DE2008765A1 - Selbstreinigendes Hochleistungsventil - Google Patents

Description

• Selbstreinigendes Hochletstungsteptil Die Erfindung betrifft ein Durchflussrogel- und Absperrventil mit selbstreinigenden, dichtenden Ringkenen, die so speziflsch ausgestaltet sind, dass sie besonders hohe Anforderungen durch ox@ treme Druckminderungs-, Regelgenauigkeits- und Verunreinigungsbedingungen bei Flüssigkeiten und Gasen erfüllch, - was mit den bisherigen ähnlichen Kontrollorganen nicht möglich war.
• Selbstreinigende Ringkonen-Ventile wurden insbesondere als "Cone Labyrinth Valves" nach US-Patent 3,185,430 bekannt. Ihre Vorteile erstreckten sich hauptsächlich auf Anwendungsgebiets für verflüssigte Gase, geschmolzone Metalle, Festkörper-Susp@@sionen u.ä. Die hier als Dichtelemente dienenden konusring-förmigen Lippen erbrachten gegenüber konventionellen Teller/Sitz-Aggregaten einen technischen Fortschritt, der jedoch durch ihren einfachen Aufbau beschränkt war. Bereits mittlere Ventilleistungen z.B.
• machten Kompromisse notwendig zwischen dem beherrschbaren Verumreinigungsgrad der Förderflüssigkeit und dem erlaubten Höchstdruck; ein erweitertes Drosselgefälle wiederum engte die Regelgenauigkeit ein.
• Fig.1) Diese Begrenzungen werden nun mit der vorliegenden Erfindung durchbrochen. Die Lösung liegt in der universellen, den Extrembedingungen speziell angepassten Durchgestaltung des Ringkonen-Systems (1,2). Im Wesentlichen wird diese Aufgabe druch theoretische Aufteilung der inneren Ventilfunktion in Drosselung, Dichtflächen-Reinigung und Dichtschluss erleichtert. Die @inzelnen, nach der Aufspaltung erzielten Lösungselemente, -(@ die gleichzeitig die Gesamtheit der Patent-Unteransprüche darstellen)-, hängen z.T.
• voneinander ab, können jedoch in beliebiger Kombination, je nach Problemstellung zum Einsatz gebracht werden. Im Folgenden sind die Teilelemente beschrieben: Fig.2) Mit Hinblick auf die Drosselfunktion bestand bi@her das Problem der Unstetigkeit des Regelprogramms infolge der Di@htlippen-Flexibilität. Während des Ventilöffnens "klebte" anfänglich die von stromaufwärts her hydraulisch belastete Lippe eines di@htenden Ringkonus' an der strorabwärtigen Gegenlippe (Ringhemmung); @.h.
• trotz initialen @ffnungshubes ergab sich sol@nge kein freier Strömungsquerschnitt, bis schliesslich die angepresste Lippe verspätet "abschnappte". Diese Unstetigkeit trat jedoch nicht in umgekehrter Richtung beim Ventilschliessen auf. Das Regelprogramm zeigte also eine unerwünschte Hysteresis. Erfindungsgemäss wird nun diese dadurch vermieden, dass die stromabwärtigen Lippen (3) im Verhälthis zu den stromaufwärtigen (4) mit einer höheren Gestalt- und Material@ -Elastizität ausgestattet sind, d.h. unter hydraulischer Belastung sich stärker verformen und das Bestreben haben, sich abzuheben.
• F1g.3) Die Drossel@irkung verbessert slch dadurch, das sie, von der Dichtfunktion getrennt, besonderen Ringkonen zugeordnet wird. Im Verhältniss zu den Dicht-Ringkonen (3,4) sind die Dr@ssel-Ringkonen (5,6) massiger, erosions- und wärmeleitungs-technisch überlegener gestaltet, um den Hauptteill der Energievernichtung besser tragen zu können, Sie sitzen konzentrisch zu den Dicht-Ring@@-nen, die selbst wieder für ihren Zweck spezifisch konstruiert sind.
• Die unabhängig von der Drosselfunktion behandelte Teilaufgabe des Dichtens wird weiterhin unterteilt; in ein reinigendes Vorberei ten der Kontaktflächen und in den endgültigen eigentlichen Di@htschluss. Die bekannten Arten von Lippenringen einschliesslich der Ringelemente des Konus-Labyrinth-Ventils eignen sich in verschiedenem tasse als Werkzeuge zum Reinigen. Letzteres heisst: Fremdkörperteilchen im Dichtmechanismus unwirksam zu machen; es wurde meistens mehr oder weniger vollkommen durch Zerdrücken und Wegschieben derselben erzielt. Erfindungsgemäss wird eine zusätzliche, wirksamere Bekämpfung des Verunreinigungs-Problems und damit eine erhebliche Verbesserung der Ventilleistunp; durch die Massnahmen der Zurückhaltung von Fremdkörpern (Fig.4), deren Zer"scherung" - falls notwendig - (Fig.5) und durch das "Fein"schaben der Dichtfläche (Fig.6) ermöglicht.
• Fig.4) Konventionelle Konusformen (3,4) haben den Nachteil, dass sie eingefangene Kontamination (9) beim Ventilschliessen weiterhin zusammenpressen können (Fig.4a). Dies lässt sich verhindern (Fig.4b), wenn der schabendo Konus (3) in Durchflussrichtung so angeordnet; wird, das sein Freiwinkel (7) (zur Flanke des gegenüberliegenden Konus (4) ) grösser als der Eingriff@@@nkel (8) (zwischen dieser Flanke und der Hubrichtung) ist, Die innere Flanke des schabenden Konus (3) bewegt sich so während des Schliessens von einem etwaig angesammelten Fremdkörperkuchen (9) hinweg Letzterer wird beim nächsten @ffnungszyklys fortgespült.
• Fig.5) Faserförmige Beimischungen des strömenden Mediums (z.B. Zellulosebrei, Asbest oder Metallwolle-Fäden in Reibbelagpasten usw.) verursachen besondere Schwierigkeiten in Ventilen, Eine Beeinträchtigung der Dichtfunktion lässt sich durch Zer"scherung" dieser Fasern vermeiden. Es geschieht durch "ziehenden" Schnitt der als Doppel-Ringmesser sich begegnenden Teller/Sitz-Sonen, Zu diesem Zweck ist die Schneidenkontur mindestens eines Ringkonus-Partners aus einer Kreisebene heraus wellenförmig so gestaltet, dass zwei (Fig.5a) oder mehr (Flg,5b) Nuandernde" Scherpunkte (10,11,12,13) entstehen, wenn sich das Ventil schliesst.
• Fig.6) Der kleinste Partikeldurchmesser, der ohne Gefahr des Untergezogenwerdens gerade noch von einer schabenden Ringkonenschneide verdrangt werden kann, hängt von der Gröase des Schneidenradius' ab. Dieser lässt sich bei vorgegebener Dichtkraft nicht beliebig verkleinern, ohne zu unzuträglichen Flächenpressungen zu führen.
• Eine aus Gründen verbesserter Dichtflächen-Reinigung sehr wünachenswerte extreme Schärfe der Schneide ist jedoch dann möglich, wenn letztere von der Aufgabe des Dichtens entlastet wird. Dieses übernimmt jetzt erfindungsgemäss ein besonderer, unterhalb der Schneidkante (14) angeordneter Ringwulst (15), der mit eigener, definierter Kontaktfläche und -kraft konsekutiv nach der Schneide zum Eingriff kommt (Fig.6b), während jene infolge ihrer grösseren separaten Eigenflexibilität ausweichen und ihre Flächenpressung begrenzen kann.
• Fig.7) Reinigungsschneide und Dichtwulst mögen aus Herstellungs- oder Funktionsgründen aus verschiedenen Teilen (16,17) und Materialien zusammengestzt sein.
• Ein mit der Kombination: Superschneide/Ringwulst ausgestattetes Dichtkonensystem erlaubt einen störungsfreien Dauer-Ventilbetrieb auch unter den Bedingungen feinkörniger Verunreinigungen des Durch strömmediums.
• Fig.8) Je zwei sich berührende Paare von Dichtkonen bilden eine Ringkammer (18), die Gas oder Flüssigkeit unter Druck ein schliessen kann. Bei Zersetzungsmöglichkeit des Kammermediums unter unbekannter, ungewöhnlicher Drucksteigerung besteht ein Problem, das erfindungsgemäss durch konsekutiven Kontakt und genau bemessene Elastizität der Mehrfachschneiden gelöst wird. Die nicht-gleichzeitige Dichtberührung benachbarter Ringkonenpaare lässt sich durch deren unterschiedliche Profilhöhen (19), Eingriffswinkel (20) oder Radialteilung (21) erzielen. Bei initialem Druckabriegeln vorzugsweise der mittleren Kammer sind deren Konuswände durch den Druck in den nachfolgend geschlossenen Nachbarkammern teilweise entlastet.
• Zusätzlich kann stromauf- oder stromabwärts eine abgestufte Slcherheitsventil-Wirkung von Kammer zu Kammer durch Betonung der Schneidennachgiebigkeit vorgesehen werden.
• Lebensdauer und Dichtvollkommenheit der Ringkonen lassen sich durch Oberflächenbehandlung, die die elastischen Eigenschaften des Kernmaterials nicht verändern, erhöhen. Es kommen Verfahren wie Härten, Diffundieren, Schichtumwandlung usw, zur Verminderung der Reibung und des Verschleisses infrage, Bei extremer Korrosions- und Erosionsbeanspruchung hat sich erfindungsgemäss die Anwendung von Ober flächenschichten aus Mo-Sulfid, Chromkarbid Ni-Fluorid, Elektrographit und Elektrooxyd insbesondere in den Kontakt zonen als vorteilhaft erwiesen.

Claims (1)

1. Selbstreinigendes Hochleistungsventil

   Patentansprüche 1.) Selbstreinigendes Hochleistungsventil zur Durchflussregelung und Absperrung von Flüssigkeiten und Gasen, ausgerüstet mit einem oder mehreren Paaren von dIchtenden, schneidenförmigen Ringkonen als Teller/Sitz-Aggregat, dadruch gekennzeichnet, dass die Ventilaufgabe in Drossel-, Kontaktflächen-Reinigungs- und Dichtschlussfunktion unterteilt wird und zwar durch spezifische Anordnung, Eingriffsfolge, Massenausstattung und Elastizitätsverteilung der Ringkonen mit wellenförmiger Schneidenkontur und wulstigem Querschnittsprofil,- wobei die konstruktiven Sondermassnahmen einzeln oder in Kombination auftreten können.

   2.) Ventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität der stromaufwärts liegenden Ringkonen (z,B, des Tellers) geringer gewählt ist als die der stromabwärts liegenden Konen (z,B, des Sitzes).

   3.) Ventil nach Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnct, dass verschiedene Ringkonen mit voneinander abweichender Massigkeit und Schneidenschärfe im gleichen Dichtaggregat angeordnet sind.

   4.) Ventil nach Ansprüchen 1 bis 3 durch gekennzeichnet, dass die vorzugsweise in Strömungsrichtung schliessenden Dichtschneiden-Konen einen Freiwinkel besltzen, der grösser als der Eingriffswinkel ist.

   5.) Ventil nach Anssprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidenkonturen der Ringkonen aus einer geometrischen Ebene wellenförmig so herausgehoben sind, dass mit den Jeweiligen Gegenkonen ein "ziehender" Schnitt mit wandernden Scherpunkten sich ergibt.

   6.) Ventil nach Anspriichen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass mit besonders scharfer Schneide ausgebildete Rlnglçonen im geringen Abstand von ihrer hochelastischen Berührungskanten-Zone einen Ringwulst aufweisen, der konsekutiv zum Eingriff kommt und unter eigener Flächenpressung bevorzugt dichtet,- separat von der gering gelastetcn, mehr zur Vorreinigung dienenden Schneide 7.) Ventil nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass sich Ringwulst und Ringschneide als separate Teile, vorzugsweise aus verschiedenen Materialien zu einem Dichtkonus zusammensetzen.

   8..) Ventil nach Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass konzentrisch mehrfach angeordnete Ringkonen-Paare nicht gleichzeitig sondern nacheinander dichten infolge unterschiedlicher Elastizitäten, Profilhöhen, Eingriffswinkel oder Radialteilung.

   9.) Ventil nach Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkonen eine Behandlung wie Härten, Diffundieren, Schichtumwandlung oder eine sonstige bekannte Oberflächenvergütung dergestalt erfahren, dass vorzugsweise in den Kontaktzonen Stoffe wie Mo-Sulfid, Chromkarbid, Nickelfluorid, Elektrographit, Elektrooxyd u.ä. abgesetzt werden.