraums der Block- und Bleedeinrichtung mit einem plastischen Dichtmittel vorgesehen ist. Im Bedarfsfall kann die Absperrarmatur mit dem plastischen Dichtmittel sicher abgedichtet werden.

Mit besonderem Vorteil ist die Absperrarmatur als Absperrelement einer automatisch schließenden Absperreinrichtung vorgesehen. Automatisch schließende Absperreinrichtungen werden eingesetzt, um bei Überschreitung eines bestimmten Grenzwerts, z. B. Druck, Temperatur oder Schwingungsamplitude, eine Fluidleitung automatisch zu verschließen. Als Folge der erfindungsgemäßen Anordnung der Dichtelemente ist es möglich, die Dichtfunktion in allen Betriebssituationen jederzeit zu überprüfen und notfalls wieder herzustellen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schemati­ schen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Absperrarmatur im Längsschnitt,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Absperrarmatur im Querschnitt,

Fig. 3 das Dichtungssystem der erfindungsgemäßen Absperrarmaturen.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Absperrarmatur im Längsschnitt. Innerhalb eines Gehäuses 1 ist eine Drehklappe 2 angeordnet. Die Drehklappe 2 ist in der Absperrstel­ lung dargestellt. Um die Drehachse 3 kann die Drehklappe 2 mittels der geteilten Antriebswelle 4a, 4b in eine Durchflußstellung gedreht werden. Die Absperrarmatur kann dann in Durchflußrichtung 5 von Fluid durchströmt werden. Durch die geteilte Antriebswelle 4a, 4b wird der Strömungswiderstand der Absperrarmatur verringert. Die Absperrklappe 2 ist mittels zweier Paßfedern 5a, 5b drehfest mit der Antriebswelle 4a, 4b verbunden. Das Dichtungssystem X ist über einen Sicherungsring 6, einen Haltering 7 und mehrere Spannschrauben 8 mit dem Gehäuse 1 verspannt. Die Dichtfläche 11 der Drehklappe 2 hat die Form eines Kugelabschnitts, dessen Mittelpunkt 12 auf der vertikalen Mittellinie 9 der Drehklappe liegt. Die Drehachse 3 und die gemeinsame vertikale Mittellinie 9 von Gehäuse 1 und Drehklappe 2 sind in dieser Ansicht deckungs­ gleich. Die vertikale Mittellinie 9 ist von der Drehklappe 2 in Durchflußrichtung 5 beab­ standet (erste Exzentrität).

In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Absperrarmatur im Querschnitt dargestellt. Darin ist zu erkennen, daß die Drehachse 3 und die Mittellinie 9 einen zur Durchflußrichtung 5 senkrechten Abstand 10 zueinander aufweisen (zweite Exzentrität).

Fig. 3 zeigt das Dichtungssystem X der erfindungsgemäßen Absperrarmatur. Das Dichtungssystem weist einen Kunststoffring 13 auf, in den eine Ringnut 14 eingearbei­ tet ist. Die Ringnut 14 wird seitlich begrenzt durch zwei elastische Dichtelemente 15a, 15b, die einen Teil des Kunststoffrings 13 bilden. Der Kunststoffring 13 ist in einem Metallring 16 eingebettet, der auf beiden Seiten Flanken 17a, 17b aufweist. Die Enden der beiden Flanken 17a, 17b sind zu Metall-Profildichtungen 18a, 18b geformt. Der Kunststoffring 13 und der Metallring 16 werden über einen Zwischenring 23 an das Gehäuse 1 gedrückt. Zwischen dem Metallring 16 und dem Gehäuse 1 ist ein weiterer Ringraum 19 angeordnet. Dieser Ringraum ist mit der Ringnut 14 durch eine Bohrung 20 verbunden. Mit der Bohrung 20 steht eine Block- und Bleedbohrung 21 in Verbin­ dung. Der Kunststoffring 13 ist gegenüber dem Metallring 16 genau wie der Metallring 16 gegenüber dem Gehäuse 1 mit O-Ringen 22 abgedichtet.

Die Dichtheit der O-Ringe 22 und die Funktion der Dichtelemente 15a, 18a bzw. 15b, 18b kann mit der Block- und Bleedeinrichtung unter Betriebsbedingungen nachge­ wiesen werden. Im Bedarfsfall können die ringförmigen Hohlräume über die Block- und Bleedbohrung 21 mit einem plastischen Dichtmittel gefüllt werden. Eine optische Kontrolle (Boroskopie) der elastischen Dichtelemente 15a, 15b ist ebenfalls möglich.

Claims (15)

1. Absperrarmatur mit einem Gehäuse und einer Drehklappe, die drehbar um eine im wesentlichen rechtwinklig zur Durchflußrichtung der Absperrarmatur exzentrisch, insbesondere doppel-exzentrisch angeordnete Drehachse gelagert ist, wobei das Gehäuse und die Drehklappe einander zugeordnete Dichtflächen aufweisen, und wobei im Bereich der Dichtflächen zwischen dem Gehäuse und der Drehklappe mindestens zwei voneinander in Durchflußrichtung der Absperrarmatur beabstandete, ringförmige Dichtelemente angeordnet sind, zwischen denen mindestens ein Ringraum ausgebildet ist, der als Block- und Bleedeinrichtung ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente in Form von metallischen Profildichtungen (18a, 18b) und in Form von elastischen Dichtelementen (15a, 15b) vorgesehen sind, wobei auf jeder Seite des Ringraums mindestens eine metallische Profildichtung (18a, 18b) und mindestens ein elastisches Dichtelement (15a, 15b) angeordnet sind.

2. Absperrarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Dichtelemente (15a, 15b) zwischen zwei metallischen Profildichtungen (18a, 18b) angeordnet sind und der Ringraum von den elastischen Dichtelementen (15a, 15b) gebildet wird.

3. Absperrarmatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente am Gehäuse (1) befestigt sind.

4. Absperrarmatur nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum als Ringnut (14) in einem Kunststoffring (13) ausgebildet ist, wobei die elastischen Dichtelemente (15a, 15b) aus dem Kunststoffring (13), z. B. in Gestalt von Dichtlippen, ausgeformt sind.

5. Absperrarmatur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffring am Gehäuse befestigt ist und zwischen den Dichtelementen und dem Gehäuse (1) ein weiterer Ringraum (19) der Block- und Bleedeinrichtung ausgebildet ist, wobei dieser als Ringnut in einem Dichtelement und/oder als Ringnut im Gehäuse (1) ausgebildet ist.

6. Absperrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Dichtelemente (15a, 15b) aus PTFE bestehen.

7. Absperrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (11) der Drehklappe (2) die Form eines Kugelabschnitts aufweist.

8. Absperrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehklappe (2) an einer zur Drehachse (3) koaxialen Antriebswelle (4a, 4b) befestigt ist.

9. Absperrarmatur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehklappe (2) mit mindestens einer Paßfeder (5a, 5b) an der Antriebswelle (4a, 4b) befestigt ist.

10. Absperrarmatur nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (4a, 4b) im Bereich der Drehklappe (2) senkrecht zur Drehachse (3) geteilt ist, wobei die beiden Teile der Antriebswelle (4a, 4b) zueinander in axialer Richtung beabstandet sind.

11. Absperrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehklappe (2) der Absperrarmatur manuell betätigbar ist.

12. Absperrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehklappe (2) der Absperrarmatur in Schließrichtung mittels Federkraft automatisch betätigbar ist.

13. Absperrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur optischen Kontrolle (Boroskopie) der Dichtelemente vorgesehen ist.

14. Absperrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Befüllen des Ringraums der Block- und Bleedeinrichtung mit einem plastischen Dichtmittel vorgesehen ist.

15. Absperrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrarmatur als Absperrelement einer automatisch schließenden Absperreinrichtung vorgesehen ist.