DE2811035C2 - Feuersichere Ventildichtungseinrichtung - Google Patents

Description

— einen mittleren, aus der Nutöffnung heraustre- Die Erfindung betrifft eine feuersichere Ventildichtenden Sitzteil, der in einer Umfangssitzfläche tungseinrichtung, mit einem Durchlaß eines Ventilgefür die Dichtfläche des Drehorgans endet, häuses zur Abdichtung mit einer Dichtfläche eines

— zwei sich in der Ringnut axial von dem Sitzteil 15 Drehorgans angeordneten metallischen Dichtungsring, beidseitig erstreckende Schultern, der sich in einer im wesentlichen T-förmigen, sich radial

— sowie von den Schultern im wesentlichen radial in das Ventilgehäuse erweiternden Ringnut befindet und nach außen abstehende Ringwände auf- und der

weist, die sich gegen die Seitenwände der Ringnut abstützen, 20 — einen mittleren, aus der Nutöffnung heraustreten-

— und mit einem sich am Nutgrund abstützenden den Sitzteil, der in einer Umfangssitzfläche für die Gegenring aus weichelastischem Material, der Dichtfläche des Drehorgans endet,

auf die äußere Umfangsfläche des Dichtungs- — zwei sich in der Ringnut axial von dem Sitzteil beid-

rings drückt, seitig erstreckende Schultern,

25 — sowie von den Schultern im wesentlichen radial und

dadurch gekennzeichnet, daß die Schul- nach außen abstehende Ringwände aufweist, die tern des Dichtungsrings (28, 56) durch ein zylindri- sich gegen die Seitenwände der Ringnut abstützen, sches Schulterteil (29) gebildet sind, von dessen inne- und mit einem sich am Nutgrund abstützenden Gerer Umfangsfläche (30) eine Umfangsrippe (43) aus- genring aus weichelastischem Material, der auf die geht, die den Sitzteil bildet, der auf seiner inneren 30 äußere Umfangsfläche des Dichtungsrings drückt Umfangssitzfläche (44) eine sich in den Dichtungsring (28) hinein erweiterende Ümfangsnut (45) auf- Zunehmend strenge Umweltschutzvorschriften für weist, in die ein Sitzring (46,54) aus einem weicheren Petroleumbohr- und Verarbeitungsanlagen machen feu-Material als das Dichtungsringmaterial im wesentli- ersichere Ventile erforderlich, die auch bei Feuer eine chen formschlüssig eingefügt ist, wobei der Sitzring 35 zuverlässige Abdichtung gewährleisten.
(46) über die Umfangssitzfläche (44) des Dichtungs- Beispielsweise bestehen Prüfvorschriften für ein Kurings (28) aus der Ümfangsnut (45) hinausragt und gelventil mit einem Weichsitz. Nach Einwirkung von mit seiner radialen Innenfläche eine primäre Ventil- Prüftemperaturen, die den Weichsitz vollständig zerstösitzfläche (47) für den Normalbetrieb bildet, wäh- ren, darf das Ventil anschließend bei vollem Auslerend die Umfangssitzfläche des Dichtungsrings erst 40 gungsdruck eine Leckrate von nicht mehr als 10 ml/Min, bei Beschädigung des Sitzringes (46) gegen die pro 25,4 mm (1 Inch) Ventildurchmesser haben.
Dichtfläche des Drehorgans abdichtet. Die US-PS 36 42 248 beschreibt eine Ventildichtungs-

2. Ventildichtungseinrichtung nach Anspruch 1, einrichtung in Form eines mit Schultern versehenen dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (28, Verschleißringes, der in einer hinterschnittenen Um-56) aus rostfreiem Stahl hergestellt ist 45 fangsnut gehalten ist. Hierbei besteht die feuersichere

3. Ventildichtungseinrichtung nach Anspruch 1 Ventildichtungseinrichtung aus einem im wesentlichen oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material abgestuften U-förmigen, mit Schultern und sich daran des Sitzringes (46) ein elastisches nichtmetallisches anschließenden Ringwänden versehenen Verschleiß-Material enthält. ring, der in einer Ringnut im Durchlaß eines Ventilgc-

4. Ventildichtungseinrichtung nach Anspruch 1 50 häuses angeordnet ist. Diese Ringnut ist T-förmig ge- oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzring staltet und weist mit ihrer sich verengenden öffnung (46) aus metallischem Material hergestellt ist radial nach innen. Die Umfangsrippe des Verschleißrin-

5. Ventildichtungseinrichtung nach einem der An- ges, der von den Schultern radial nach innen absteht, sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ragt durch diese öffnung hindurch und bildet einen Sitz Ümfangsnut (45) in der Umfangsrippe (43) des Dich- 55 für eine Dichtungsfläche eines Ventildrehorgans. Der tungsringes (28) im Querschnitt schwalbenschwanz- Sitz weist Sitzfläche auf, die stärker gekrümmt ist als die förmig gestaltet ist und der Querschnitt des Sitzrin- Dichtungsfläche, so daß umlaufende scharfe Kanten an ges (52) eine dazu komplementäre Trapezform auf- den axialen Rändern der Sitzfläche gebildet sind, die weist. durch eine radiale Vorspannung des Verschleißrings

6. Ventildichtungseinrichtung nach einem der An- 60 fest gegen die Dichtungsfläche gedrückt werden. Die sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventildichtungseinrichtung weist ferner einen sich am Ümfangsnut (45) in der Umfangsrippe (43) des Dich- Nutgrund abstützenden Gegenring auf, der gegen die tungsringes (28) im Querschnitt schwalbenschwanz- äußere radiale Umfangsfläche des Verschleißringes förmig gestaltet ist und der Sitzring (46) einen dazu drückt. Die von den Schultern radial nach außen abstekomplementären V-förmigen Querschnitt aufweist, 65 henden Ringwände stützen sich an den seitlichen Wänwobei der Sitzring (46) durch Zusammendrücken der den der Ringnut ab und dichten aufgrund einer axialen freien Enden seines V-Qucrschnitts durch die öff- Vorsprannung des metallischen Verschleißringes seitnung der Ümfangsnut (45) einsetzbar ist. Hch ab. Eine derartige feuersichere Ventildichtungsein-

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richtung dichtet radial durch die Metall-auf-Metall-Be- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine feuer-

rührung der beiden umlaufenden Kanten der Sitzfläche sichere Ventildichtungseinrichtung der eingangs ge-

in Verbindung mit einer radialen Vorspannung des Ver- nannten Art zu schaffen, die im Normalbetrieb eine ho-

schleißringes ab und hat den Nachteil eine höhere Leck- he Standzeit aufweist, und selbst bei Feuereinwirkung

rate aufzuweisen als Verschleißringe, die mit elastischen 5 eine geringe Leckrate aufweist

Kunststoffmaterialien kombiniert sind. Ferner ergibt Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorsieh durch die radiale Metall-auf-Metall-Bcrührung ein gesehen, daß die Schultern des Dichtungsrings durch ein hoher Verschleiß, so daß die Verschleißringe und die zylindrisches Schulterteil gebildet sind, von dessen inne-Drehorgane nur eine geringe Standzeit aufweisen. rer Umfangsfläche eine Umfangsrippe ausgeht, die den

Eine feuersichere Ventildichtungseinrichtung für ein io Sitzteil bildet, der auf seiner inneren Umfangssitzfläche Kugelventil (US-PS 33 46 234) besteht aus einem rohr- eine sich in den Dichtungsring hinein erweiternde Umförmigen Rückhalteteil, einer Tellerfedern, einem metal- fangsnut aufweist, in die ein Sitzring aus einem weichelischen Dichtring, einem hülsenförmigen Sitzkörper und ren Material als das Dichtungsringmaterial im wesentlieinem in einer Axialnut in der Stirnfläche des Sitzkör- chen formschlüssig eingefügt ist, wobei der Sitzring pers eingelassenen Axialdichtring besteht Eine derarti- 15 über die Umfangssitzfläche des Dichtungsrings aus der ge Ventildichtungseinrichtung folgt einem völlig ande- Umfangsnut hinausragt und mit seiner radialen Innenren Dichtungsprinzip, gemäß dem bei einem kugelför- fläche eine primäre Ventilsitzfläche für den Normaibemigen Drehorgan die Abdichtung über zwei axial auf trieb bildet, während die Umfangssitzfläche des Dichdie Kugelflächen drückende Axialdichtungen erfolgt tungsrings erst bei Beschädigung des Sitzringes gegen Eine derartige Dichtung ist nur wirksam, wenn ein stan- 20 die Dichtungsfläche des Drehorgans abdichtet
diger axialer Druck aufgebracht wird. Das bedingt aber Eine derartige Ventildichtungseinrichtung weist eine auch einen ständigen Kontakt der Sitzfläche mit der primär abdichtende Ventilsitzfläche aufgrund des Sitz-Dichtfläche. Darüber hinaus ist mit einer derartigen rings auf, die im Normalbetrieb wirksam ist, und dar-Ventildichtungseinrichtung keine zusätzliche dynami- über hinaus einen sekundär abdichtenden Ventilsitz aufsehe Abdichtung möglich, die den Betriebsmitteldruck 25 grund der Umfangskanten der Sitzfläche des Bichtungszur Unterstützung der Abdichtkräfte ausnutzt. Bei ei- rings, die erst in einer Notbetriebssituation, z. B. im nem Drosselklappenventil kann eine solche Ventildich- Brandfall oder hei Beschädigung des Sitzrings durch tungseinrichtung überhaupt nicht verwendet werden, da hohe Temperaturen wirksam sind. Durch den Sitzring der elastische Axialdichtring beim Schwenken der Dros- "werden die scharfkantigen Umfangskanten der metalliselklappe oder nach dem Schwenken der Drosselklappe 30 sehen Sitzfläche des Dichtungsrings von der Dichtfläche aus der Sitzflächenebene insbesondere bei Druckturbu- des Drehorgans getrennt und folglich gegen Verschleiß lenzen, wie sie bei der Betätigung von Ventilen regelmä- geschützt. Dadurch können sie in einer Notbetriebsituaßig auftreten, herausfallen würde. tion wegen der nicht dem Verschleiß unterliegenden

Die aus DE-OS 20 55 467 bekannte Ventildichtungs- Umfangskanten/Dichtflächenpaarung eine einwandeinrichtung weist einen metallischen, im Querschnitt 35 freie Abdichtung mit äußerst geringer Leckrate gerechteckigen Sitzring auf, der in einer rechteckigen währleisten. Fällt der Sitzring infolge Zerstörung weg, Ringnut eines Gehäuses eingelassen ist. Im Boden dieser werden die Umfangskanten durch die Radialspannung Nut ist eine weitere rechteckige Nut eingelassen, in die des Dichtrings mit hoher Flächenpressung gegen die ein weichelastischer Ring eingefügt ist, der auf die radia- Dichtfläche gedrückt, wobei der auf die Rückfläche des Ie Außenfläche des metallischen Sitzrings drückt In 40 Dichtrings von der Druckseite her gelangende Betriebsdem metallischen Sitzring sind mit Abstand zueinander mitteldruck die Abdichtung sowohl in axialer als auch in zwei schwalbenschwanzförmige Ringnuten eingelassen, radialer Richtung unterstützt. Dabei wirken die schräg die jeweils einen Dichtring aufnehmen. Die beschriebe- abstehenden Ringwände, die sich axial gegen die Nutne Ventildichtungseinrichtung soll bei Absperrventil- wände abstützen, in der Art eines Rückschlagventils, nennweiten zwischen 100 mm und 3000 mm einsetzbar 45 Dies ist möglich, weil der Dichtring trotz seines massiv sein. Dabei entsteht das Problem, daß der metallische gestalteten mittleren Sitzteils wegen der im mittleren Sitzring nicht mit der abdichtungstechnisch zulässigen Sitzteil eingelassenen Umfangsnut seine axiale Flexibili-Formtoleranz wirtschaftlich herstellbar ist Darüber tat beibehält, die er für die Abdichtung gegen die Seitenhinaus kann ein derart breiter Sitzring selbst bei ge- wände der Ringnut benötigt.

nauester Herstellung nicht immer exakt auf der Dicht- 50 Der Dichtungsring besteht vorzugsweise aus gehärte-

Häche des Drehorgans derart gleichförmig aufliegen, tem rostfreiem Stahl, während der in die Umfangsnut

daß er sicher abdichten kann. Die beschriebene Ventil- eingesetzte weiche Sitzring vorzugsweise aus einem

dichtungseinrichtung weist daher zwei Dichtrinpe auf, elastischen nichtmetallischen Werkstoff, z. B. Polytetra-

die die Feinabdichtung übernehmen, für eine stabile La- fluoräthylen hergestellt ist. Für manche Anwendungs-

ge des metallischen Sitzrings sorgen und weitgehend 55 zwecke kann der Sitzring jedoch aus einem Weichme-

eine Torsion des Sitzrings verhindern. Die Dichtungs- tall, z. B. Blei oder Kupfer bestehen,

ringe dienen in dem Sitzring zur Anpassung an die Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Um-

Dichtfläche. fangsnut des Dichtungsringes einen Schwalben-

Bei dieser Ventildichtungseinrichtung ist der metalli- Schwanzquerschnitt und der Sitzring hat einen ergänsche Sitzring nicht gegen die Seitenwände der Nut ab- 60 zenden massiven Trapezquerschnitt. Eine andere Ausgedichtet. Die Abdichtung zwischen dem Ventilgehäuse führungsform des Sitzringes hat V-förmigen Quer- und dem Sitzring übernimmt allein der weichelastische schnitt, wodurch sich der Sitzring durch Zusammen-Ring. Im Notbetriebsfall werden daher sowohl die drücken der Schenkel des V-Querschniits in die Schwal-Dichtringe als auch der Ring beschädigt, so daß nur der benschv, r.nznut einsetzen läßt. Bei einer dritten bevormetallische Sitzring in Form einer Metall-auf-Metall- 65 zugten Ausführungsform haben die Rippennut und der Dichtung abdichten kann. Da dieser wie erwähnt nicht Sitzring T-förmigen Querschnitt. Diese Ausführungsgegen die Nutwände abgedichtet ist, ist eine derartige form vermittelt einen gesteigerten Widerstand gegen Ventildichtungseinrichtung nicht feuersicher. das Ausblasen des Sitzringes aus der Nut, wenn das

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Ventil unter sehr hohen Druckbedingungen geöffnet werden, indem eine Stopfbüchse 23 und ein Stopfbüchs-

wird. deckel 24 mittels auf Stehbolzen 26 geschraubter Mut-

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die tern 25 nach unten gedrückt werden. Die Ventilstange Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher 14 wird in ihren Buchsen mittels einer nicht gezeichneerläutert. Es zeigt 5 ten Handhabe oder eines Motorantriebes gedreht, die

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines üblichen auf den Vierkantkopf 27 der Stange aufgesetzt sind.

Drehklappenventils zur Aufnahme der verbesserten Aufbau, Funktion und Herstellungsverfahren des er-

Ventildichtungseinrichtung gemäß der Erfindung, findungsgemäßen Dichtungsringes werden anhand der

F i g. 2 einen Teilquerschnitt einer bevorzugten Aus- F i g. 2 bis 7 erläutert.

führungsform des Dichtungsringes in Kombination mit to F i g. 2 zeigt einen Schnitt der zusammengebauten einem üblichen Gegenring in dem Drehklappenventil Dichtungsringanordnung des Drehklappenventils gegemäß F i g. 1 bei geöffneter Ventilklappe, maß F i g. 1 mit einem Dichtungsring 28.

F i g. 3 eine teilgeschnittene Ansicht ähnlich F i g. 2, Der Dichtungsring 28 besteht aus einem zylindrischen

jedoch bei geschlossener Ventilklappe, Schulterteil 29, der von einer inneren Umfangsflächc 30

F i g. 4 eine teilgeschnittene Ansicht ähnlich F i g. 3 15 einer gegenüberliegenden Rückfläche 31 und Enden 32,

zur Veranschaulichung des Dichtringes nach Zerstö- 33 gebildet wird. Zwei Flansche 34, 35 erstrecken sich

rung des weichen Sitzringes und des Gegenringes, von der Rückfläche des Dichtungsringes an den jeweili-

Fig.5 eine geschnittene perspektivische Teilansicht gen Enden 32 und 33. Der Flansch 34 endet in einer

einer abgewandelten Ausfiihrungsform des Dichtungs- Umfangskante 36, die zu der Rückfläche 31 nach hinten

ringes in einem Zwischenstadium der Montage, 20 radialen Abstand aufweist, während der Flansch 35 in

Fig. 5A eine geschnittene perspektivische Teilan- ähnlicher Weise in einer Umfangskante 37 endet,

sieht ähnlich F i g. 5 zur Darstellung der fertigen Ventil- Die Nut 11, in die der Dichtungsring eingelegt ist,

dichtungseinrichtung, besteht aus Seitenwänden 38, 39 und einer Basis oder

F i g. 6 eine geschnittene perspektivische Teilansicht Rückwand 40. Der Abstand zwischen den Seitenwänden

einer weiteren Ausführungsform des Dichtungsringes in 25 38 und 39 ist etwas größer als der Abstand zwischen den

einem Zwischenstadium der Montage, Enden 32 und 33 des Schulterteiles des Ringes 28. Die

F i g. 6A eine geschnittene perspektivische Teilan- Flansche 34 und 35 sind jedoch nach außen gespreizt, so sieht ähnlich F i g. 6 zur Darstellung der fertigen Ventil- daß die Umfangskanten 36,37 im Paßsitz an die Seitendichtungseinrichtung, und wände der Nut 11 angreifen.

F i g. 7 einen Teilquerschnitt der bevorzugten Ausfüh- 30 Der Abstand zwischen den Seitenwänden 38 und 39

rungsform nach F i g. 6A in Kombination mit einem üb- ist ebenfalls größer als die Breite der Nutöffnung, wobei

iichen Gegenring in dem Drehklappenventil gemäß die öffnung zwischen Lippen 41 und 42 gebildet ist, die

Fig. 1 bei geschlossener Ventilklappe. von den jeweiligen Seitenwänden der Nut ausgehen.

Das Drehklappenventil gemäß F i g. 1 enthält einen Eine Umfangsrippe 43 erstreckt sich von der Frontflä-

Ventilkörper 1 in Form einer flachen Ringplatte mit 35 ehe des Schulterteiles 29 des Ringes 28 und endet in

einem Innendurchlaß 2, der einen Einlaß 3 und einen einer inneren Umfangsitefläche 44. Die Breite der Rippe

Auslaß 4 aufweist. Die auslaßseitige Fläche 5 des Ventil- ist kleiner als der Abstand zwischen den Enden des

körpers 1 ist mit einer versenkten Ringaussparung 6 Schulterteiles, so daß zwischen den Seiten der Rippe

zum bündigen Einlassen eines Halteringes 7 mittels und der Nutöffnung Spielraum vorhanden ist

Flachkopfschrauben 8 versehen. Der Haltering 7 dient 40 Eine Umfangsnut 45 (F i g. 4) ist in der Sitzfläche der

der Halterung eines Dichtungs- oder Verschleißringes 9 Umfangsrippe 43 ausgebildet und die Öffnung dieser

und eines Gegenringes 10 innerhalb einer Umfangsnut Umfangsnut ist enger als die Breite der Nut an ihrer

11, die in die auslaßseitige Kante des Durchlasses 2 ein- Basis. Der Querschnitt der Umfangsnut ist vorzugswei-

gearbeitet ist. se schwalbenschwanzförmig. In die Umfangsnut 45 ist

Eine Ventilklappe 12 mit einer umfangsmäßigen 45 ein Sitzring 46 eingefügt Der Sitzring 46 besteht aus Dichtfläche 13 kann in den Durchlaß 2 so eingesetzt einem Material, das weicher als das Metall des Dichwerden, daß sie um eine diametrale Achse zwischen tungsringes ist; vorzugsweise handelt es sich um elastieiner Öffnungsstellung, in der die Ventilklappe im we- sches nichtmetallisches Material, z. B. Polytetrafluorsentlichen parallel zur Achse des Durchlasses 2 verläuft, äthylen. Der Sitzring ist fest in die Nut 45 eingepaßt und einer Schließstellung gedreht werden kann, in der 50 wobei die Seiten und die Basis des Sitzringes an die die Ventilklappe im wesentlichen senkrecht zur Durch- Seiten und die Basis der Nut dicht anliegen. Die Radiallaßachse verläuft, und die Dichtfläche 13 berührt die abmessung des Sitzringes ist größer als die Tiefe der Ventilsitzkonstruktion, die den Verschleißring 9 und den Nut so daß der Ring über die Sitzfläche der Umfangs-Haltering 7 aufweist rippe 43 vorsteht und in einer ersten Ventilsitzfläche 47

Zur drehbaren Lagerung der Ventilklappe in dem 55 endet

Durchlaß zur Drehung zwischen der öffnungs- und F i g. 3 zeigt die Dichtungsanordnung mit in Schließ-Schließstellung dient eine Ventilstange 14, die in oberen stellung befindlicher Ventilplatte IZ Ein Vergleich der und unteren Buchsen 15,16 in einer Bohrung 17 drehbar F i g. 3 und 2 ergibt, daß die Dichtfläche 48 der Ventilgelagert ist die diametral durch den Ventilkörper ge- klappe 12 an die erste Ventilsitzfläche 47 des Dichtungsbohrt ist Die Ventilstange 14 durchquert eine Bohrung 60 ringes mit einer Übermaßpassung anliegt die ausreicht 18. die durch ein diametales Auge 19 auf der einlaßseiti- um den Dichtungsring nach hinten gegen die Basis der gen Fläche der Ventilklappe gebohrt ist Die Ventilklap- Nut 11 zu bewegen. Die Übermaßpassung bewirkt eine pe ist mit der Ventilstange durch Stifte 20 verriegelt radiale Vorspannung, so daß eine im wesentlichen perLecks hinter dem oberen Ende der Ventilstange 14 fekte Abdichtung zwischen dem weichen Dichtungsring werden vermieden durch herkömmliche Ventilstangen- 65 46 und der Dichtfläche 48 erzielt wird. Gleichzeitig packungen, die eine Distanzscheibe 21 und elastische schafft der Gegenring 10 eine gleichgute Dichtung zwi-Packungsringe 22 aufweisen, die in der Bohrung 17 ge- sehen der Basis der Nut 11 und der Rückfläche des gen die Oberseite der Buchse 15 zusammengepreßt Schulterteiles des Dichtringes. Die Funktion des Gegen-

ringes 10 entspricht in dieser Hinsicht derjenigen des in der erwähnten US-Patentschrift offenbarten Gegenringes.

F i g. 4 zeigt eine Dichtungsanordnung nachdem der weiche Sitzring 46 und der Gegenring tO durch übermäßig hohe Temperaturen vollständig zerstört worden sind. Es ist ersichtlich, daß nun ein Dichtungszusammengriff zwischen Dichtfläche 48 und der Ventilplatte von der Sitzfläche 44 des metallischen Dichtringes bewirkt wird. Wichtig ist, daß die Sitzfläche 44 einen kleineren Krümmungsquerradius aufweist, als die Dichtfläche 48 der Ventilplatte. Daher findet nur über die beiden Außenkanten der Sitzfläche 44 eine Berührung statt.

Dieser schmale Berührungsbereich vermittelt hohe Berührungsdrücke und eine ausgezeichnete Abdichtung. Gleichzeitig wird der Nebenweg um die Rückfläche des Dichtungsringes von den vorgespannten Umfangskanten 36 und 37 geschlossen, die gegen die Seitenwände der Nut 11 anliegen.

Um einen nichtmetallischen Sitzring 46 in die schwalbenschwanzförmige Umfangsnut 45 einsetzen zu können, hat der Sitzring gemäß F i g. 2 und 3 einen V-förmigen Querschnitt. Diese V-Form erlaubt ein Zusammendrücken des Sitzringes, damit er durch die enge öffnung der Umfangsnut einführbar ist. Die Nachgiebigkeit des Sitzringmaterials spreizt dann die Seiten des V zu engem Anschluß an die Seiten der Umfangsnut.

Zurückkommend auf F i g. 4 wird darauf hingewiesen, daß in der Rückfläche 31 des Schulterteiles des Ringes 28 eine flache Nut oder Rinne 49 ausgebildet ist. Diese Rinne hilft bei der Zentrierung des Gegenringes 10 in der Nut 11, jedoch liegt ihre wesentlichere Aufgabe in der Erzeugung einer vorbestimmten Dicke des Metalls zwischen der Basis der Umfangsnut 45 und dem Boden der Rinne 49 derart, daß sich eine gewünschte Federelastizität bei der Vorspannung der Flansche des Ringes gegen die Seitenwände der Nut 11 ergibt Die Rippe muß stark sein, damit Raum zur Bildung der Umfangsnut 45 vorhanden ist.

F i g. 5 bis 5a zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel dieses Dichtungsringes, bei dem ein Sitzring mit einem massiven Trapezquerschnitt verwendet wird. Hierdurch ergibt sich ein festerer Sitzringquerschnitt Zur Einfügung eines solchen Sitzringes in die Umfangsnut wird ein Montageverfahren vorgeschlagen, das in diesen Figuren wiedergegeben ist Gemäß F i g. 5 besitzt die Nut in der Sitzfläche 44 des Dichtungsringes 28' nur eine einzige unterschnittene Seitenwand 50. Die andere Seilenwand 51 verläuft zur Basis der Umfangsnut rechtwinklig. Hierdurch entsteht eine Nutöffnung, die zum Einfügen des Sitzringes 52 groß genug ist Nach dem Hinsetzen des Sitzringes wird die Wand 53 der Rippe gegen die entsprechende Seite des Sitzringes 52 gebogen oder angedrückt (Fig.5a). Dies verschafft eine fluiddichte Vereinigung des weichen Sitzringes 52 mit dem Metallring 28'. Außerdem erlaubt es das Einfügen des Sitzringes ohne Spezialwerkzeuge, wodurch sich ein preiswertes Verfahren zur Montage des gesamten Dichtungsringes ergibt

Die V-förmigen und die massiv trapezförmigen Querschnitte der Sitzringe bringen im wesentlichen zwei Vorteile mit sich. Erstens verriegelt diese Form den Sitzring in der Umfangsnut Zweitens hat sie einen selbstwirkenden Dichtungseffekt zur Folge. Jedes Fluid, das um die Rückseite des Sitzringes von der Hochdruckseite lecken kann, wenn die Ventilklappe geschlossen ist, übt auf die Basis des Trapezquerschnitts eine nach außen gerichtete Kraft aus. Diese Kraft zwingt den auslaßseitigen Rand des Sitzringes in engere Dichtungsanlage gegen die angrenzende Rippenwand. Außerdem verstärkt sie den Dichtungsdruck zwischen der Fläche des Sitzringes und der Dichtfläche der Ventilklappe durch das Verhältnis der hinteren und vorderen Bereiche des Sitzringes.

Gemäß F i g. 6 und 6A ist bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Sitzring 54 mit T-förmigen Querschnitt ausgestattet, der in eine entsprechende T-förmige Umfangsnut 55 in der Rippe eines Metalldichtungsringes 56 eingepaßt ist. Die Gestalt des Dichtungsringes 56 entspricht bis auf die Form der Umfangsnut im wesentlichen derjenigen der vorher beschriebenen Ausführungsform.

Der grundsätzliche Unterschied zwischen dem Dichtungsring der F i g. 6,6A und den vorher beschriebenen Dichtungsringen besteht in der Form der Umfangsnut und in der Art der Anbringung des Sitzes in der Umfangsnut. Wie F i g. 6 zeigt, wird zunächst eine hinterschnittene Umfangsnut 55 in der Rippe ausgebildet, wobei der Abstand zwischen Lippen 57,58 an der Nutmündung zum Einsetzen des Schulterteiles des Sitzringes 54 in die Umfangsnut ausreicht.
Nachdem der Sitzring in die Umfangsnut eingeschnappt ist (F i g. 6) wird eine Seitenwand 59 der Umfangsnut seitlich aus der gestrichelten Stellung in die durchgezogene Stellung plastisch verformt (F i g. 6A). Dies kann bei in eine Drehbank eingespanntem Dichtungsring 56 durch Rollen der Seitenwand geschehen, bis der Sitzring passend gegen die Seitenwand 60 anliegt und kein Spalt zwischen dem Rippenteil des Sitzringes 54 und den Kanten der Lippen 57 und 58 mehr existiert. Hieraus ergibt sich eine dichte Abdichtung zwischen dem Hartmetalldichtungsring und dem weicheren Sitzring.

Die fertige T-Sitzringausführungsform nach F i g. 6A ist gemäß Fig.7 in ein Drehklappenventil eingebaut, und die Anordnung ist der Schwalbenschwanz-Sitzringausführungsform gemäß F i g. 3 vergleichbar. Genau wie bei der Anordnung nach F i g. 3 berührt die Dichtfläche 48 der Ventilklappe 12 nur die erste Sitzfläche 61 des Sitzringes 54. Die zweiten Sitzflächen 62 und 63 des Hartmetalldichtungsringes 56 werden bei normalen Betriebsbedingungen von der Ventilklappe ferngehalten.

Die Ausführungsform der F i g. 6 bis 7 ist insbesondere für Betriebsdrücke geeignet, die höher sind als normal, weil die Lippen der hinterschnittenen Umfangsnut 55 einen besseren Schutz gegen ein Ausblasen des Sitzringes bei schnellem öffnen des Ventils bieten, als bei der Schwalbenschwanznut und dem Sitzring der vorher beschriebenen Ausführungsformen möglich ist Gleichzeitig vermitteln die im wesentlichen rechtwinkligen Profile an den Schultern des Sitzringes einen vergrößerten Widerstand gegen Leckage zwischen dem Sitzring und dem Dichtungsring bei hohen Drücken.

Wie auch bei den anderen Ausführungsformen übt der Kautschuk-Gegenring 10 eine erste Abdichtfunktion gegen Leckage zwischen dem Dichtungsring und dem Ventilkörper aus, während die nach außen belasteten Flanschränder 36,37 des Dichtungsringes eine zweite Abdichtung gegen die jeweiligen Seitenwände der Nut 11 in dem Ventilkörper hervorrufen.

Ein Drosselklappenventil der dargestellten Art mit einer inneren Nennweite von 152 mm (6 Inch) und einer Auslegung für 10,3 bar Druck wurde gemäß den erwähnten Richtlinien geprüft die veröffentlicht sind als OCMA-Vorschrift Nr. FSV-I : Brandprobe für Weichsitz-Kugelventile. Diese Vorschrift erfordert, daß das

Ventil einem Versuchsdruck ausgesetzt wird, der seiner Druckauslegung entspricht, wobei als Prüfungsfluid Kerosin oder Dieselöl verwendet werden soll. Das Ventil muß in geöffnetem Zustand einer Feuereinwirkung über einen Zeitraum ausgesetzt werden, der ausreicht um sicherzustellen, daß der weiche Sitz- und Gegenring sich vollständig aufgelöst oder zersetzt hat. Dann muß das Ventil mindestens dreimal innerhalb von fünf Minuten bei erlöschendem Feuer betätigt werden. Sodann soll das Ventil geschlossen und bei 1,03 bar und vollem to Prüfdruck in dieser Größenordnung geprüft werden. Die Leckrate darf 10 ml/Min, pro 25,4 Millimeter Ventildurchmesser nicht überschreiten.

Ein 152 mm-Ventil (6 Inch), das mit einer erfindungsgemäßen Abdichtung ausgerüstet war, wurde dieser Prüfung unterzogen. Die gemessenen Leckraten bei 1,03 bar und 21,1 bar ausgelegtem Prüfdruck nach Beendigung der Feuerprobe waren im wesentlichen gleich Null. Bei anschließendem Auseinanderbau des Ventils wurde festgestellt, daß sowohl der weiche Sitzring, als auch der weiche Gegenring vollständig zerstört waren.

Eine nachfolgende Erprobung mit einem 457 mm-Ventil (18 Inch) brachte gleiche Ergebnisse.

Im Hinblick auf die bisherige Erfahrung relativ hoher Leckraten bei Metalldichtungsringen, war die einwandfreie Wirkungsweise der »Weichsitzw-Metalldichtungsringe vollkommen unerwartet. Nach Kenntnis der Erfinder war kein anderes unverändertes Standard-Drosselklappen-Zapfenventil in der Lage, den OCMA-Vor-Schriften zu genügen. Mit Sicherheit hat bisher kein anderes elastisch gelagertes Ventil die Vorschrift übertroffen, indem gar keine meßbare Leckage feststellbar war.

Es wird angenommen, daß die überragende Wirkung des Dichtungsringes sich aus der Tatsache ergibt, daß die »weiche« erste Sitzfläche des nichtmetallischen Sitzringes den gesamten Verschleiß während der Lebensdauer des Ventils im Normalbetrieb aufnimmt Daher wird die metallische Sitzfläche des Schulterringes gegen Verschleiß und Abnutzung geschützt, wodurch sie eine perfekte Abdichtung in der auf ein Feuer folgenden Notbetriebssituation hervorrufen kann. Die Kombination des primären Weichsitzes mit dem sekundären Hartsitz des Dichtungsringes vermittelt daher weit bessere Ergebnisse, als alle weichen, alle harten oder Tandem-Weich- und Hartsitzanordnungen, die bekannt sind.

Wie bereits erwähnt, wird als Material für den Weichsitz vorzugsweise ein nichtmetallischer Kunststoff, z. B. Polytetrafluorethylen für die meisten Anwendungszwecke benutzt. In manchen Fällen kann der Weichsitz selbst Blei oder Kupfer, das viel weicher als das gehärtete Metall des Dichtungsringes ist, sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
55

eo

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Claims (1)

1 2 7. Ventildichtungseinrichtung nach einem der AnPatentansprüche: sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ümfangsnut (55) in der Umfangsrippe (43) des Dich-

1. Feuersichere Ventildichtungseinrichtung, mit ei- tungsrings (56) im Querschnitt T-iörmig gestaltet ist nem im Durchlaß eines Ventilgehäuses zur Abdich- 5 und der Sitzring (54) einen dazu komplementären tung mit einer Dichtfläche eines Drehorgans ange- T-förmigen Querschnitt aufweist

ordneten metallischen Dichtungsring, der sich in einer im wesentlichen T-förmigen, sich radial in das

Ventilgehäuse erweiternden Ringnut befindet, und

der ίο