DE2848275A1

DE2848275A1 - Drosselklappenventil

Info

Publication number: DE2848275A1
Application number: DE19782848275
Authority: DE
Inventors: Philip Joseph Burton; Christopher John Snape
Original assignee: WINN VALVES
Current assignee: WINN VALVES
Priority date: 1977-11-08
Filing date: 1978-11-07
Publication date: 1979-05-10
Also published as: IT7829505A0; FR2408082A1; US4244387A; GB2008725B; IT1100934B; GB2008725A

Description

Die Erfindung betrifft ein Drosselklappenventil mit einer in der Durchgangsöffnung eines Ventilgehäuses drehbar montierten Platte, die zwischen einer geschlossenen Stellung, in der die Platte den Durchfluß eines Fluids durch die Durchgangsöffnung sperrt, und einer offenen Stellung bewegbar ist, in der die Platte das Fluid hindurchströmen läßt, und mit einer Ringdichtung, die in der geschlossenen Stellung der Platte für eine Abdichtung zwischen dem Umfang der Platte und der Wand der Durchgangsöffnung sorgt.

In der FR-PS 2 279 992 ist eine Ringdichtung beschrieben, die aus zwei ringförmigen, deformierbaren Dichtungselementen und einem zwischen diesen beiden Dichtungselementen angeordneten Tragring besteht. Die Dichtung wirkt in der Weise, daß sie in der Durchgangs-Öffnung in beiden Richtungen für eine Abdichtung gegenüber einer Strömung sorgt. Der Tragring ist so geformt, daß er den beiden Dichtungselementen die erforderliche Unterstützung verleiht, wenn auf diese in der geschlossenen Stellung von der Platte des Ventils und in der Durchgangsöffnung in beiden Richtungen vom Fluiddruck auf sie Wirkung ausgeübt wird.

Im Brandfalle würden jedoch die beiden Dichtungselemente zerstört. Da der Tragring in seiner Position zusammen mit den Dichtungselementen eingeklemmt ist, wäre der Tragring, wenn die Dichtungselemente zerstört würden, dann nicht mehr eingeklemmt.

Bei einigen Anwendungszwecken, beispielsweise in der petrochemischen Industrie, ist es jedoch wichtig, daß im Brandfalle, der die Dichtungselemente zerstört, Vor-

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sorge dafür getroffen 1st, daß eine Dichtung aufrechterhalten bleibt, wenn das Ventil geschlossen ist. Derartige Ventile werden als feuerfeste Ventile bezeichnet und genügen bekannten Standardvorschriften, wie z.B. der britischen Standardvorschrift Nr. 5146.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Drosselklappenventil mit einer ringförmigen Dichtung anzugeben, das zwei Dichtungselemente und einen im wesentlichen feuerfesten Tragring aufweist, um gegenüber einer Strömung in beiden Richtungen abzudichten, bei dem dafür Sorge getragen ist, daß bei geschlossenem Ventil eine Dichtung in dem Moment aufrechterhalten bleibt, in dem die Dichtungselemente durch Feuer zerstört werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Tragring unabhängig von den beiden Dichtungselementen befestigt, so daß beim Auftreten eines Feuers, das die Dichtungselemente zerstört, der Tragring fest in seiner Position gesichert bleibt.

Vorzugsweise sind der Tragring und die Dichtungselemente zwischen einer Vorderseite des Ventilgehäuses und einem Klemmring eingeklemmt, wobei der Tragring ein Umfangsteil aufweist, das sich über die Dichtungselemente hinaus radial nach außen erstreckt und unabhängig von den Dichtungselementen zwischen einer Vorderseite und einer Stufe im Gehäuse und einer Stufe am Klemmring eingeklemmt ist.

In der GB-PS 1 264 686 ist ein Drosselklappenventil beschrieben, bei dem der ringförmige Sitz ein Dichtungselement und einen im wesentlichen feuerfesten Ring aufweist, der als sekundäre Dichtung arbeitet. Damit eine

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Dichtung im Falle eines Brandes erreicht werden kann, der das Dichtungselement zerstört, ist die Platte für eine Drehbewegung durch Halteelemente angeordnet, die ebenfalls durch das Feuer zerstört würden, wobei die Zerstörung der Halteelemente eine Bewegung der Platte radial zur Drehachse in Eingriff mit dem feuerfesten Ring ermöglichte.

Die Platte des in der GB-PS 1 264 686 beschriebenen Ventils ist auf einer einzelnen Welle montiert, deren gegenüberliegende Enden in durch Feuer zerstörbaren Lagern im Gehäuse drehbar montiert sind. Um eine Bewegung der Welle mit der Platte im Falle eines Feuers zu ermöglichen, das die Lager zerstört, ist ein Abstand zwischen der Welle und dem Gehäuse vorgesehen, der durch eine feuerfeste, deformierbare Dichtung ausgefüllt ist. Die Dichtung ist deswegen vorgesehen, damit kein Fluid aus der Durchgangsöffnung durch den Abstand zwischen der Welle und dem Gehäuse austreten kann, wenn die Lager zerstört sind. Im Falle eines Feuers stellt jedoch die Dichtung ein Hindernis für eine axiale Bewegung der Platte längs der Durchgangsöffnung dar, und wird versuchen, die Welle, auf der die Platte montiert ist, zu einer Drehbewegung um die Dichtung zu bringen; diese Drehbewegung kann dazu führen, daß die Platte keine vollständig wirksame Dichtung mit dem feuerfesten Ring, mit dem sie in Eingriff steht, ausübt. Außerdem wird die Bewegung der Welle die Dichtung deformieren, und die deformierte Dichtung kann nicht wirksam genug sein, um ein Entweichen von Fluid aus der DurchgangsÖffnung zu verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Vermeidung der

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Nachteile bekannter Anordnungen ein Drosselklappenventil zu schaffen, das auch im Brandfalle eine wirksame Absperrung gewährleistet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung zeichnet sich das Drosselklappenventil dadurch aus, daß die Halterung eine auf einer ersten Welle angeordnete Tragbuchse,, mit der die Platte um seine Drehachse drehbar mit dem Ventilgehäuse verbunden ist, und einen Bund aufweist, der die erste Welle axial mit einer zweiten Welle ausfluchtet, die in einem im wesentlichen feuerfesten Lager im Ventilgehäuse um die Drehachse drehbar angeordnet ist, und daß eine Keilverbindung zwischen der ersten Welle und der Platte vorgesehen ist, die eine Bewegung der Platte radial zur zweiten Welle ermöglicht, wenn die Tragbuchse und der Bund durch Feuer zerstört sind.

Vorzugsweise weist die Keilverbindung einen Keileingriff zwischen benachbarten Enden der Wellen auf, wobei die erste Welle an der Platte befestigt ist.

Vorzugsweise ist die Platte auf der zweiten Welle montiert und mit dem Bund auf der zweiten Welle radial angeordnet. Die Keilverbindung kann in der Nähe des Zentrums der Platte vorgesehen sein.

Unter der Voraussetzung, daß sich die Platte in der Schließstellung befindet, würde bei einer bevorzugten Ausführungsform im Falle eines Feuers, welches das primäre Dichtungselement und die Halterung zerstört, der Fluiddruck in der Durchgangsöffnung selbst die Platte in dichtenden Eingriff mit dem feuerfesten

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Ring drücken.

Das erfindungsgemäße Drosselklappenventil wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Teilansicht im Querschnitt eines Drosselklappenventils für Tieftemperaturbetrieb, wobei die Ventilplatte in der geschlossenen Stellung dargestellt ist;

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung, die die

Ringdichtung im größeren Maßstab zeigt; 15

Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung der Anordnung der Platte des Drosselklappenventils; und in

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung einer; abgewandelten Ausführungsform.

In den Fig. 1 und 2 ist nur ein Teil des Ventilgehäuses 1 dargestellt. Das Drosselklappenventils 2 weist eine kreisförmige Ventilplatte 3 auf, die gegenüber der Drehachse X des Drosselklappenventils 2 versetzt angeordnet ist. Die Umfangskante 4 der Platte 3 ist in üblicher Weise durch ein ringförmiges Teil eines Kreises um den Mittelpunkt der Drehachse X definiert. Das Ventilgehäuse 1 ist mit einer ringförmigen Aussparung ausgebildet, die mit einer Reihe von Stufen versehen ist, in die eine Ringdichtungsanordnung 6 eingeklemmt ist; die Ringdichtungsanordnung 6 weist primäre Dichtungselemente in Form

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von ersten und zweiten Ringdichtungen 7 bzw. 8, erste und zweite elastische ringförmige Metallbänder 9 bzw. 10 und ein Reserve-Dichtungselement in Form eines feuerfesten, aus massivem Metall bestehenden Tragrings 11 auf. 5

Die Ringdichtungen 7 und 8 bestehen aus Polychlortrifluoräthylen (PCTFE) und weisen jeweils ein eingeklemmtes Teil 12 und ein nicht eingeklemmtes Teil 13 auf, wobei ein stumpfer Winkel zwischen den beiden Teilen ausgebildet ist, und zwar auch vor dem Einbau der Ringdichtungen in die Ringdichtungsanordnung. Alternativ dazu kann auch Polytetrafluoräthylen (PTFE) für die Ringdichtungen 7 und 8 verwendet werden.

Die elastischen Metallbänder 9 haben jeweils eine ähnliche Form wie die entsprechende Ringdichtung, jedoch besitzen die eingeklemmten Arme der Metallbänder eine kürzere radiale Länge als die radiale Länge des eingeklemmten Teils 12 der Ringdichtungen ausmacht, und der stumpfe Winkel zwischen den beiden Metallbändern ist im entspannten Zustand der Metallbänder größer als der entsprechende Winkel der nicht eingespannten Ringdichtungen, so daß beim Zusammenbau die abgerundeten, radialen Innenkanten 14 der Ringdichtungen durch die elastische Kraft der Metallbänder aufeinander zu gedrückt werden. Die Metallbänder bestehen aus ausgetempertem rostfreiem Stahl.

Der Tragring 11 besitzt ein eingeklemmtes Plattenteil 15 und ein nicht eingeklemmtes Plattenteil 16 mit im wesentlichen dreieckiger Form im Querschnitt. Die radiale Innenseite des nicht eingeklemmten Plattenteils 16 ist in geringem Abstand von der Umfangskante 4 der Platte

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angeordnet und liegt parallel zu einer Tangente an die Innenkanten 14.

Die Ringdichtungsanordnung ist in der Aussparung im Ventilgehäuse 1 mit einem Klemmring 18 eingeklemmt, der L-förmige Gestalt im Querschnitt besitzt und in seiner Stellung durch eine Reihe von in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten nicht dargestellten Klemmschrauben gehaltert, die mit Gewindeeingriff durch Bohrungen oder Löcher 19 hindurchgehen. Die Bohrungen 19 sind in einem Kronenring 20 ausgebildet, dessen Kronierungen oder Vorsprünge 21 hinter radial nach innen gerichteten Kronierungen oder Vorsprüngen 22 am Ventilgehäuse 1 aufgenommen sind. Die Klemmschrauben drücken den Klemmring 18 in der Darstellung nach Fig. und 2 nach links, so daß ein radial innen gelegenes Ringteil 22' des Plattenteils 15 des Tragringes 11 zusammen mit den eingeklemmten Teilen 12 der Ringdichtungen 7 bzw. 8 und den Metallbändern 9 zwischen dem längeren Arm 23 des Klemmringes 18 und der Vorderseite 24 der Aussparung im Ventilgehäuse 1 eingeklemmt sind.

Das äußere Umfangsteil 25 des eingeklemmten Plattenteils 15 des Tragringes 11 ist unabhängig eingeklemmt zwischen der Stufe, die vom freien Ende des kürzeren Armes 26 des Klemmringes 18 und einer Vorderseite 27 einer Stufe im Ventilgehäuse 1 gebildet wird.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die nicht eingeklemmten Teile 13 der Ringdichtungen 7 und 8 in entgegengesetzten Richtungen unter spitzen Winkeln gegenüber der Umfangskante 4 der Platte 3 geneigt, mit denen die Innenkanten 14 für die Abdichtung sorgen, so daß zunehmender Fluiddruck, der auf die rechte Vorderseite der Ringdichtung 8 oder auf die linke Vorderseite

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der Ringdichtung 7 wirkt, dazu führt, daß eine zunehmende Kraft zwischen der entsprechenden dichtenden Innenkante 14 und der Ventilplatte 3 ausgeübt wird.

Keilförmige Aussparungen 28 sind zwischen den nicht eingeklemmten Teilen 13 der Ringdichtungen und den entsprechenden benachbarten Seiten des nicht eingeklemmten Plattenteils 16 des Tragringes 11 ausgebildet, und die Wurzeln der Aussparungen 28 liegen an der Verbindung zwischen dem nicht eingeklemmten Plattenteil 16 des Tragrings 11 und dem eingeklemmten Plattenteil 15.

Die keilförmigen Aussparungen 28 ermöglichen eine beträchtliche Ausbiegung oder Auslenkung des nicht eingeklemmten Teiles 13 der Ringdichtungen gegenüber dem Tragring 11, bevor ein Eingriff stattfindet, und somit resultiert eine beträchtliche Zunahme der Dichtungskraft an den Innenkanten 14 aus einer Zunahme der Druckdifferenz. Die Aussparung 28 ist mit ausreichender Breite ausgelegt, und die Dicke und damit der Widerstand gegenüber einer Auslenkung oder Durchbiegung der nicht eingeklemmten Teile 13 ist so gewählt, daß gewährleistet ist, daß die nicht eingeklemmten Teile 13 der Ringdichtungen nur dann mit dem Tragring 11 in Eingriff kommen, wenn Druckstöße oder Hohlfluidgeschwindigkeiten auftreten.

Die Platte 3 und der Tragring 11 bestehen aus Materialien, die dieselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, um zu gewährleisten, daß die Aussparung zwischen ihnen im Bereich der Arbeitstemperaturen auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten wird.

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Die Platte 3 ist mit aus PTFE bestehenden Bauelementen für eine Drehbewegung ausgelegt, so daß im Brandfalle die Ventilplatte in der Lage ist, sich in der Durchgangsöffnung axial zu bewegen, um sich gegen die Fläche 17 des Tragringes 11 zu legen. Da der äußere ümfangsteil 25 des Tragringes 11 fest eingeklemmt bleibt, auch wenn die Ringdichtungen 7 und 8 zerstört sind, bleibt das Ventil im wesentlichen immer noch wirksam, um einen Fluiddurchfluß zu verhindern. Das Fluid kann nicht ohne weiteres um das eingeklemmte Umfangsteil 25 herum fließen.

Wie in Fig. 3 dargestellt, haltert eine Tragbuchse 30 eine erste Welle 32 im Ventilgehäuse 1 für eine Drehbewegung um die Drehachse X. Die Platte 3 ist auf der Welle 32 montiert und an dieser Welle mit zwei Paßstiften 34 zur Drehung mit der Welle 32 befestigt. Ein Bund 36 dient dazu, die Welle 32 axial mit einer zweiten Welle 38 auszufluchten. Die zweite Welle 38 ist im Ventilgehäuse 1 drehbar um die Drehachse X montiert, und zwar mittels einer im wesentlichen feuerfesten Buchse 40; die Buchse 40 kann beispielsweise aus gesinterter Bronze bestehen, die mit PTFE imprägniert ist. Die Tragbuchse 30 und die Buchse 40 sind im Ventilgehäuse an Stellen montiert, die im allgemeinen an gegenüberliegenden Enden eines Durchmessers der Platte 3 liegen. Eine Keilverbindung 42 zwischen der ersten Welle 32 und der zweiten Welle 38 weist eine Zunge 44 am Ende der zweiten Welle 38 und eine Aussparung oder Nut 46 im Ende der ersten Welle 32 auf.

Die Platte 3 ist an der zweiten Welle 3-8 montiert und mit dem Bund 36 radial auf der Welle 3& angeordnet, wobei die Keilverbindung 42 in der Nähe des Zentrums der Platte 3 angeordnet ist, wie es in Fig. 3 angedeutet

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ist.

Die Tragbuchse 30 und der Bund 36 bestehen beide aus PTFE-Materialien, so daß sie bei irgendeinem Feuer, das die primären Ringdichtungen 7 und 8 zerstörte, ebenfalls zerstört würden. Bei Zerstörung der Tragbuchse 30 und des Bundes 36 ermöglicht es die Keilverbindung 42 der Platte 3 auf der Welle 32, sich durch den Fluiddruck in der Durchgangsöffnung radial zur Welle 38 und zur Drehachse X und somit in Eingriff mit dem Tragring 11 zu bewegen. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Dichtung im Falle eines Brandes erreicht, der die primären Ringdichtungen 7 und 8 zerstört.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Drosselklappenventils, bei dem Teile, die entsprechenden Teilen des Drosselklappenventils nach Fig. 1-3 entsprechen, mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform ist die Welle durch zwei axial im Abstand voneinander angeordnete Wellenteile 32a und 32b ersetzt, die jeweils an der Platte 3 mit Paßstiften 34a bzw. 34b befestigt sind. Diese Anordnung der Wellen ist für sehr große Ventile, bei denen Schwierigkeiten mit langen Wellen auftreten können, der Anordnung nach Fig. 3 vorzuziehen.

Obwohl das Wellenteil 32a so dargestellt ist, daß es an der Platte 3 mit der Tragbuchse 30 befestigt ist, die radial zwischen dem Ventilgehäuse 1 und dem Wellenteil 32a angeordnet ist, ist es alternativ dazu auch möglich, das Wellenteil 32 am Ventilgehäuse 1 zu befestigen und die Tragbuchse 30 radial zwischen dem

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Wellenteil 32a und der Platte 3 anzuordnen.

Obwohl Metallbänder 9 und 10 normalerweise erforderlich sind, kann es gelegentlich möglich sein, die Metallbänder in Wegfall zu bringen und sich auf die den Ringdichtungen 7 und 8 innewohnende Elastizität zu verlassen. In diesem Falle sind PCTFE-Dichtungen gegenüber PTFE-Dichtungen vorzuziehen, da letztere wesentlich weniger elastisch sind. Werden die Metallbänder 9 und 10 weggelassen, so ist es vorzuziehen, längere Arme 23 bei der Klemmanordnung vorzusehen, die sich radial nach innen erstrecken, um eine Tragfläche in der Nähe des nicht eingeklemmten Teiles 13 der Ringdichtung 8 zu bilden.

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Claims

Patentansprüche

Drosselklappenventil mit einer in der Durchgangsöffnung eines Ventilgehäuses drehbar montierten Platte, die zwischen einer geschlossenen Stellung, in der die Platte den Durchfluß eines Fluids durch die Durchgangsöffnung sperrt, und einer offenen Stellung bewegbar ist, in der die Platte das Fluid hindurchströmen läßt, und mit einer Ringdichtung, die in der geschlossenen Stellung der Platte für eine Abdichtung zwischen dem Umfang der Platte und der Wand der DurchgangsöfFnung sorgt und die aus zwei Ringdichtungselementen und einem zwischen diesen beiden montierten, aus einem im wesentlichen feuerfesten Tragring besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring (11) unabhängig von den beiden Ringdichtungen (7,8) montiert ist, so daß im Falle eines die Ringdichtungen zerstörenden Feuers der Tragring fest angeordnet in seiner Position bleibt.
2. Drosselklappenventil nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß der Tragring (11) und die Ringdichtungen (7,8) zwischen einer Vorderseite (24)

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des Ventilgehäuses (1) und einem Klemmring (18) eingeklemmt sind, daß der Tragring (11) ein Umfangsteil (25) aufweist, das sich über die Ringdichtungen (7,8) hinaus radial nach außen erstreckt und unabhängig von den Ringdichtungen (7,8) zwischen einer Vorderseite (27) einer Stufe im Ventilgehäuse (1) und einer Stufe (26) am Klemmring (18) eingeklemmt ist.
3. Drosselklappenventil mit einer in der Durchgangsöffnung eines Ventilgehäuses drehbar um eine Drehachse montierten Platte, die zwischen einer geschlossenen Stellung, in der die Platte den Durchfluß eines Fluids durch die Durchgangsöf fnuncr sperrt,und einer offenen Stellung bewegbar ist, in der die Platte das Fluid hindurchströmen läßt, und mit einer Ringdichtung, die in der geschlossenen Stellung der Platte für eine Abdichtung zwischen dem Umfang der Platte und der Wand der Durchgangsöffnung sorgt und die ein Dichtungselement und einen im wesentlichen feuerfesten Ring aufweist, wobei zur Erzielung einer Abdichtung im Falle eines das Dichtungselement zerstörenden Feuers die Platte für die Drehbewegung mit einer Halterung gehaltert ist, die durch das Feuer ebenfalls zerstört wird, und wobei die Zerstörung der Halterung es der Platte ermöglicht, sich radial zur Drehachse in Eingriff mit dem feuerfesten Ring zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine auf einer ersten Welle (32) angeordnete Tragbuchse (30), mit der die Platte (3) um ihre Drehachse drehbar mit dem Ventilgehäuse (1) verbunden ist, und einen Bund

(36) aufweist, der die erste Welle (32) axial mit einer zweiten Welle (38) ausfluchtet, die in einem im wesentlichen feuerfesten Lager im Ventilgehäuse (1) um die

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Drehachse (X) drehbar angeordnet ist, und daß eine Keilverbindung (42) zwischen der ersten Welle (32) und der Platte (3) vorgesehen ist, die eine Bewegung der Platte (3) radial zur zweiten Welle (38) ermöglicht, wenn die Tragbuchse (30) und der Bund (36) durch Feuer zerstört sind.
4. Drosselklappenventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (3) auf der zweiten Welle (38) montiert und auf der zweiten Welle

(38) mit dem Bund (36) radial angeordnet ist.
5. Drosselklappenventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilverbindung (42) in der Nähe des Zentrums der Platte (3) angeordnet ist.

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