DE2944670C2 - Hochdruck-Absperrventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochdruck-Absperrventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei derartigen Hochdruck-Absperrventilen sind die Stellkräfte zu berücksichtigen, die durch Druckbea'.:fschlagung des Absperrorgans entstehen und ein leichtes und feinfühliges Stellen ausschließen können. Weiter ist ein an dem beim öffnen entstehenden Ringspalt gelegener Dichtungsring durch Strömungskräfte gefährdet und einer plötzlichen oder zumindest im wiederholten Einsatz durch Abnutzung bedingten Zerstörung ausgesetzt. Hochdruck-Absperrventile, die regelmäßig hohen Anforderungen an deren Zuvcrl;;ssigkeit unterliegen, sind dementsprechend in herkömmlicher Weise nur mit großem Aufwand zu erstellen und zu bedienen, angesichts der hohen Stellkräfte schwer zur Dosierung der Strömung und zur Vermeidung von Druckstößen auf eine Feinregulierung abzustimmen und überdies beim Stellvorgang kritischen Belastungen ausgesetzt.

Vorstehende Schwierigkeiten entstehen im besonderen Maße bei Hochdruck-Absperrventilen für die Prüfung von RotipFemleitungeni die üblicherweise mit &Q einer Wasserbefüllung unter Druck geprüft und verfestigt werden. Die Elastizität einer Rohrleitung wie auch der Wasserbefüllung stellt ein beträchtliches Energiepotential dar, das mit einem Hochdruck-Absperrventil gegebenenfalls in wiederholten und fein dosierten Arbeitszyklen ab- und wieder aufgebaut wird. Die Zuverlässigkeit und Regulierbarkeit des Ventils unterliegt dabei äußerst hohen Anforderungen.

Ein gattungsgemäß in Betracht gezogenes Hochdruck-Absperrventil ergibt sich aus der DE-PS 8 97 940, bei der ein axial vorgestreckter Ansatz des Ventilkolbens endseitig einen zweiten Kolben in einer axial vorgelagerten Gehäusekammer trägt Dieser und ein weiterer Kolben sollen als Ausgleichskolben die auf den Ventilkolben wirkenden Druckkräfte ausgleichen, was aber von der Konstruktion und den Dichtungen her aufwendig ist und nicht unerhebliche Reibungskräfte bei der zu fordernden Abdichtung an den Ausgleichskolben hervorruft Ein so ausgebildetes Ventil vermag insbesondere nicht die hohen Strömungsbelastungen mit zerstörerischen Wirkungen an metallischen Teilen von Gehäuse und Ventilkolben, wie sie insbesondere durch Kavitation entstehen, insbesondere aber an der Ringdichtung auszuräumen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hochdruck-Absperrventil zu schaffen, dessen Dichtung am Ventilkolben und dessen Dichtungsbereich im Gehäuse so ausgebildet ist, daß es den Belastungen des Hochdruck-Betriebs standhält und feinfühlig, exakt und !eicht in seiner Bedienung ist

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, einen verläßlichen und dauerhaften Ventilbetrieb auch bei Höchstbeanspruchungen zu erhallen, wie er etwa beim Prüfen und »Stressen« von Rohrleitungen mit einer druckbeaufschlagten Wasserfüllung vorkommt Mit Hilfe des Drosselkopfs läßt sich die Ringdichtung risikolos aus dem Strömungsbereich herausbringen und überdies eine gut beherrschbare und feinfühlig und exakt einsetzende Strömung durch das Ventil mit geringem Kraftaufwand erzielen.

Indem der Ventilkolben mit der Auslaßbohrung zusammenwirkt und über die Ringdichtung hinaus einen Drosselkopf aufweist werden stirnseitige Druckkräfte auf den Ventilkolben vermieden und ein gedrosselter Öffnungsvorgang ermöglicht Die lediglich umfangsseitig auf den Ventilkolben wirkenden Kräfte sind nicht mehr als Stellkräfte für den Ventilkolben aufzufangen, der somit überaus leichtgängig betätigbar ist und feinfühlig verstellt werden kann. Die beim Zurückfahren des Ventilkolbens zunächst noch fortbestehende Drosselung des Strömungskanals durch den Drosselkopf verhindert auch das sofortige Auftreten hoher Strömungskräfte im Bereich der Dichtung, die als elastisches Teil hauptsächlich gefährdet ist. Diese Dichtung kann nun in die Führungsbohrung zu einer ungefährdeten Schutzlage zurückgezogen werden und liegt dann, ehe der Strömungskanal geöffnet wird, außerhalb des Bereichs der gefährlichen Strömungs- und Kavitationskräfte und sonstiger Beanspruchungen, wie sie beispielsweise durch feste Partikel in der Flüssigkeit entstehen können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung mit geeigneten Ausbildungen von Drosselkopf und Strömungskanal ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3. So befinden sich zwar im Stand der Technik, wie etwa in der DE-AS 15 00 !33, der DE-OS 24 45 022 oder dem DE-GM 19 88 841 kegelige Flächen an Ventilkolben bzw. im Ventilgehäuse, jedoch zeigen diese bekannten Ausführungen lediglich Einzelmerkmale in einem anderen Zusammenhang, nicht aber in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Drosselkopf.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 Längsschnitt durch ein Absperrventil in Schließstellung,

F i g. 2 Längsschnitt durch das Absperrventil gemäß Fig.! in gedrosselter Stellung und

F i g. 3 Längsschnitt durch das Absperrventil gemäß F i g. 1 und 2 in geöffneter Stellung.

Das in der Zeichnung dargestellte, insgesamt mit 1 bezeichnete Hochdruck-Absperrventil besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Ventilgehäuse 2 mit einer Einlaßbohrung, die seitlich aus dem Ventilgehäuse 2 über einer? Gewindenippel 4 mil Innengewinde 5 ausmündet, und mit einer Auslaßbohrung 6, die bei geöffnetem Ventil über einen erweiterten Innenraum 7 mit der Einlaßbohrung 2 in Verbindung steht und auslaßseitig gleichfalls einen Innengewindeanschluß besitzt.

In dem Gehäuse 2 ist ein Ventilkolben 9 axial beweglich gelagert, so daß er zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist, nämlich einer in F i g. 1 gezeigten Schließstellung und einer in F i g. 3 gezeigten Öffnungsstellung.

Der Ventilkolben 9 hat eine zylindrische Grradforin, die stirnseitig in einen Kegelfortsatz 10 übergeht Im Abstand von diesem Kegelfortsatz ist in einer umfangsseitig umlaufenden Ringnut 11 eine Ringdichtung 12 angeordnet. Die Ringdichtung 12 ist in der Form einer Dichtungsmanschette vorgesehen, die ihre Dichtungswirkung bei in Richtung der Achse des Ventilkolbens 9, und zwar zum Kegelfortsatz 10 hin wirkenden Druck entfaltet Der zwischen der Nut 11 und dem Kegelfortsatz 10 gelegene Bereich des Dichtungskolbens 9 bildet einen Drosselkopf 13. dessen Funktion noch näher erläutert werden wird.

Das dem Kegelfortsatz 10 abgelegene Ende des Ventilkolbens 9 ist mit einer Gewindebohrung 14 versehen zum Anschluß von Betätigungselementen für eine stellgliedbeaufschlagte Betätigung, oder aber auch für eine Handbetätigung.

Der Drossel- und Absperrbereich des Ventils ist gehäuseseitig 'n einer Einsatzbuchse 15 ausgebildet, die in der Schließstellung des Ventils den Drosselkopf 13 mit einer Passung umschließt. Diese beeinträchigt zwar die Leichtgängigkeit des Ventilkolbens nicht, dichtet gleichwohl aber den Durchlaßkanal auch dann noch bis auf eine geringfügige Leckströmung ab, nachdem die Dichtungsmanschette zurückgezogen ist. Einlaßseitig weitet sich die Bohrung der Einsatzbuchse 15 zu einem strömungsgünstigen Einlauftrichter 16 auf, der aus zwei ineinander übergehenden Kegelstumpfflächen 17, 18 gebildet ist, von denen dl·? zum Einlauf hin gelegene Kegelstumpffläche 18 den größeren Kegelwinkel aufweist. Leiztere reicht unmittelbar an eine Gehäusebohrung 19 heran, in die die Einsatzbuchse 15, an einer Endschulter 20 der Gehäusebohrung anschlagend, dicht eingesetzt ist. In axialer Richtung erstreckt sich die Einsatzbuchse 15 von der Schulter 20 bis an den Rand der Einlaßbohrung 3 heran.

Die Gehäusebohrung 19 setzt sich über den Eintrittsbercich der Einlaßbohrung 3 hinaus zu dem der Ausiaßbohrung 6 abgelegenen Ende des Gehäuses hin fort und trägt dort ein Innengewinde 21 leicht vergrößerten Durchmessers. In dieses Innengewinde ist ein Außengewinde einer Führungsbuchse 22 für den Ventilkolben 9 eingeschraubt. Die Führungsbuchse 22 erstreckt sich zunächst mit einem hohlzylindrisenen Bereich 23 bis zum Rand der Einlaßbohrung 3 in der Gehäusebohrung und veuingt sich dann mit einem kegelslumpfförmigen Ans;it/ 24 in den Stromungskanal.

Der Endbereich dieses Ansatzes hesi*?t eitie innenseitige Anfasung 25, wobei iiiese F-3*e ?.s?w diimi, cas Einheiten der Ringdichtung 12 m die FüiifungsLuchse £2 ninftif. zu erleichtern. Dichtungs- und Abstreifringe 26,27 und 28 üblicher Art zwischen Führungsbuchse 22 unü Gehäuse 2 bzw. Führungsbuchse 22 und Dii:h.*uncskolben 9 gewährleisten die Abdichtungen des Ventils und die Sauberhaltung der Gleitflächen.

Die Funktionen des Ventils werden anhand der in den F i g. 1.2 und 3 gezeigten Stellungen deutlich, in F i g. 1 ist nicht nur der Drosselkopf 13 des Ventilkoibens 3, sondern auch die Ringdichtung in die Auslaßbchrung hineingefahren, die hier durch den Innenumfang der Einsatzbuchse 15 gebildet ist. Bei einem für die Leichtgängigkeit des Ventilkolbens anzusetzenden Passungsspiel zwischen Ventilkolben 9 und Einsatzbuchse 15 übernimmt die in der bezeichneten Lage eingesetzte Ringdichtung 12 die vollständige Absperrung der Auslaßbohrung. Der Ventilkolben wird im übrigen praktisch nur umfangsseitig vor\ der Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt so daß von diesem in oder gegen seine Bewegungsrichtung keine nennenswerten Druckkräfte zu überwinden sind.

Der Öffnungsvorgang des Ventils beginnt damit, daß der Ventilkolben so weit zurückgezogen wird, bis die Ringdichtung 12 in die Führungsbuchse 22 hineingelangt ist und dort, aus dem Strömungskanal zurückgezogen, vollständigen Schutz erhält. Bei dieser Rückbewegung dichtet der Drosselkopf 13 des Ventilkoibens 9 die

jo Auslaßbohrung so weit ab, daß allenfalls eine kleine, unkritische Leckströmung auftritt

Diese kleine Strömung läßt sich fein dosiert vergrößern, nachdem der Drosselkopf die in F i g. 2 dargestellte Lage erreicht hat. Das in den Kegelfortsatz 10 übergehende Ende des Drosselkopfs 13 gelangt in den Bereich des Einlauftrichters, und zwar zunächst in den Bereich der Kegelstumpffläche mit spitzerem Kegelwinkel. Axiale Verschiebungen des Ventilkolbens 9 bewirken einen sich in seiner Weise nur geringfügig ändernden Ringspalt. Die durch den entsprechenden RingEnalt hindurchgelangende Strömung findet im Einlauftrichter 16 einerseits und im Kegelfortsatz 10 andererseits zumindest näherungsweise der S'römungsrichtung angepaßte Grenzflächen.

Die volle Öffnung des Ventils gemäß F i g. 3 findet den Ventilkolben 9 so weit zurückgezogen, daß von diesem lediglich der Kegelfortsatz 10 aus der Führungsbuchse 22 hinausragt und mit dieser einen Düsenkegel bildet, der in den Einlauftrichter 16 hineingerichtet ist.

Die aus der Einlaßbohrung 3 kommende Strömung findet einen zunächst ringförmig bis auf die Weite der Gehäusebohrung erstreckten Strömungskanal in den axialen Bereich zwischen Führungsbuchse 22 und Einiatzouchse 15 und wird dort ohne irgendwelche Unsletigkeitsstellen des Strömungsquerschn'ites in die Auslaßbohrung 6 hineingeleitet.

Wird ein solches Ventil beispielsweise bei der Prüfung und Verfestigung von Rohr!s:'i:n,gen eingesetzt, die mit. Wasser gefüllt und unier hohem Druck abgedrückt

bd werden, dann lassen sich Druckentlastungen und Druckwechseispiele unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Ventils überaus zuverlässig ':no feinfühlig durchführen. Die Ringdichfng 12 ist ausschließlich in der Absperrstel. 'g und dann nur statisch belastet,

hi wäh'.'eiid sie -.,chon foe: ßoginr des Öffnimgsvorg. .'g~ in die Führungsbuchse 22 zurückgezogi"i ist. Der Drüc'· wird dann durch den Drosselkopf 13 gehalten, der zwar unter Beibenaltung seiner Drosselfunktionen vurschic-

dene Längsschnittformen aufweisen kann, im Interesse einer einfachen baulichen Ausführung und flächigen Abdichtung jedoch als zylindrische Fortsetzung des übrigen Ventilkolbens vorgesehen ist.

Der fein dosierbare Öffnungsvorgmg aus dem Zusammenspiel des Drosselkopfs 13 mit dem Einlauftrichter 16 verläuft zwischen den metallischen Teilen der Einsatzbuchse 15 und des Drosselkopfs 13, die entsprechend hoch beanspruchbar sind. Die Materialpaarung Einsatzbuchse/Ventilkolben ist unter Berücksichtigung von Korrosionsbeständigkeit und Gleiteigenschaften gewählt. Die präzise Form der Grenzflächen ist insbesondere dadurch leicht herstellbar, daß nicht nur der Ventilkolben 9 sondern auch die Einsatzbuchse 13 außerhalb des Ventilgehäuses 2 gefertigt werden.

Die infolge der rein radial auf den Ventilkolben 9 wirkenden Druckkräfte — jedenfalls bei geschlossenem oder nur leicht geöffnetem Ventil — erzielte Leichtgängigkeit des Ventilkolbens 9 ermöglicht es, diesen mit geringem Kraftaufwand präzise und bedarfsweise auch schnell zu verstellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Hochdruck-Absperrventil für Flüssigkeiten mit einem Ventilgehäuse, einem Strömungskanal in diesem mit winklig zueinander angestellten Einlaß- und Auslaßbohrungen, deren letztere mit einer Führungsbohrung für einen Ventilkolben fluchtet, einem axial beweglichen, mit der Auslaßbohrung zusammenwirkenden Ventilkolben, zumindest einer Ringdichtung am Umfang des Ventilkolbens, die in die Führungsbohrung des Ventilkolbens aus dem Strömungskanal heraus zurückziehbar angeordnet ist und einem hinter der Ringdichtung zum freien Ende des Ventilkolbens axial vorgestreckten Ansatz, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz als Drosselkopf (13) ausgebildet ist, der in die Auslaßbohrung (6) hineinragt, sie zumindest näherungsweise abschließt und eine solche Länge aufweist, die der Weglänge der Ringdichtung (12) von ihrem i)ichtungssitz bis in die Führungsbohrung (22) entspricht

2. Absperrventil nach Anspruch 1 mit einem in den Strömungskanal hineinragenden, die Führungsbohrung umgebenden Ventilgehäuseansatz, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkopf (13) stirnseitig in einen Kegelfortsatz (lift) übergeht, der bei zurückgezogenem Ventilkolben (9) mit dem Ventilgehäuseansatz (24), der sich kegelstumpfförmig verjüngt, einen Düsenkegel Dildet.

3. Absperrventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne t, daß der Strömungskanal (7) in an sich bekannter Weise an dem e^;nlaßseitigen Ende der Auslaßbohrung (6) die Form eines Einlauftrichters (16) hat.

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