DE2943327C2

DE2943327C2 - Abdichtvorrichtung für eine Schieberspindel

Info

Publication number: DE2943327C2
Application number: DE2943327A
Authority: DE
Inventors: John Kent Houston Tex. McGee
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Vetco Gray LLC
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1982-11-18
Also published as: US4245661A; GB2032583A; FR2439924B1; DE2943327A1; FR2439924A1; NL7905734A; AU4995479A; MX153141A; IT1193288B; SG29084G; CA1100467A; JPS5560778A; NL174291C; IT7950584A0; AU521762B2; NL174291B; DK377579A; NO792382L; GB2032583B; NO149147B

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtvorrichtung für eine drehbar gelagerte Spindel eines Schiebers mit einer durch eine Spindelschulter und einen zugeordneten Sitz in einem Schiebergehäusedeckel gebildeten Rückdichtung, wobei die Schieberspindel samt ihrem Lager im Normalfall axial unverschieblich mittels einer Stopfbuchsenbrille im Schiebergehäusedeckel gehalten ist und ein Distanzring aus schmelzbarem Material als Feuersicherung um die Schieberspindel herum angeordnet sowie ein Expansionsraum für das geschmolzene Material des Distanzringes vergesehen sind.

Eine derartige Abdichtvorrichtung ist durch die US-PS 37 88 600 bekannt. Dabei wird dem Wirk/us, mmenhang zwischen Feuersicherung und Rückdichtung durch eine unmittelbare räumliche Zuordnung der maßgeblichen Bestandteile entsprochen. So ist der als Feuersicherung wirkende Distanzring unmittelbar zwischen den die Rückdichtung bildenden Bauteilen angeordnet.

Solange keine unzulässigen Temperaturen erreicht werden, trennt der Distanzring diese Bauteile voneinander. Bei höheren Temperaturen schmilzt er auf und gestattet eine Annäherung bzw. gegenseitige Berührung &o dieser Bauteile. Dabei weicht das aufgeschmolzene Material in einen Expansionsraum aus, welcher nach jener US-PS in der entsprechend groß bemessenen Ringnut der Spindel gesehen werden kann, in welche der Distanzring ursprünglich eingesetzt war. Die ^ Ringnut kann unter Umständen auch Verbindung nach außen erhalten, allerdings erst beim endgültigen Schließen der Rückdichtung.

Problematisch an dieser Art Feuersicherung ist, daß die Bauteile für die Rückdichtung ohne weiteres eine Metall/Meta'l-Dichtung zulassen müssen. Das bedeutet einerseits, daß diese Bauteile äußerst präzise gestaltet sein müssen und andererseits, daß sie tunlichst von Verunreinigungen freigehalten werden müssen. Unter dem letzteren Aspekt erscheint es bedenklich, die Dichtfläche dieser Bauteile mit einer Schmelze zu beaufschlagen, weiche von dort erst wieder verdrängt werden muß, ehe eine Annäherung bzw. Berührung möglich wird. Dabei können sich nämlich Rückstände bilden, noch dazu wenn die Schmelze rückstaut. Die Wirsamkeit der Rückdichtung und der Feuersicherung ist damit gefährdet.

Hier setzt nun die Erfindung an. Sie hat sich zur Aufgabe gestellt, die Abdichtvorrichtung der eingangs genannten Art zuverlässiger und wirksamer zu gestalten.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der aus schmelzbarem Material bestehende Distanzring außerhalb des wirksamen Bereichs der Rückdichtung angeordnet ist und einen Teil des Lagers bildet und daß in der Stopfbuchsenbrille Abflußöffnungen als Expansionsraum für das geschmolzene Material vorgesehen sind.

Eine zweckmäßige Weiterbildung besteht darin, daß die Stopfbuchsenbrille in den Schiebergehäusedeckel eingeschraubt ist und auf ihrer Außenseite eine Ausnehmung trägt, während der Schiebergehäusedekkel auf seiner Innenseite eine Ausnehmung aufweist und in der so gebildeten umlaufenden Nut ein Haltedraht o. dgl. angeordnet ist, wobei im Abstand zum Nutgrund ein Anschlag für den Haltedraht, z. B. in Form einer umlaufenden Rippe, im Bereich der Ausnehmung des Schiebergehäusedeckels vorgesehen ist

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt

Fig. I ein mit einer erfindungigemäßen Abdichtvorrichtung versehenes Schiebers eruil im vertikalen Längsschnitt, wobei rechts von der Mittellinie der Schieber in abgesenkter, geschlossener Stellung und links davon in angehobener, geöffneter Stellung zu sehen ist, und

F i g. 2 eine vergrößerte Teilansicht des Gegenstandes von Fig. 1.

Nach F i g. I hat ein Schieberventil 10 ein Schiebergehäuse 12, dss einen Körper 14 umfaßt. Der Körper 14 weist eine durchgehende Längsbohrung f6 auf, die den Durchtritt einer Flüssigkeit gewährleistet. An den Enden der Bohrung 16 ist der Körper 14 mit Flanschen (nicht abgebildet) versehen, die die Verbindung des Schieberventils 10 mit einer Leitung, in der eine Steuerung des Durchflusses eines fluiden Mediums vorgenommen werden soll, ermöglichen.

Zwischen den Enden der Bohrung 16 befindet sich eine Ventilkammer 20, die einen Durchgang in Querrichtung umfaßt, der sich mit der Bohrung 16 kreuzt und sich nach außen durch den Körper 14 bei einem röhrenförmigen Vorsprung 22 öffnet. Der Vorsprung 22 ist mit einer flachen äußeren Endfische 24 versehen.

Das Schiebergehäuse 12 weist ferner einen Schiebergehäusedeckel 26 auf, der mit der Fläche 24 zusammenpaßt und am Körper 14, beispielsweise durch Bolzen 28, befestigt ist. Ein Dichtungsring 30 liegt zwischen dem Körper 14 und dem Schiebergehäusedekkel 26 und gewährleistet die Dichtung an dieser Verbindungsstelle.

Bei dem Schiebergehäusedeckel 26 handelt es sich um ein ringförmiges oder röhrenförmiges Element, das eine koaxial angeordnete Bohrung32 aufweist.

Innerhalb der Ventilkammer 20 sind an den Schnittpunkten mit der durchgehenden Bohrung 16 Ventilsitze 34 vorgesehen. Ein Ventilschieber 36 ist so angeordnet, daß er quer zur durchgehenden Bohrung 16 verschoben werden kann. Der Schieber 36 weist z%vei Schieberplatten 38 auf. Das Schieberventil 10 umfaßt einen Expander 40, der dazu dient, die Platten 38 bei geschlossenem Ventil gegen die Ventilsitze 34 zu drücken, während bei geöffnetem Ventil keine Druckkraft ausgeübt wird.

In den F i g. 1 und 2 ist der Schieber auf der linken Seite in gehobener, offener Stellung und auf der rechten Seite in gesenkter, geschlossener Stellung zu sehen. Bei geöffnetem Schieber sind die beiden öffnungen 42 durch die jeweiligen Schieberplatten 38 axial mit der durchgehenden Bohrung 16 durch den Ventilkörper ausgerichtet Bei geschlossenem Schieber werden die blanken Bereiche der jeweiligen Schieberplatte·ι 38 gegen die entsprechenden Ventilsitze 34 gedrückt.

Eine Schieberspindel 44 ist schraubbar mit dem Schieber 36 verbunden und verläßt das Schiebergehäuse 12 durch die Bohrung 32 des Schiebergehäusedeckels 26. Außerhalb des Schiebergehäuses 12 ist eine Betätigungsvorrichtung 46 an der Spindel 44 befestigt. Im abgebildeten Fall besteht die Betätigungsvorrichtung 46 aus einem Handrad, das zum Anheben des Schiebers und öffnen des Ventils von Hand um einen Winkel gedreht wird, während zum Senken des Schiebers und Schließen des Ventils eine manuelle Drehbewegung in entgegengesetzter Richtung vorgenommen wird. Es können auch andere Betätigungsvorrichtungen angewendet werden.

Die Schraubverbindung im Schieber ist als eine oben offene, zylindrische Hülse 48 ausgebildet. Die Hülse 48 umfaßt eine koaxiale ringförmige Nut 50 nahe ihrem oberen Ende. E^:ne im allgemeinen halbzylindrische Hälfte der Hülse 48 ist auf der Innenseite von beiden Schieberplatten ausgebildet, so daß die Hälften einander gegenüberstehen und die Hülse 48 bilden.

Eine röhrenförmige Mitnehmermutter 52 mit Innengewinde weist auf ihrer Außenseite eine koaxiale ringförmige Rippe 54 au?, die axial zwischen den Enden der Mutter 52 ausgebildet ist. Am oberen Ende der Mitnehmermutter 52 ist ein koaxialer ringförmiger Flansch 56 ausgebildet. Die Mitnehmermutter 52 befindet sich innerhalb der Hfr!ue 48, wobei die Rippe 54 in die Nut 50 ragt und der Flansch 56 an den oberen Enden 58 der Schieberplatten 38 anstößt. Der Flansch 56 ist radial von einer Drehplatte 60 umgeben, die distal von der Hülse 48 mit Stiften 62 jeweils mit den Schieberplatten 38 verstiftet ist. Die radiale innere Fläche der Platte 60 und die radiale äußere Fläche des Flansches 56 sind mit Vorsprüngen 64 versehen. Durch deren Eingriff wird eine relative Drehung zwischen dem Flansch 56 und der Platte 60 verhindert. Es können weitere Verriegelungsvorrichtungen (nicht abgebildet) vorgesehen sein, um den Flansch 56 und die Platten 6Ö aneinander zu befestigen. Gegebenenfalls können diese Elemente aus einem Stück bestehen, wobei die Vorsprünge 64 entfallen.

Nachstehend sind weitere Einzelheiten der Spindel 44 und des Schiebergehäusedeckels 26 zur näheren Erläuterung des Aufbaus U7-J der Arbeitsweise der Vorrichtung beschrieben.

Der Schiebergehäuscdeckel 26 weist einen sich radial

ίο

erstreckenden Basisflansch 66 und ein röhrenförmiges Teil 67 auf, das sich koaxial vom Basisflansch. 66 nach oben erstreckt. Die Bohrung 32 durchläuft beide Teile. An der Austrittsstelle der Bohrung 32 in die Ventilkammer 20 ist ein kegelstumpfförmiger, ringförmiger Sitz 68 vorgesehen, der koaxial an der Verbindungsstelle der Bohrung 32 mit der Unterseite 70 des Basisflansches 66 ausgebildet ist. In geringer, axialer Entfernung oberhalb des Sitzes 68 weist die zylindrische Bohrung 32 eine erste abrupte Radiusvergrößerung auf, wodurch sich eine erste nach oben gerichtete Schulter 72 ergibt Weiter oben in axialer Richtung weist die Bohrung 32 eine zweite abrupte Radiusvergrößerung auf, wodurch sich innerhalb des röhrenförmigen Teils 67 eine zweite nach oben gerichtete Schulter 74 ergibt.

Ein axiales Zwischenstück der Bohrung: 32 innerhalb des röhrenförmigen Teils 67 des Schiebergehäusedekkels 26 ist mit einem Innengewinde 76 versehen. Oberhalb des Innengewindes 76 ist die Bohrung 32 entlang ihrem Umfang mit einer in Küdialrichtung flachen, in Axialrichtung breiten Ausnehmung 78 versehen, die oben durch eine radial nach innen vorstehende ringförmige Rippe 80 begrenzt isi. Oberhalb der Rippe 80 ist in der Bohrung 32 eine Dichtung 82 vorgesehen.

Die Spindel 44 weist ein unteres Teil 84 mit Außengewinde auf, das von der Hülse 48 aufgenommen wird und, wie vorstehend erläutert, mit dem Schieber 36 schraubbar verbunden ist. Unmittelbar axial oberhalb der Stelle, wo die Spindel 44 aus der Mitnehmermutter her/ortritt, ist ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Vorsprung 86 koaxial daran ausgebildet. Dieser besitzt eine axiale obere Endfläche oder Spindelschulter 88, welche kegelstumpfförmig komplementär mit dem Sitz 68 verläuft. Die Spindelschulter 88 und der Sitz 68 bilden eine Rückdichtung.

Im normalen Einsatz, der in den F i g. 1 und 2 gezeigt ist, bleibt die Spindelschulter 88 im Abstand vom Sitz 68, so daß eine deutliche axiale Entfernung zwischen diesen beiden Flächen besteht.

Oberhalb des Vorsprungs 86 weist die Spindel 44 einen axialen, langen, zylindrischen, gewindefreien Teil 90 auf. Ferner verringert sich der Radius der Spindel oberhalb ihrer Austrittsstelle aus der Bohrung 32 des Schiebergehäusedeckels 26, so daß sich ein konischer bereich 92 ergibt. Oberhalb des Bereichs 92 weist die Spindel 44 einen Zapfen 94 mit Außengewinde auf, der das obere Ende der Spindel 44 bildet. Der Bereich 92 trägt eine komplementär konische Nabe 96 des Handrads. Eine Unterlegescheibe 100 und eine Mutter 102 sind am Zapfen 94 angebracht, so daß das Handrad entfernbar an der Spindel 44 befestigt ist.

Innerhalb des röhrenförmigen Teils des Schiebergehäusedeckels 26 ist der zylindrische Teil 90 der Spindel koaxial mit einer radial flachen, axial breiten Ausnehmung 104 versehen, so daß gegenüberliegende Schultern 106 und 108 gebildet werden.

Eine Dichtungsvorrnhtung 110, die einen Stapel winkelförmiger Dichtungselemente enthält, befindet sich im Ringraum um die Spindel oberhalb der ersten Schulter 72. Die Vorrichtung wird nach dcrr Einbau durch Einspritzen eines Kunststoffmaterials durch eine Einspritzöffnung 112 betätigt. Eine ringförmige Manschette 114 liegt im RinL?aum vm die Spindel auf der zweiten Schulter 74, ragt von dort nach unten und wirkt auf die Dichtungsvorrichtung 110.

Ferner ist eine Stopfbuchsenbrille 116, im allgemeinen in Form eines röhrenförmigen Elements mit

Außengewinde, vorgesehen. Sic weist einen Gewindebereich 118 und eine durchgehende Bohrung 120 auf, die eine abrupte Radiusverringerung im axialen Mittelbereich aufweist, so daß sich eine nach un'.en gerichtete Schulter 122 ergibt. Der zur Schulter 122 führende Bereich mit größerem Radius bildet einen Behälter zur Aufnahme des Lagers 124 für die Schieberspindel. Wie abgebildet, sind eine Lagerschale 126, ein Distanzring 127 (ähnlich einer Unterlegscheibe) aus schmelzbarem Material, ein Rollenlager 128. ein Stangcn-Spnltring 130. m ein Rollenlager 138 und ein Federring 139 vorgesehen.

Nach dem Einbau der Dichtlingsvorrichtung 110 und der Manschette 114 lassen sich das Lager 124 und die Stopfbtichsenbrille 116 anbringen. Letztere wird angeschraubt, bis ein entsprechender Druck auf die ι. Manschette 114 ausgeübt wird.

Unterhalb ihres Gewindebereichs 118 ist die Stopfbuchsenbriiie i i6 koaxiai mit einer flachen UmfarigMimnchmung 140 versehen. Durch eine Gewindeöffnung 143 im röhrenförmigen Teil des Schiebcrgehäusedek- :< > kcls 26 ist eine Feststellschraube 142 eingeführt, und zwar so weit, daß sie in die Ausnehmung 140 ragt. In dieser Stellung verhindert die Feststellschraube 142 ein Herausdrehen der Stopfbuchsenbrillc 116. (In der Praxis sind umfangsversetzt mehrere Feststellschrauben 142 j> auf dem Schiebergehäusedeckel 26 vorgesehen.)

Oberhalb des Gewindebereichs 118 ist die Stopfbuch- »enbrille 116 außen mit einer koaxialen flachen Ausnehmung 144 versehen, wobei zumindest eine untere, im allgemeinen nach oben gerichtete Schuller n> 146 gebildet ist.

Ein Haltedraht 148 ist in der Nut, welche durch die gegenüberstehenden Ausnehmungen 144 und 78 gebildet wird, eingerastet. Die Nut ist in Axialrichtung langer als die Abmessung des Haltedrahts 148. Dabei befindet i> sich die Rippe 80 im Abstand zum Nutgrund und wirkt als Anschlag für den Haltedraht 148.

Bei üblicher Arbeitsweise unter Normalbedingungen liegt bei geöffnetem Ventil die Mitnehmermutter 52 an der Unterseite der Spindelschulter 88 an. Die Rückdich- 4<> tung tritt bei Normalbetrieb des Ventils nicht in Funktion.

Jedoch kann während des Betriebs bei geöffnetem und unter dem Druck des fluiden Mediums, das im Rohrsystem, in dem das Ventil eingebaut ist. enthalten 4"> oder transportiert wird, stehendem Ventil ein Leck in der Dichtungsvorrichtung auftreten. Unter diesen Umstanden kann es erforderlich werden, die Dichtung bei in der Leitung eingebautem und geöffnetem Ventil auszuwechseln. Eine derartige Reparatur ist auf die nachfolgend erläuterte Weise möglich.

Die Feststellschrauben 142 werden herausgedreht, bis sie aus der Ausnehmung 140 entfernt sind. Anschließend wird die Stopfbuchsenbrille 116 um wenige Umdrehungen zurückgedreht. Diese Bewegung wird durch ein Klemmen des Haltedrahts 148 zwischen der Rippe 80 der Ausnehmunp 78 einerseits und der Schulter 146 der Ausnehmung 144 andererseits begrenzt.

Die sich im Normalbclrieb nicht nach oben bewegende Spindel 44 kann sodann angehoben und unter Bildung einer Metall/Metall-Diehtiing /wischen der Spindelschuller 88 und dem Sit/ 68 unter Spannung gesetzt werden. Während hierdurch eine einwandfreie Dichtung gewährleistet wird, wird der Halledrahl 148 heraiisgcnuiiiiiicM, lii«.- .SiopmiiCMSOriuriilc ί ί& herausgedreht, das Lager 124 entfernt, die Manschette 114 entfernt, die Dichtungsvorrichtung 110 entfernt und ersetzt, die Manschette 114 wieder eingebaut, das Lager 124 wieder eingebaut, die Stopfbuchsenbrille 116 fast vollständig eingeschraubt und die Dichtlingsvorrichtung 110 über die Einspritzöffnung 112 gefüllt. Die Dichtung wird sodann auf Leckage geprüft, indem man den Haltedraht 148 wieder einbaut, die Stopfbuchsenbrillc 116 ai.iicht und die Spindel 44 dreht, wordurch die Metalldichtung (Rückdichtung), die bei 88/68 bestand, gelöst wird.

Bei dem Material des Distar..:ringes 127 handelt es sich um ein schmelzbares, insbesondere metallisches Material. Der Distanzring 127 ist axial zwischen das obere Spindellager als Teil desselben und die Stopfbuchsenbrille 116 gelegt. Bei Ausbruch eines Feuers oder eines ähnlichen Zustands. bei dem eine Zerstörung der Spindeldichtung anzunehmen ist, schmilzt der Distanzring 127 und wirkt als Feuersicherung. Der geschmolzene Rückstand strömt dabei aus den als Expansionsraum dienenden Abflußöffnungen ρ durch die Stopfbuchsenbrille 116. Anschließend bewegt sich der Rest des Spindellagers und die Spindel selbst nach oben, bis die Rückdichtung 88/68 in Funktion tritt und eine Leckage verhindert. Wenn der Schaden nicht zu groß ist. kann das Ventil zu einem späteren Zeitpunkt repariert werden, indem man einfach die Dichtung und den Distanzring ersetzt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abdichtvorrichtung für eine drehbar gelagerte Spindel eines Schiebers mit einer durch eine Spindelschulter und einen zugeordneten Sitz in einem Schiebergehäusedeckel gebildeten Rückdichtung, wobei die Schieberspindel samt ihrem Lager im Normalfalle axial unverschieblich mittels einer Stopfbuchsenbrille im Schiebergehäusedeckel gehalten ist und ein Distanzring aus schmelzbarem Material als Feuersicherung um die Schieberspindel herum angeordnet sowie ein Expansionsraum für das geschmolzene Material des Distanzringes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der aus schmelzbarem Material bestehende Distanzring (127) außerhalb des wirksamen Bereichs der Rückdichtung (68/88) angeordnet ist und einen Teil des Lagers (124) bildet und daß in der Stopfbuchsenbrille (116) Abflußöffnungen (p) als Expansinnsraum für das geschmolzene Material vorgesehen sind.

2. Abdichtvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbuchsenbrille (116) in den Schiebergehäusedeckel (26) eingeschraubt ist und auf ihrer Außenseite eine Ausnehmung (144) trägt, während der Schiebergehäusedeckel (26) auf seiner Innenseite eine Ausnehmung (78) aufweist und in der so gebildeten umlaufenden Nut ein Haltedraht (148) o. dgl. angeordnet ist, wobei im Abstand zum Nutgrund ein Anschlag für den HaltedraL, z. B. in Form einer umlaufenden Rippe (80), im Bereich der Ausne!-nung (78) des Schiebergehäusedeckels (26) vorgesehen ist.