DE2834692A1

DE2834692A1 - Feuersicherheitsventil

Info

Publication number: DE2834692A1
Application number: DE19782834692
Authority: DE
Inventors: Willard E Kemp
Original assignee: ACF Industries Inc
Current assignee: ACF Industries Inc
Priority date: 1977-08-11
Filing date: 1978-08-08
Publication date: 1979-02-22
Also published as: FR2400156A1; AU3877978A; AU527488B2; IT1098374B; MX146573A; US4160460A; GB2002496B; IT7826634A0; CA1078360A; JPS5455820A; GB2002496A

Description

. PATENTANWÄLTE

- 7 - DR. ANDREJEWSKI

ACF Industries, Incorporated DR.-ING. HONKE

2834692 _{in Nni7 Vnr}.,, , _πςΛ _χ dipl-ing. gesthuysen

in Nev7 Yorx (USA)

Feuersicherheitsventil 43 ESSEN, THEATERPLATZ

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilkonstruktion mit beweglichem Ventilkörper zur Steuerung einer Flüssigkeitsströmung durch einen Strömungsweg, wobei das Ventil insbesondere hohen Temperaturen standhalten soll und einem Brand ausgesetzt werden darf.

In Anbetracht der steigenden Bedeutung, die dem Sicherheitsfaktor beigemessen wird, ist die Verwendung von Ventilen, die auch unter Einwirkung eines Feuers nicht versagen oder undicht werden, äußerst wünschenswert. In Rohrleitungen, die brennbare Flüssigkeiten, wie z.B. Erdölprodukte führen, müssen Ventile absolut dicht in geschlossener Stellung sein, und im Brandfalle muß der Ventilkörper auch dann sicher dichten, wenn die Ventildichtungen zerstört oder beschädigt werden.

Bis jetzt wurden sogenannte feuersichere Ventilkonstruktionen so ausgelegt, daß die mit dem beweglichen Ventilkörper, z.B. einem Küken, in Kontakt stehenden Ventildichtungen durch hohe Temperaturen zerstört oder zum Teil verzehrt wurden und dann in unmittelbaren metallischen Kontakt mit dem (ebenfalls metallischen) Ventilsitz gerieten. Nach dem Stande der Technik hing die Wirkung von der elastischen Flächendichtung für den beweglichen Ventilkörper ab, welche durch das Feuer (oder eine hohe Temperatur) beschädigt oder zerstört wurde. Z.B. ist in der US-PS 3 174 495 ein feuersicheres Ventil beschrieben, in welchem bei der Anordnung des Kükens ein elastischer Dichtungskörper vorgesehen ist, der durch Feuer zerfällt oder verzehrt wird. Ergänzend wird ein schmelzbarer Stoff'beschrieben, der in Berührung mit dem Drehzapfen oder in dessen Nachbarschaft ist und sich bei hohen Temperaturen zersetzt, sodaß das Ventilküken in Kontakt mit dem metallischen Sitz gelangt.

Die US-PS 3 843 091 beschreibt eine Anordnung, derzufolge hinter einer elastischen, von Polytetrafluoräthylen gebildeten Dichtfläche sich ein Hohlraum befindet, in welchen die Dichtung abfließt, wenn sie infolge des Feuers erweicht bzw. flüssig wird« Es entsteht dann ein unmittelbarer

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metallischer Kontakt zwischen dem beweglichen Ventilkörper und seinem metallischen Sitz.

Die Erfindung betrifft eine feuersichere Ventilkonstruktion mit einem Gehäuse, in dessen Ventilkammer der bewegliche Ventilkörper, ein den Durchflußweg umgebender ringförmiger metallischer Sitz mit einer dem Ventilkörper gegenüberliegenden Ringnut und ein in letztere eingelegter elastischer Dichtring angeordnet sind, welcher die Dichtfläche bildet und hinter welchem ein Reserveraum vorgesehen ist. Dieser Raum ist für den Eintritt des Dichtringes bestimmt, jedoch, ist in dem Reserveraum ein schmelzbares Material enthalten, das den Eintritt des Dichtringes unmöglich macht, es sei denn, es schmilzt aus und fließt durch eine dafür vorgesehene öffnung ab. Schmilzt dieses Material, so wird der Reserveraum frei zur Aufnahme des Dichtringes. Wenn der Dichtring auf diese Weise zurücktritt, entsteht unmittelbarer metallischer Kontakt zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz .

In einer Ausführungsform der Erfindung wirkt auf das schmelzbare Material lediglich die von einer Feder im Ventilgehäuse ausgeübte Kraft und der Druck des Ventilkörpers auf den elastischen Dichtring wird nicht auf das schmelzbare Material übertragen. Das schließt die Möglichkeit eines unerwartet lang dauernden "Kriechens" des schmelzbaren Materials das von einer Legierung gebildet ist - aus. Bei dieser Ausführung ist zwischen dem schmelzbaren Material und dem elastischen Dichtring eine Sperre vorgesehen, die jegliches Ausweichen des Dichtringes hintanhält, bis der SchmeIzVorgang tatsächlich erfolgt ist. Zu diesem Zeitpunkt weichen die die Sperre bildenden Sperrglieder seitlich aus und ermöglichen dem Dichtring, in den Reserveraum zurückzutreten, wodurch dann der unmittelbare metallische Kontakt zwischen Ventilkörper und Sitz eintritt, und zwar, obwohl der Dichtring nicht zerfällt oder teilweise verzehrt wird. Die Temperatur, welche den beschriebenen Vorgang auslöst, kann innerhalb der vorliegenden Erfindung genau gewählt werden, sie hängt nicht von der Ge-

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staltung oder der Dicke des Dichtringes ab.

Im folgenden wird die Erfindung näher beschrieben und in den anschließenden Patentansprüchen definiert. Einige der möglichen Ausführungsarten sind in der Zeichnung veranschaulicht. In dieser zeigt Fig. 1 ein Ventil mit Kugelküken und an diesem anliegenden Dichtring, hinter welchem in einer Ringnut sich das schmelzbare Material befindet, Fig. 2 in größerem Maßstab einen Ausschnitt aus Fig. 1, mit dem Bereich der Dichtfläche und des schmelzbaren Materials, Fig. 3 denselben Ausschnitt wie Fig. 2, jedoch nach Auslösen des Schmelzvorganges und Eintritt des Dichtringes in den Reserveraum, und dadurch bewirkten Kontakt Metall auf Metall zum Ventilsitz, Fig. 4 eine andere Ausführung, worin das schmelzbare Material lediglich von der konstanten Kraft einer Feder beaufschlagt ist und eine Sperre die Dichtung in Kontakt mit dem Kugelküken hält, Fig. 5 dieselbe Anordnung wie Fig. 4, jedoch nach Auslösung des Schmelzvorganges, sodaß das Sperrglied seitlich ausgewichen ist und der Ventilkörper metallisch auf der Sitzfläche aufliegt, Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 4, und Fig. 7 eine dritte Ausführungsart der Erfindung, nämlich in Anwendung bei einem Schieberventil.

In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Ventil in Fig. 1 zusammenfassend mit 10 bezeichnet. An das Ventilgehäuse 12 ist ein Eingangs- und Ausgangsabschnitt 14 bzw. 16' mit dem Einlaß- und Auslaßkanal 18 bzw. 20 angeschlossen. Die Verbindung ist durch Bolzen 22 hergestellt. An den Enden des Eingangs- und des Ausgangsabschnitts ist je ein Anschlußflansch 24 vorgesehen. In der im Ventilgehäuse 12 befindlichen Ventilkammer 26 befindet sich das Ventilküken 28 mit der kugelförmigen Außenfläche 29.

An dem Kugelküken 28 ist eine Nut 30 mit rechteckigem Querschnitt ausgearbeitet, in welche die Ventilspindel 34 mit ihrer Verlängerung 32 eingreift. Oben auf die Ventilspindel ist ein Handrad oder dgl. aufsteckbar, mittels dessen der Ventilkörper 28 zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung relativ zu Kanal 18 und 20 verdrehbar ist. Ein

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im Küken 28 in bekannter Weise vorgesehener Durchflußkanal stellt bei Offenstellung des Ventils die Verbindung zwischen den Kanälen 18 und 20 her. Die Ventilspindel 34 besitzt einen Flansch 38. Das Gehäuse 12 ist oben mit einem Deckel 40 abgedeckt, der mit Bolzen 42 angeschraubt ist. Eine Packung 44 dichtet die Spindel 3 4 gegen das Gehäuse 12 ab.

Der Ausgangsabschnitt 16 weist eine metallische Sitzfläche für die kugelige Außenfläche 29 des Kükens 28 auf, wobei eine tatsächliche Berührung nur eintritt/ wenn ein in die Sitzfläche eingelassener Dichtring 62 aus seiner Normalsteilung zurücktritt.. Die Sitzfläche am Ausgangsabschnitt 16 zerfällt in einen inneren Abschnitt 50 und einen äußeren Abschnitt 52, beiderseits einer mit 54 bezeichneten Ringnut. (Der Eingangsabschnitt 14, welcher hier unerwähnt bleibt, ist durchweg symmetrisch 'zn Abschnitt 16 aufgebaut.)

Die Ringnut 54 ist begrenzt durch eine

zylindrische Innenwand 56 und eine zylindrische Außenwand 58, welche durch eine kreisringförmige Bodenwand 60 verbunden sind. In der Nut 54 ist der elastische Dichtring 62 eingesetzt, der aus einem federnden Elastomer, z.B. Polytetrafluoräthylen besteht. Betriebsmäßig steht der Dichtring 62 mittels seiner Dichtfläche 6 4 in Kontakt mit der Kugelfläche 29 des Ventilkörpers 28. Hinter dem in Betriebsstellung befindlichen Dichtring 62 ist in der Nut 54, wie besonders aus Fig. 2 ersichtlich, ein ringförmiger Reserveraum 66 vorgesehen. Aus diesem führt ein Ausflußkanal 6 8 aus dem Ausgangsabschnitt 16 ins Freie. Nahe seinem Auslauf weist der Kanal 68 eine Erweiterung 70 auf, die mit einem Innengewinde 74 versehen ist (S. Fig. 3), In Letzteres ist ein Stopfen 72 einschraubbar, welcher von einer engen Abflußöffnung 76 durchsetzt ist.

■ Der Reserveraum ist mit einem Metall niedrigen Schmelzpunktes angefüllt, vorzugsweise mit einer Legierung z.B. aus Wismut und Zinn. Der Schmelzpunkt einer solchen Legierung kann in de™ Bereich zwischen etwa 65°C und 23O°C (150-45O⁰F) liegen. Beispielsweise schmilzt eine Legierung 40%Bi/60% Sn bei etwa 150°C (300° F) und das Erweichen oder Kriechen würde

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bei etwa 140°C (280⁰F) einsetzen. Der Abfluß 76 kann optimal einen Durchmesser von etwa Λ Λ mm aufweisen, der in Betracht kommende Bereich ist, für die angegebene Legierung, 0,4 mm

■I Il -j M

bis 6,4 mm L-, - -j ) . Die Ablußöffnung 76 muß eng genug sein, um kaltes Extrudieren des leichtschmelzenden Metalls auszuschließen, und andererseits bestimmt dieser Durchmesser die Reaktionszeit für den Ausfluß des Metalls nach Erreichen der vorbestimmten Temperatur. Die Temperatur, bei welcher die Legierung nachgibt, kann von verschiedenen Begleitumständen abhängen, z.B. von der Zusammensetzung der Legierung, der Einwirkungsdauer der Temperatur, der Schnelligkeit des Temperaturanstiegs. Es versteht sich, daß eine Bi-Sn-Legierung gewählt worden ist, um die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Temperatur im Inneren des Metalls oder der Reservekammer zu berücksichtigen. Der Ausdruck "leichtschmelzendes Metall" soll ein Material oder eine Substanz bedeuten, die bei Erreichung der vorbestimmten Temperatur von dem festen Zustand in den flüssigen Zustand übergeht. D.h., bei Erreichen der vorbestimmten Temperatur und Flüssigwerden des Metalls fließt dieses durch die Abflußöffnung 76 ab, der Dichtring 62 tritt in den Reserveraum 66 zurück (s.Fig.3), und bei Schließstellung des Ventils entsteht zwischen der Ventilkörper-Oberfläche 29 und der Ventilsitzfläche 50/52 der erwünschte feste Kontakt von Metall auf Metall. Dieses Ergebnis tritt unabhängig davon ein, ob der Dichtring 62 durch das Feuer beeinträchtigt wird oder nicht.

Eine etwas andere Ausführung ist in Fig. 4-6 gezeigt. Hier findet keinerlei Übertragung der von dem Küken 28A auf den Dichtring 6 2A ausgeübten Druckkraft auf das leichtschmelzende Metall statt. Damit ist das unerwünschte "Kriechen" ausgeschaltet. Die der Kugelfläche 29A zugeordnete Sitzfläche zerfällt in einen ringförmigen inneren Abschnitt, der an einem Gehäuseteil 78, und einen äußeren Abschnitt, der an dem Gehäuseteil 80 ausgebildet ist. Die beiden Teile 78 und 80 sind gegeneinandergepreßt. Teil 78 weist eine innere zylindrische Seitenwand 82 und an diese anschließend , eine ;

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ringförmige geneigte Bodenwand 84 auf. In dieser sind eine Anzahl Nuten 85 eingearbeitet. In einer zur Wand 82 konzentrischen, zweiten inneren Seitenwand 86 sind eine Anzahl Schlitze 87 eingearbeitet, die in Verlängerung der Nuten 85 mit diesen kommunizieren. Jeder dieser Schlitze 87 ist durch eine Seitenwand 90 und einen Boden 88 begrenzt. Parallel zu der Wand 82 des Teiles 78 und anliegend an dessen Wand 86 weist der Teil 80 eine zylindrische Wand 92 bzw. eine dazu koaxiale Wand 94 auf. Die beiden Letzteren sind durch eine kreisringförmige Wand 96 miteinander verbunden. Zwischen den beiden Teilen 78 und 80 ist in jeden Schlitz 87 ein kleiner Kolben 98 eingesetzt, der von einer Feder 100 in Richtung nach der Bodenfläche 88 des Schlitzes 87 gedrückt wird. Von dem Schlitz 87 führt eine Ausflußöffnung 102 durch den Teil hindurch ins Freie. Ein Stopfen 72A mit einer Ausflußöffnung 76A bildet einen Auslaß für das leichtschmelzende Metall 108, das in dem Schlitz 87 hinter dem Kolben 98 eingefüllt ist. In die geneigte Nut 85 paßt eine Kugel 104 hinein. Der Dichtring 62A üb.t auf diese Kugel einen Druck in Richtung der Nut aus. Wenn das leichtschmelzende Metall 108 flüssig wird und aus der öffnung 76A austritt, drückt die Feder 108 den Kolben 9 8 gegen die Rückwand 88, die Kugel 104 kann sich längs der Nut 85 abwärts bewegen und der Dichtring 62A kann aus seiner Betriebsstellung zurückweichen.

Fig. 7 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Schieberventil. Der zwischen Offen- und Schließstellung hin- und herbewegbare Schieber ist mit 112 bezeichnet. Das Ventilgehäuse 114 ist von der Durchflußöffnung 116 durchsetzt und weist eine Sitzringausnehmung zur Aufnähme des Sitzringes 118 auf. An der Stirnseite 119 des Sitzringes ist eine Ringnut ausgenommen. In dieser sitzt der Dichtring 122, der an der gegenüberliegenden Fläche des Schiebers 112 dichtend anliegt. Hinter dem Dichtring 122 ist in der Ringnut 120 ein Reserveraum 123 vorgesehen, welcher mit dem leichtschmelzenden Metall gefüllt ist und von welchem ein Ausflußkanal 124 ausgeht. Am Ausgang desselben ist ein Stopfen 126 eingeschraubt, der eine Ausflußöffnung 128 aufweist. Der Stopfen 126 ist analog dem

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Stopfen 72 der Ausführung nach Fig. 1-3 ausgebildet. So, wie dort beschrieben, bewirkt Verflüssigung des nichtschmelzenden Metalls das Zurückweichen des Dichtringes 122, sodaß ein unmittelbarer metallischer Kontakt zwischen dem Sitzring 118 und dem Schieber 112 entsteht.

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ι Ή-. Leerseite

Claims

ACF Indus cries, Incorporated DR. ANDREJEWSKI

in New York (JSAi" DR-IIn¹G. HONKE

^{NeW YOrk} ^(ÜSA) DIPL.-ING. GESTHUYSEN

DR. MASCH Patentansprüche: « ^ESSEN' THEATERPLATZ

7. August 1978

1. Feuersicherheitsventil, dessen Ventilgehäuse einen Durchflußweg und eine Ventilkamrtier aufweist, in welcher ein Ventilkörper relativ zu dem Durchflußweg zwischen einer Offen- und einer Schließstellung bewegbar ist, wobei rings um den Durchflußweg ein ringförmiger metallischer Sitz mit einer Ringnut vorgesehen ist, die dem Ventilkörper gegenüberliegt und einen Dichtring aufnimmt, der mit dem anliegenden Ventilkörper in einer Dichtfläche in dichtendem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringnut (54, 82/9 2/90/9 4, 120) hinter dem Dichtring (62, 122) ein Reserveraum (66, 84/96/90/94, 123), zur Aufnahme des zurückweichenden Dichtringes und eine dem Reserveraum zugeordnete Kammer zur Aufnahme eines Mchtschmelzenden Materials vorgesehen ist, und daß leichtschmelzendes Material in den dafür bestimmten Raum eingefüllt ist, welches dazu bestimmt ist, bei Erreichung einer vorgesehenen Temperatur sich zu verflüssigen und aus dem Raum auszutreten, um dem Dichtring ein Zurückweichen und dem Ventilkörper (28, 112) ein Sichverlagern zu ermöglichen, wodurch der Ventilkörper in Kontakt mit dem ihm benachbarten metallischen Sitz (50/52, 120) gelangt, sodaß zwischen beiden, als Auswirkung der Temperaturerhöhung, eine feste Dichtung, Metall auf Metall, herbeigeführt wird.

2. Feuersicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum hinter dem Dichtring (62A) von dem Raum zur Aufnahme des leichtschmelzenden Materiales (108) gesondert ist und daß zwischen Letzterem und der Ringnut (82/92) ein seitlich verschiebbarer Sperrkörper (104) eingeschaltet ist, welcher den Dichtring lösbar in dichtender Berührung mit dem Ventilkörper (28A) hält, wobei aber der Sperrkörper bei Verflüssigung des leichtschmelzenden Materials ausweicht und das Zurückweichen des Dichtringes ermöglicht.

3. Feuersicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper ein Schieber (112) ist,

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der zwischen der Offen- und Schließstellung hin- und herbewegbar ist.

4. Feuersicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (28) ein zwischen der Offen- und Schließstellung drehbar bewegliches Kugelküken ist.

5. Feuersicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den das leichtschmelzende Material aufnehmenden Reserveraum (66) ein Ausflußkanal (28, 76A) anschließt und daß dieser Ausflußkanal einen lichten Durchmesser

1 " 1 " von etoa 0,4 mm bis etwa 6,4 mm U-. - -j ) aufweist.

6. Feuersicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leichtschmelzende Material eine niedrigschmelzende Legierung ist, deren Schmelzpunkt oberhalb etoa 65°C (150°F) liegt.

7. Feuersicherheitsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reserveraum (6 6) durch den hinter dem Dichtring (62) liegenden Raum gebildet ist.

8. Feuersicherheitsventil mit einer Ventilkammer, die mit einem Ein- und einem Auslaßweg in Verbindung steht und in welcher ein Ventilkörper relativ zu dem Ein- und Auslaßweg zwischen einer Offen- und einer Schließstellung bewegbar ist, mit je einem ringförmigen metallischen Sitz rings um den Ein- und den Auslaßweg und einer dem Ventilkörper gegenüberliegenden Ringnut in jedem Sitz zur Aufnahme eines elastischen Dichtiringes, der dazu geeignet ist, πυ> dem anliegenden Ventilkörper in dichtendem Kontakt zu stehen, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Ringnut hinter dem Dichtring ein Reserveraum vorgesehen ist, in den der zurückweichende Dichtring eintreten kann und in dem ein leichtschmelzendes Material untergebracht ist, das mit der Rückfläche des Dichtringes in Berührung ist und dazu bestimmt ist, bei Erreichung einer vorgesehenen Temperatur sich zu verflüssigen und aus dem Raum auszutreten, um den Dichtring ein Zurückweichen und dem Ventilkörper ein Sichverlagern zu ermöglichen, wodurch der Ventilkörper in Kontakt mit dem ihm benachbarten metallischen Sitz gelangt, sodaß zwischen beiden, als Auswirkung der Temperaturerhöhung, eine

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feste Dichtung, Metall auf Metall, herbeigeführt wird.

9. Feuersicherheitsventil, dessen Ventilgehäuse einen Durchflußweg und eine Ventilkammer aufweist, in welcher ein Ventilkörper relativ zu dem Durchflußweg zwischen einer Offen- und einer Schließstellung bewegbar ist, wobei rings um den Durchflußweg ein ringförmiger metallischer Sitz mit einer Ringnut vorgesehen ist, die dem Ventilkörper gegenüberliegt und einen elastischen Dichtring aufnimmt, der mit dem anliegenden Ventilkörper in dichtendem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringnut hinter dem Dichtring ein Reserveraum zur Aufnahme des zurückweichenden Dichtringes und eine dem Reserveraum zugeordnete Kammer zur Aufnahme eines leichtschmelzenden Materiales vorgesehen ist, und daß leichtschmelzendes Material in den dafür bestimmten Raum eingefüllt ist, wobei zwischen der Kammer zur Aufnahme des leichtschmelzenden Materiales (108) und der Rückfläche des elastischen Dichtringes (62A) ein seitlich bewegbarer Sperrkörper (104) angeordnet ist, welcher den Dichtring lösbar in Kontakt zum Ventilkörper hält, jedoch bei Verflüssigung des leichtschmelzenden Materiales aus seiner Stellung freigegeben wird und den DicHring zurückweichen läßt, wodurch der Ventilkörper in Kontakt mit dem ihm benachbarten metallischen Sitz gelangt, sodaß zwischen beiden, als Auswirkung der Temperaturerhöhung, eine feste Dichtung,. Metall auf Metall, herbeigeführt wird.

10. Feuersicherheitsventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer zur Aufnahme des leichtschmelzenden Materiales (108) gegen dieses ein Kolben (9 8) gerichtet ist, der in Richtung gegen dasselbe von einer Feder (100) beaufschlagt ist, und daß der Sperrkörper von einer Kugel (104) gebildet ist, die zwischen dem Kolben und der 'Rückfläche des Dichtringes (62A) angeordnet ist, beide berührt, und bei einer von der Feder ausgelösten Bewegung des Kolbens seitlich ausweicht.

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