DE19723993C1 - Ventilanordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit einem Ventilgehäuse, das einen sich zwischen einer Einlaß­ öffnung und einer Auslaßöffnung erstreckenden Durchflußkanal aufweist, und mit einer Sperreinrichtung zum Schließen des Durchflußkanals, die einen den Durchflußkanal umgebenden Ventilsitz und einen Ventilkegel, der in einer Axialrichtung quer zum Ventilsitz zwischen einer geöffneten und einer ge­ schlossenen Ventilstellung bewegbar ist und mit dem Ventil­ sitz in der Weise korrespondiert, daß Dichtflächen am Ven­ tilkegel und Ventilsitz in der geschlossenen Ventilstellung metallisch dichtend in Anlage kommen und so den Durchflußka­ nal verschließen, aufweist, wobei zwischen Ventilsitz und Ventilkegel eine weichdichtende Dichtungsanordnung angeord­ net ist, die in der geschlossenen Ventilstellung zusätzlich zu der durch die Dichtflächen bewirkten metallischen Dich­ tung wirksam ist und ein am Ventilsitz gehaltenes Dichtele­ ment aufweist, das so positioniert ist, daß der Ventilkegel bei einem Schließvorgang an dem Dichtelement in Anlage kommt, bevor die geschlossene Ventilstellung erreicht ist, und beim weiterem Schließvorgang das Dichtelement entgegen einer elastischen Rückstellkraft in Richtung des Ventilsit­ zes drückt.

Ventilanordnungen dieser Art, die insbesondere als Regelven­ tile ausgebildet sind, können je nach Einsatzgebiet unter­ schiedlich ausgebildet sein, wobei sie sich insbesondere in der Ausführung der Dichtflächen unterscheiden. Zum einen können die Dichtflächen unterschiedlich gestaltet sein, wo­ bei sie in der Regel kegelförmige Dichtflächen aufweisen. Es sind jedoch auch Ausführungsformen bekannt, bei denen die Dichtflächen plan aufeinanderliegen.

Weiterhin werden je nach Art der Beanspruchung auch unter­ schiedliche Materialien für die Dichtflächen verwendet. Bei mäßiger Beanspruchung, wo auch weichdichtende Kegel einge­ setzt werden können, werden die Dichtkanten nicht besonders geschützt. Bei mittlerer Beanspruchung werden die Dichtkan­ ten stelittiert, und bei hohen Anforderungen wird die gesam­ te Kontur gepanzert. Bei besonders hohen Anforderungen kön­ nen Innengarnituren aus Keramik, Hartmetall oder gehärteten Werkstoffen ausgeführt werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist dabei der Begriff "metallisch dichtend" im Unterschied zu sogenannten weich­ dichtenden Anordnungen zu verstehen und insbesondere nicht auf die Verwendung von metallischen Materialien beschränkt, sondern umfaßt auch Anordnungen, bei denen die Dichtflächen aus anderen Hartmaterialien wie beispielsweise Keramik aus­ gebildet sind und auch sogenannte metallisch geschliffene Dichtungen.

Insbesondere im Kraftwerksbereich oder in Chemieanlagen ist es erforderlich, den Leckdurchfluß, d. h. die Durchflußmenge, die bei geschlossenem Ventil zwischen Ventilsitz und Ventil­ kegel sowie zwischen Ventilsitz und Gehäuse durchströmt, so gering wie möglich zu halten. Häufig ist sogar gefordert, daß der Leckdurchfluß gleich Null ist. Dieser Anforderung kann nach längerer Betriebsdauer oftmals nicht mehr entspro­ chen werden, da die Dichtflächen zu Teil sehr starken Bean­ spruchungen durch Erosion, Abrasion, Kavitation etc. ausge­ setzt sind, so daß es erforderlich wird, die Dichtflächen nachzuarbeiten. Dies stellt jedoch eine aufwendige Prozedur dar und kann insbesondere auch zu ungewollten Stillständen der Anlage, in die sie eingebaut sind, führen.

Aufgrund dieser Problematik wird in der US-PS 2,645,449 vor­ geschlagen, zusätzlich zu der metallischen Dichtung eine Weichabdichtung zwischen Ventilsitz und Ventilkegel vorzuse­ hen, die in der geschlossenen Ventilstellung zusätzlich zu der metallischen Dichtung wirksam ist. Hierzu ist ein ela­ stisches Dichtungselement vorgesehen, das beim Schließvor­ gang der Ventilanordnung relativ stark verformt wird. Durch die dabei auftretenden Scherkräfte kann es bei häufigem Öff­ nen und Schließen der Ventilanordnung zu Beschädigungen des Dichtungselements kommen mit der Folge, daß das Dichtungse­ lement ausgewechselt werden muß.

Aus der US-PS 3,428,076 ist eine weitere Ventilanordnung be­ kannt, bei der neben einer metallischen Dichtung eine Weichabdichtung vorgesehen ist. Auch bei dieser Ausführungs­ form erfolgt die Weichabdichtung, indem ein elastisches Dichtungselement beim Schließvorgang durch den Ventilkörper starken Verformungen ausgesetzt ist, die zu Beschädigungen des Dichtungselements führen können.

Bei einer weiteren bekannten Ventilanordnung (US-PS 3,583,426) erfolgt die Weichabdichtung durch ein Dichtungs­ element, das beim Schließvorgang durch den Ventilkegel ent­ gegen der Rückstellkraft von Federelementen axial gegenüber dem Ventilsitz verschoben wird. Hierbei treten zwar nicht wie bei den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen starke Verformungskräfte auf, jedoch ist das Dichtungsele­ ment bei der Axialverschiebung ebenfalls Reibungskräften ausgesetzt, die bei längerem Gebrauch zu Beschädigungen des Dichtungselments an dessen Außenseite führen können, so daß es an den eigentlichen Dichtungsflächen vorbei zu Leckage­ strömen kommen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ventilanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch nach länge­ ren Betriebszeiten noch zuverlässig Leckagen vermieden wer­ den können.

Diese Aufgabe ist im wesentlichen dadurch gelöst, daß das Dichtelement als Ringscheibe aus einem eine geringe Elasti­ zität aufweisenden Material ausgebildet ist, die im Bereich ihres äußeren Randes an dem Ventilsitz gehalten ist und im Bereich ihres inneren Randes durch wenigstens ein elasti­ sches Element am Ventilsitz abgestützt ist.

Vorzugsweise wird ein Dichtelement aus einem PTFE-Material verwendet, das sehr gute Dichtungseigenschaften besitzt und sehr beständig ist. Die Verwendung einer Ringscheibe aus PTFE hat außerdem den Vorteil, daß die Ringscheibe beidsei­ tig verwendbar ist.

Als elastisches Element kann beispielsweise ein Federelement oder ein O-Ring aus einem Elastomermaterial verwendet werden, das in einer Ringnut im Ventilsitz gehalten ist.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen der Erfindung wird auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegen­ de Zeichnung verwiesen.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 in teilweise geschnittener Seitenansicht eine Ventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfin­ dung in geöffneter Ventilstellung,

Fig. 2 in teilweise geschnittener Seitenansicht die Ventilanordnung aus Fig. 1 in geschlossener Ventilstellung,

Fig. 3 die erfindungswesentlichen Bauteile der Venti­ lanordnung aus Fig. 1 in einer Explosionsan­ sicht,

Fig. 4 eine vergrößerte Detaildarstellung von Ventil­ sitz und Ventilkegel in geöffneter Ventilstel­ lung und

Fig. 5 eine vergrößerte Detaildarstellung von Ventil­ sitz und Ventilkegel in geschlossener Ventil­ stellung.

In den Fig. 1 und 2 ist eine als Regelventil 1 ausgebildete Ventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Regelventil 1 hat ein Ventilgehäuse 2, in dem sich ein Durchflußkanal 2 zwischen einer Einlaßöffnung 4 und einer Aus­ laßöffnung 5 des Ventilgehäuses 2 erstreckt. Mit Hilfe von Be­ festigungsflanschen 6, 7, die um die Einlaßöffnung 4 und die Auslaßöffnung 5 herum angeordnet sind, kann das Regelventil 1 zwischen die Enden zweier Rohre und damit in ein Rohrleitungs­ system eingebaut werden. Der Durchflußkanal 3 dient dann dem Durchfluß des zu steuernden Mediums.

Im Ventilgehäuse 2 ist ein waagrecht angeordneter Ventilsitz 8 eingebaut, durch den der Durchflußkanal 3 hindurch geht. Kon­ zentrisch um Ventilsitz 8 erstreckt sich nach oben eine Ventil­ stange 9, deren unteres Ende als Ventilkegel 10 ausgebildet ist. Der Ventilkegel 10 korrespondiert mit dem Ventilsitz 8 in der Weise, daß der Ventilkegel 10 in seiner untersten Stellung auf dem Ventilsitz 8 aufsitzt und damit den Durchflußkanal 3 in einer später noch näher beschriebenen Weise verschließt. Die Ventilstange 9 ist in einem Verschlußdeckel 11 geführt, welcher den Durchflußkanal 3 obenseitig abschließt und mit dem Ventilgehäuse 2 abdichtend verschraubt ist. Der Verschlußdec­ kel 11 hat einen nach oben vorstehenden Fortsatz 12, welcher der Zentrierung eines Jochs 13 mit den sich vertikal erstrec­ kenden Jochstreben 14, 15 dient. Das Joch 13 ist mit dem Ven­ tilgehäuse 2 durch Spannschrauben 16 in einer noch beschriebe­ nen Weise fixiert.

Der Verschlußdeckel 11 bildet zwischen seiner Innnenwandung und der Außenseite der Ventilstange 9 einen zylindrischen Hohl­ raum, in den eine Spindelabdichtung 17 wie ein PTFE-V-Ring oder eine Stoffbuchsenpackung eingesetzt und axial vorgespannt zwischen einer Schraubenfeder 18 und einer Schraube 19 gehal­ ten ist. Die Schraube 19 ist dabei in eine Edelstahlhülse 20 eingeschraubt, welche wiederum in den Verschlußdeckel 11 einge­ schraubt ist und sich zwischen Verschlußdeckel 11 und Spindel­ abdichtung 17 erstreckt. Die Verspannung ist so getroffen, daß einerseits eine gute Abdichtung und andererseits eine noch hin­ reichende Gleitfähigkeit der Ventilstange 9 gewährleistet ist.

Zwischen der Ventilstange 9 und dem Verschlußdeckel 11 einer­ seits und der Ventilstange 9 und der Schraube 19 andererseits sind weiterhin wartungsfreie Dichtungselemente 21, 22 vorgese­ hen. Außerdem ist ein Feinabdichtungselement 23 zwischen Spin­ delabdichtung 17 und Stoffbuchsschraube 19 angeordnet.

Am oberen Ende des Jochs 13 ist ein Stellantrieb 24 in Form eines Membranstellmotors angeordnet, der eine Antriebsstange 25 betätigt, welche mit dem oberen Ende der Ventilstange 9 über eine Kupplung 26 verbunden ist, so daß die Ventilstange 9 über den Stellantrieb 24 axial zwischen der in Fig. 1 darge­ stellten geöffneten Ventilstellung und der in Fig. 2 darge­ stellten geschlossenen Ventilstellung verstellt werden kann.

In den Fig. 4 und 5 ist die Konstruktion der Ventilanord­ nung im Bereich des Ventilsitzes 8 im einzelnen dargestellt. Der Ventilsitz 8 ist ringförmig ausgebildet und in eine Aus­ nehmung 27 des Ventilgehäuses lose eingelegt und wird in die­ ser Ausnehmung 27 radial positioniert. Zwischen Ventilsitz 8 und Ventilgehäuse 2 ist ein Dichtungsring 28 angeordnet, der in eine Nut 29 in der Ausnehmung 27 eingelegt ist.

Axial ist der Ventilsitz 8 durch eine Spanneinrichtung 30 in der Ausnehmung 27 fixiert. Die axiale Festlegung erfolgt dabei über ein Distanzrohr 31, welches im Kraftnebenschluß durch das am Ventilgehäuse 2 anliegende und festgeschraubte Joch 13 un­ ter Zwischenschaltung des Verschlußdeckels 11 gegen den Ventil­ sitz 8 gespannt ist. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, daß bei der Fixierung des Ventilsitzes 8 keine Radialkräfte auf den Ventilsitz 8 wirken, und außerdem kann über entspre­ chende Dimensionierung der im Kraftfluß befindlichen Bauteile die Spannkraft exakt eingestellt werden.

Der Ventilsitz 8 weist an seiner dem Ventilkegel 10 zugewand­ ten Innenkante eine Dichtfläche 33 auf, die mit einer entspre­ chenden Dichtfläche 32 am Ventilkegel 10 in der in Fig. 5 dar­ gestellten geschlossenen Ventilstellung metallisch dichtend in Anlage kommt, um den Durchflußkanal 3 zu verschließen.

Zusätzlich ist zwischen Ventilsitz 8 und Ventilkegel 10 eine weichdichtende Dichtungsanordnung 34 vorgesehen, die in der ge­ schlossenen Ventilstellung zusätzlich zu der metallischen Dich­ tung wirksam ist. Die weichdichtende Dichtungsanordnung wird durch eine Ringscheibe 35 aus PTFE (Teflon) gebildet, die an ihrem äußeren Rand durch einen Klemmring 36, der zwischen Ven­ tilsitz 8 und Distanzrohr 31 fixiert ist, am Ventilsitz 8 fest­ geklemmt ist und in seinem innenliegenden Bereich durch einen O-Ring 37 aus einem elastomeren Material, welcher in eine Ring­ nut 38 in dem Ventilsitz 8 eingelegt ist, abgestützt wird.

Wie in Fig. 4 erkennbar ist, ist die Ringscheibe 35 so ausge­ bildet, daß ihre zum Ventilkegel 10 weisende Innenkante über den Ventilsitz 8 vorsteht, so daß der Ventilkegel 10 bei einem Schließvorgang zunächst mit dieser Innenkante in Berührung kommt und die Ringscheibe 35 beim weiteren Schließen entgegen der elastischen Rückstellkraft des O-Rings 37 nach unten drückt, so daß in der in Fig. 5 gezeigten geschlossenen Ven­ tilstellung die Ringscheibe 35 und der Ventilkegel 10 flächig aneinander anliegen. So wird um die metallischen Dichtflächen 32 und 33 herum der Ringspalt zwischen Ventilsitz 8 und Ventil­ kegel 10 weichdichtend verschlossen. Da der Ventilkegel 10 im wesentlichen im Bereich der metallischen Dichtung an dem Ven­ til 8 abgestützt ist, wird die PTFE-Ringscheibe 35 nicht über die zulässige Flächenpressung belastet, so daß sie sehr halt­ bar ist. Wenn die Ventilanordnung wieder in die geöffnete Ven­ tilstellung gebracht wird, wird die PTFE-Ringscheibe 35 durch die Rückstellkraft des O-Rings 37 wieder in die in Fig. 4 gezeigte Lage gebracht.

Wenn dennoch Verschleiß an der Ringscheibe 35 auftreten soll­ te, kann sie in einfacher Weise gewendet werden.

Wie in den Fig. 4 und 5 deutlich erkennbar ist, ist der Ven­ tilsitz 8 in Bezug auf seine senkrecht zur Achse X liegenden Mittelebene E symmetrisch ausgebildet. Dies hat den Vorteil, daß der Ventilsitz (8) in einfacher Weise umgedreht werden kann, damit eine neue Dichtungsanordnung zur Verfügung steht.

Claims (4)

1. Ventilanordnung mit einem Ventilgehäuse (2), das einen sich zwischen einer Einlaßöffnung (4) und einer Auslaß­ öffnung (5) erstreckenden Durchflußkanal (3) aufweist, und mit einer Sperreinrichtung zum Schließen des Durch­ flußkanals (3), die einen den Durchflußkanal (3) umge­ benden Ventilsitz (8) und einen Ventilkegel (10), der in einer Axialrichtung quer zum Ventilsitz (8) zwischen ei­ ner geöffneten und einer geschlossenen Ventilstellung bewegbar ist und mit dem Ventilsitz (8) in der Weise korrespondiert, daß Dichtflächen (32, 33) an Ventilkegel (10) und Ventilsitz (8) in der geschlossenen Ventilstel­ lung des Ventilkegels metallisch dichtend in Anlage kom­ men und so den Durchflußkanal (3) verschließen, auf­ weist, wobei zwischen Ventilsitz (8) und Ventilkegel (10) eine weichdichtende Dichtungsanordnung (34) ange­ ordnet ist, die in der geschlossenen Ventilstellung zu­ sätzlich zu der durch die Dichtflächen (32, 33) bewirk­ ten metallischen Dichtung wirksam ist und ein am Ventil­ sitz (8) gehaltenes Dichtelement (35) aufweist, das so positioniert ist, daß der Ventilkegel (10) bei einem Schließvorgang an dem Dichtelement (35) in Anlage kommt, bevor die geschlossene Ventilstellung erreicht ist, und beim weiteren Schließvorgang das Dichtelement (35) ent­ gegen einer elastischen Rückstellkraft in Richtung des Ventilsitzes (8) drückt, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (35) als Ringscheibe aus einem eine geringe Elastizität aufweisenden Material ausgebildet ist, die im Bereich ihres äußeren Randes an dem Ventilsitz (8) gehalten ist und im Bereich ihres inneren Randes durch wenigstens ein elastisches Element (37) am Ventilsitz (8) abgestützt ist.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung (34) um die Dichtflächen (32, 33) herum angeordnet ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dichtelement (35) aus einem PTFE- Material besteht.

4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das elastische Element ein O- Ring (37) aus einem Elastomermaterial ist.