DE2444825B2 - Spindelantrieb mit Abdichtung für Hochdruck- Absperr- und Regelventile insbesondere für hohe Drücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb mit Abdichtung für Hochdruck-Absperr- und Regelventile mit einem zweiteiligen Ventilkörper und einer geteilten Spindel sowie mit federnden Spannmitteln für die Dichtpackung.

Die Spindeln von Absperr- und Regelorganen, das sind im allgemeinen Ventile und Schieber, werden meist mittels Stopfbuchs- oder Nutringpackungen gegen die Gehäusewand der Armatur abgedichtet. Diese Dichtpackungen werden über ein ringförmiges Stück, die sogenannte Brille, mittels Schrauben gegen die Dichtflächen gepreßt bzw. unter Spannung gebracht Zum Anziehen und später zum Nachstellen der Spannmuttern, Preßschrauben oder Überwurfmutter, sind in dem das Antriebsende der Spindel aufnehmenden Gehäuseteil, der sogenannten Laterne, hinreichend große öffnungen bzw. Fenster erforderlich. Diese Fenster sind beim Einsatz der Armatur in Chemieanlagen oder ganz allgemein in der Umgebung korrosiv wirkender Stoffe, bei hoher Luftfeuchtigkeit und bei großem Schmutzanfall erheblich nachteilig, weil sowohl wesentliche Bereiche der Spindel wie auch ihre Dichtpackung dem korrosiven Angriff in erhöhtem Maß unterliegen. Die Verwendung empfindlicherer Dichtpackungen oder präzise ausgeführter Kupplungsglieder zwischen dem auf- und abwärts bewegten Spindelabschnitt in der Stopfbüchse und dem rotierenden Spindelabschnitt am Antriebsende ist aus dem gleichen Grund unzweckmäßig. Die Verwendung einer ungeteilten Spindel, bei der auch der in der Dichtungspackung befindliche Spindelabschnitt gedreht wird, verbietet sich an Hochdruckventilen wegen der hohen Reibungskräfte der Dichtpakkung gegenüber der Spindel.

Aus der DT-PS 9 72 297 ist eine Abdichtung für Hochdruckventile in verschiedener Ausführungsform mit zwei- und dreiteiligem Gehäuse bekannt, die mit jeweils einem nichtrotierenden inneren und einem äußeren rotierenden Spindelabschnitt ausgerüstet sind, wobei gegenüberliegende Stirnflächen der Spindelabschnitte sich auf einer Kugel abstützen. — Soweit nicht Sacklochbohrungen zur Aufnahme der Kugel in einem der Spindelabschnitte ausgeführt werden, sondern ein separates Kupplungstück zur Anwendung kommt, ist dieses einteilig ausgeführt und außen im Kopfstück des Ventils nicht exakt geführt Anstelle einer Stopfbuchspackung von für anstehende hohe Drücke hinreichender Länge sind bei jenen bekannten Ventilen lediglich Dichtungsschiiben vorgesehen, die durch den Druck einer Feder über einen Federteller belastet sind. — Für Hochdruckventile in den genormten Druckstufen 325 und 700 bar sind derartige Spindelführungen und Dichtungspackungen für den nichtrotierenden Spindelabschnitt nicht einsetzbar.

Aus der FR-PS 15 81 742 ist es andererseits für Ventile bekannt, eine die Spindel umgebende mehrteilige bzw. mehrschichtige Dichtungspackung über eine zwischengeschaltete Stopfbuchsbrille durch ein Tellerfederpaket zu belasten, um bei längerem Betrieb die Aufrechterhaltung der Dichtkräfte zu gewährleisten. Ferner ist im Sinne des Einsatzes des Ventils bei hohen Temperaturen der das Tellerfederpaket aufnehmende Raum mit einem schmelzbaren Ring ausgestattet, dessen Schmelztemperatur in Abhängigkeit von der Einsatztemperatur gewählt wird. Eine Schmiermittelfüllung für den Raum des Federpakets und demjenigen der geschichteten Dichtungselemente ist nicht vorgesehen.

Schließlich sind aus der DT-OS 22 52 532 und der US-PS 30 87 735 bereits Dichtpackungen für Ventilspindeln bekannt, die aus stapelbaren Nutringmanschetten bestehen und nach dem paketartigen Zusammenbau eine höhere axiale Verdrängung durch eine Stopfbuchsbrille ermöglichen als eine z.B. aus Asbestschnüren gewickelte Stopfbuchspackung. — Soweit jene bekannten geschichteten Nutringmanschetten mit dem Druck einer Feder belastet sind, wird dieser auf das äußere antriebsseitige Ende der im übrigen ungeteilten Spindel ausgeübt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Spindelabdichtung für Absperr- und Regelorgane nach Hochdrucknorm zu schaffen, z. B. für die Druckstufen 325 und 700 bar, die folgende Forderung erfüllt:

Die wartungsfreie Betriebszeit ist

a) für die Dichtpackung und

b) für die Spindelkupplung zwischen dem inneren nicht rotierend bewegten Spindelteil und dem äußeren drehbaren Teil um 50 bis 100% zu erhöhen,

c) die Baulänge bzw. Bauhöhe des Ventils ist in Achsrichtung der Spindel um 15 bis 20% gegenüber herkömmlichen Hochdruck-Eckventilen und -Durchlaufventilen zu kurzen, wobei diese Forderung wegen der notwendigen Zugärjglichkeit an den Flanschen im wesentlichen nur im Bereich des Kopfstücks für den Spindelantrieb erfüllbar ist,

d) das Kopfstück für den Spindelaufsatz ist für die Aufnahme einer von außen nicht angreifbaren Fettfüllung geschlossen auszuführen. ι ο

Für Hocbinjck-Absperr- und Regelventile wird diese Aufgabe — ausgehend von einem Spindelantrieb bestehend aus einem zweiteiligen Ventilkörper (Ventilgehäuse und Kopistück) und einer geteilten Spindel, deren innerer das Verschlußstück tragender, eine Dichtpackung durchsetzender, ohne Drehung hubbeweglicher Abschnitt über eine Kupplung mit zwischengeschalteter Kugel mit dem äußeren drehbaren Gewindeabschnitt dec Spindel verbunden ist, sowie mit federnden Spannmittel für die Dichtpackung — erfindungsgemäß geiöst durch die Kombination folgender teilweise an sich bekannter Merkmale:

a) die Dichtpackung ist von der Antriebsseite der Spindel her im Bereich des ohne Drehung hubbeweglichen Spindelabschnitts durch ein Tellerfederpaket belastet,

b) die Spindelabschnitte stützen sich im Inneren des Kopfstücks an ihren konkav ausgebildeten Stirnflächen auf der Kugel ab und sind durch im Querschnitt U-förmige, in Nuten an den Spindelabschnittsenden eingreifende Halbschalen miteinander gekuppelt, wobei die Mantelflächen der Halbschalen mittel- oder unmittelbar im Kopfstück geführt sind,

c) der Hubraum des Tellerfederpakets und der benachbarte Bewegungsraum der der Spindelführung dienenden Außenflächen der Halbschalen einschließlich der Kugel bilden einen gemeinsamen und außen abgeschlossenen Raum für eine Schmiermittelfüllung.

Das Ventilgehäuse nimmt als federbelastete Dichtpackung entweder geschichtete Nutringmanschetten auf oder einen einteiligen zylindrischen Dichtkörper aus nachgiebigem Werkstoff, in dessen Innen- und Außenfläche schräg verlaufende, ringförmige Nuten eingeformt bzw. eingearbeitet sind.

Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein als Eckventil ausgeführtes geschmiedetes Ventilgehäuse 1 mit Schraubflanschen nach Hochdrucknorm. Das den äußeren Spindelantrieb aufnehmende geschlossene Kopfstück 2 ist mit dem Gehäuse 1 ebenfalls verschraubt. Um den im Inneren in der Dichtpackung 3 ohne Drehung bewegten Teil 4a der Spindel mit dem Schließkegel 5 und den mittels eines Gewindes im Kopfstück 2 drehend bewegten Teil Ab der Spindel gebildeten Antrieb mit geringer gegenseitiger Reibung zu kuppeln, sind in die gegenüberliegenden Enden der Spindelteile ringförmige Nuten und unmittelbar an den Stirnflächen kugelige Vertiefungen eingearbeitet Zum Zusammenbau des Ventils mit seinen Antriebsteilen werden auf den inneren Teil 4a der Spindel zunächst die büchsenförmigen Paßstücke 6 mit zwischengelegter Dichtpackung 3 aufgeschoben und dann ein Tellerfederpaket 7 vorgelegt. Die Federkraft dieses Tellerfederpakets ist so bemessen, daß der auf die Dichtpackung 3 nach dem Zusammenbau des Ventils ausgeübte Preßdruck stets größer ist als die durch den Systemdruck des abzusperrenden Mediums auf die Packung 3 ausgeübte Kraft Das Teilerfederpaket 7 bewirkt ferner bei werkstoffbedingten größeren Maßänderungen der Packung, die sich bei wechselnden Temperaturen einstellen, einen Dehnungsausgleich. — Zur Kupplung der Spindelteile 4a, Ab wird zunächst die Kugel 8 eingefügt, sodann mit Hilfe der im Querschnitt U-förmig profilierten Halbschalen 9a, 9b, die in die Nuten an den Spindelenden eintreten, beide Spindelteile gekuppelt und das im Inneren mit einer dimensionierten zylindrischen Bohrung versehene Kopfstück 2 aufgeschraubt Der Außendurchmesser der zylindrischen Halbschalen 9a, 9b ist so kalibriert, daß unmittelbar in der zylindrischen Bohrung des Kopfstücks 2 nur ein enger Ringspalt zum Durchtreten einer Fettfüllung verbleibt Die Halbschalen 9a, 9b können jedoch bei einer nur wesentlich anderen Ausführungsform auch mittelbar im Kopfstück 2 geführt sein, wenn z. B. zwischen ihrer Mantelfläche und der Innenwandfläche des Kopfstücks noch eine Spannmutter angeordnet ist, mit der die Packung 3 und das Tellerfederpaket auch einstellbar unter Spannung gesetzt werden kann. Nach dem Verschrauben des Kopfstücks 2 mit dem Ventilgehäuse 1 nehmen dann die gekuppelten Spindelteile 4a, Ab und die Dichtpackung 3 mit den Paßstücken 6 und dem Tellerfederpaket 7 die in F i g. 2 vergrößert dargestellte Funktionslage in einem nach außen abgeschlossenen Raum ein, in den über mit Stopfen zu versehende Bohrungen 10 die Fettfüllung eingebracht werden kann. Diese Fettfüllung wird beim Betätigen des Ventils mittels des Handrads 11 oder eines Stellmotors im Innenraum des Kopfstücks 2 intensiv verdrängt, so daß die Kugel und auch das Tellerfederpaket 7 ihre Bewegungen über lange Betriebszeiten hinweg auf gefetteten Flächen ausführen können und die Dichtpakkung 3 unter angemessener Preßspannung hält

Als federbelastete Dichtpackung 3 kommen für die oben beschriebene Ausführung des Hochdruckventils beschichtete Nutringmanschetten bekannter Art in Betracht Es haben jedoch Praxisversuche gezeigt, daß die Standzeit der Dichtpackung 3 noch weiter erhöht werden kann, wenn einteilige Dichtringe verwendet werden, wie sie in den Fig.3 und 4 im Querschnitt dargestellt sind. Diese Dichtringe bestehen aus den üblichen nachgiebigen Werkstoffen, deren Auswahl nach den Gegebenheiten, wie Temperatur, Druck, Korrosionsfestigkeit usw., erfolgt Zur Gewährleistung der Verdrängung der Dichtpackung gegen die Spindel 4a unter der Last des Tellerfederpakets 7 sind in die inneren und äußeren Flächen der einteiligen Packungszylinder 3a Nuten 12 eingearbeitet bzw. eingeformt, deren Richtung schräg zur Längsachse verläuft. Die ringförmigen Nuten 12 können gemäß F i g. 3 innen und außen gegeneinander versetzt sein oder aber, wie es F i g. 4 zeigt, innen und außen auf gleicher Höhe liegen, so daß symmetrische oder asymmetrische Dichtlippen 3b entstehen. Beim Zusammenpressen der Dichtung werden die Dichtlippen 3b nach außen und innen gedrückt und dabei an die zu dichtenden Flächen der Spindel und des Gehäuses angelegt Der Innendruck verstärkt diese Wirkung. Die einteilige Dichtung 3a hat an beiden Stirnseiten ebene Flächen. Dabei sind die bei den Nutringen üblichen Grund- und Deckringe mit profilierten Stirnflächen nicht erforderlich. — Die Länge der einteiligen Dichtuung 3a ist genau bestimmt; es können sich nicht die Herstellungstoleranzen einer Vielzahl von Ringen addieren oder bei der Montage eine falsche Anzahl von Ringen eingebaut werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Spindelantrieb mit Abdichtung für Hochdruck-Absperr- und Regelventile, bestehend aus einem zweiteiligen Ventilkörper (Ventilgehäuse und Kopfstück) und einer geteilten Spindel, deren innerer, das Verschlußstück tragender, eine Dichtpackung durchsetzender, ohne Drehung hubbeweglicher Abschnitt Ober eine Kupplung mit zwischengeschalteter Kugel mit dem äußeren drehbaren Gewindeabschnitt der Spindel verbunden ist, sowie federnden Spannmitteln für die Dichtpackung, gekennzeichnet durch die Kombination folgender teilweise an sich bekannter Merkmale:

a) die Dichtpackung (3) ist von der Antriebsseite der Spindel (4a, 4b) her im Bereich des ohne Drehung hubbeweglichen Spindelabschnitts (4ajdurch ein Tellerfederpaket (7) belastet,

b) die Spindelabschnitte (4a, Ab) stützen sich im Inneren des Kopfstücks (2) an ihren konkav ausgebildeten Stirnflächen auf der Kugel (8) ab und sind durch im Querschnitt U-förmige, in Nuten an den Spindelabschnittsenden eingreifende Halbschalen (9a, 9b) miteinander gekuppelt, wobei die Mantelflächen der Halbschalen mittel- oder unmittelbar im Kopfstück geführt sind,

c) der Hubraum des Tellerfederpakets (7) und der benachbarte Bewegungsraum der der Spindelführung dienenden Außenflächen der Halbschalen (9a, 9b) einschließlich der Kugel (8) bilden einen gemeinsamen nach außen abgeschlossenen Raum für eine Schmierniittelfüllung.

2. Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtpackung (3) geschichtete Nutringmanschetten vorgesehen sind.

3. Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichipackung (3) als einteiliger zylindrischer Dichtkörper (3a) aus nachgiebigem Werkstoff ausgebildet ist, in dessen Innen- und Außenflächen schräg verlaufende ringförmige Nuten (12) eingeformt bzw. eingearbeitet sind (Fig.3,Fig.4).

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