DE3014690C2

DE3014690C2 - Packungsloses, magnetisch betätigbares Hochdruck-Absperrventil

Info

Publication number: DE3014690C2
Application number: DE3014690A
Authority: DE
Inventors: Robert Francis Erie Pa. Ruyak
Original assignee: Autoclave Engineers Inc
Current assignee: Autoclave Engineers Inc
Priority date: 1979-05-17
Filing date: 1980-04-16
Publication date: 1985-02-14
Also published as: GB2049109A; DE3014690A1; GB2049109B; US4284262A; FR2456891A1; CA1115258A; FR2456891B1; JPS55168777U

Description

Die Erfindung betrifft ein (stopfbuchsen) packungsloses Hochdruck-Absperrventil, in dessen Gehäuse ein in zwei Stellungen drehbares, insbesondere kugelförmiges, Verschlußstück mit einem Durchlaßkanal mittels eines Dauermagnetantriebs verstellbar ist, der einen mit dem Verschlußstück verbundenen inneren Dauermagnetteil aus in Umfangsrichtung magnetisierten, abwechselnd gepolten Seltene Erden/Cobalt-Magneten innerhalb eines, insbesondere aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehenden, Schutzgehäuses und einen außerhalb der zylindrischen Schutzgehäusewand drehbar gelagerten äußeren Dauermagnetteil aus einer gleichen Anzahl von in Umfangsrichtung magnetisierten, abwechselnd gepolten Seltene Erden/Cobalt-Magneten, dessen Drehbewegung auf den inneren Dauermagneten übertragbar ist, umfaßt

Packungslose magnetisch betätigbare Absperrventile, die jedoch nicht für hohe Drücke über etwa 1400 N/

ίο cm² ausgelegt sind, sind aus den US-PS 33 47 262 und 37 47 892 bekannt.

Bei dem bekannten Absperrventil nach der US-PS 33 47 262 ist ein drehbarer Teil hohlzylindrisch ausgebildet, wobei der untere Teil die Funktion des Verschluß-Stücks übernimmt und der obere Teil unmittelbar den inneren Dauermagnetteil aufnimmt Dementsprechend erfolgt die Lagerung des drehbaren Teils unmittelbar im Ventil- und Schutzgehäuse. Folglich muß für eine bestimmte Durchflußmenge der obere Teil des drehbaren Teils einen vergleichsweise großen Durchmesser aufweisen, welcher sich bis in den Bereich des inneren Dauermagnetteils fortsetzt. Dies wiederum hat zur Folge, daß auch der Innendurchmesser des Schutzgehäuses groß sein muß. Da jedoch mit zunehmendem Durchmesser des Schutzgehäuses dessen Wände stärker werden müssen, um einem bestimmten Innendruck zu widerstehen, wird das Schutzgehäuse schnell groß und dick. Dies wiederum vermindert die übertragbare Magnetkraft, also die Stellkraft, so daß sich diese Konstruktion nicht für Hochdruck-Absperrventile eignet, zumal der zylindrische drehbare Teil mit dem Verschlußstück schwimmend gelagert ist, sich also in axialer Richtung bewegen kann.

Ein Vorteil magnetisch betätigter Ventile besteht im Wegfall der Stopfbüchse. Der Hauptgrund für die Beschränkung der Anwendung der magnetischen Verstellung des Verschlußstücks auf Ventile für niedrige Drükke war darin zu sehen, daß ausreichend starke Dauermagnete nicht zur Verfügung standen. In neuerer Zeit sind jedoch Dauermagnete, insbesondere Seltene Erden/Cobalt-Magnete, erhältlich geworden, die die Verwendung dickerer Wände im Schutzgehäuse bzw. Spaltrohr zwischen dem inneren und dem äußeren Dauermagnetteil zulassen und so die Möglichkeit eröffnen, Hochdruck-Absperrventile zu konstruieren.

Die Verwendung von Seltene Erden/Cobalt-Magneten in Magnetkupplungen, deren innerer und äußerer Dauermagnetkupplungsteil durch ein Spaltrohr voneinander getrennt sind, ist für den Antrieb von Rührerwellen in Autoclaven bekannt (US-PS 41 06 825).

Die Konstruktion von Hochdruckventilen muß berücksichtigen, daß trotz Verwendung sehr starker Magnete eine Betätigung des Verschlußstücks manchmal nicht erfolgt, dann also eine Handverstellung zur Vergrößerung der Stellkraft möglich sein sollte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein pakkungsloses, magnetisch betätigbares Hochdruck-Absperrventil zu schaffen, das bei kleinstmöglichen Drehmomenten selbst bei Innendrücken von über 1400 N/ cm², insbes. auch bei Drücken über 3500 N/cm², druckdicht und verstellbar ist und das auch bei Funktionsversagung des Magnetantriebs eine Verstellung von Hand ermöglicht.

Ein diese Aufgabe lösendes Hochdruck-Absperrventil ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich aus Anspruch 2.

Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Hochdruck-Absperrventils sieht eine Trennung /wischen

dem inneren Dauermagnetteil und dem Verschlußstück sowie eine axiale Führung des inneren Dauermagnetteils vor. Das Ventil ist daher derart ausgebildet, daß der innere Dauermagnetteil auf einer in Drucklagern axial abgestützten Betätigungswelle befestigt ist. die mit dem Verschlußstück über eine Überholkupplung in Verbindung steht bzw. mit dieser (lose) gekuppelt ist Am Verschlußstück können bekannterweise axial vorgespannte ringförmige Ventilsitze anliegen. Bei einer Verstellung des Verschlußstücks können die Ventilsitze .nicht abheben, da die Betätigungswelle mit dem Verschlußstück nur lose gekuppelt ist Ferner ist für Notfälle vorgesehen, daß mit der Betätigungswelle eine gegenüber dem Schutzgehäuse abgedichtete Hilfs-Betätigungswelle in Eingriff bringbar ist, die bei Drehung des inneren Dauermagnetteils durch das äußere Dauermagnetteil nicht mitdrehbar ist. Die Hilfs-Betätigungswelle kann also nach Art einer Überholkupplung zur Handverstellung der Betätigungswelle und damit des Verschlußstücks um insbesondere 90° gedreht werden. Hierdurch ist Sicherheit dafür gegeben, daß das Hochdruck-Absperrventil in jedem Fall betätigbar ist Dies ist eine für Hochdruck-Absperrventile bedeutsame Sicherheitsmaßnahme.

Die Lagerung einer Betätigungswelle zwischen Drucklagern ist an sich bekannt (DE-OS 23 52 121). Auch ist schon vorgeschlagen worden, eine lose Verbindung zwischen einer Betätigungswelle und dem Verschlußstück vorzusehen (US-PS 23 46 904). Aus der DE-OS 26 15 009 ist es bekannt, die Drehung einer Ventilkugel um mehr als 90° dadurch zu verhindern, daß gegenüber dem Ventilgehäuse fixierte Stifte in eine 90°-Nut im Betätigungsteil des Ventils eingreifen.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochdruck-Absperrventils ist anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt und

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie H-Il.

Ein Ventilgehäuse 1 aus Stahl eines Absperrventils weist einen Fluidströmungsteil 2 und ein nichtmagnetisches Schutzgehäuse 3 auf. Der Strömungsteil 2 hat miteinander fluchtend einen Einlaß 4 und einen Auslaß 5. Das Schutzgehäuse hat eine zylindrische Wand, deren Längsachse quer zur Richtung der Ein- und Auslässe 4 und 5 verläuft. Die zylindrische Wand des Schutzgehäuses 3 ist einstückig mit dem übrigen Teil des Ventilgehäuses ausgebildet. Diese beiden Teile könnten jedoch auch miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt oder verschraubt, werden. An seinem, dem Fluidströmungsteil 2 entgegengesetzten Ende ist das Schutzgehäuse durch einen stirnseitigen Verschlußstopfen 60 abgedichtet, der mit ihm verschraubt ist.

In die Ein- und Auslässe 4 und 5 des Strönungsteils 2 sind Ventilgehäuse-Verlängerungsstücke bzw. Anschlußmuffen 6 und 7 mit Durchgangsbohrungen 8 und 9 sowie in Köpfen 12 und 11 mit je einem Anschluß-Innengewinde 14 und 13 zum Anschließen der Leitungen einer Hochdruckanlage eingeschraubt.

Zwischen zurückgesetzten zylindrischen Flächen an den Anschlußmuffen 6 und 7 und dem Ventilgehäuse 1 liegen O-Ringe 15 und 16, die beim Eindrehen der Verschlußmuffen 6 und 7 in das Ventilgehäuse zusammengedrückt werden und eine Abdichtung bewirken. Die Anschlußmiiffen 6 und 1 werden gegen stirnseitige Anschlagflachen 21 und 22 angezogen. Zwischen den Anschlußmuffen 6 und 7 befindet sich in einem zentralen Raum ein Verschlußstück 25. das von einem Durchlaßkan;il 26 durchsetzt ist. der mit dem Einlaß 4 und Auslaß 5 zur Fluchtung gebracht werden kann bzw. um 90° hierzu verstellt wird, um den Strömungsweg zu versperren. Das Verschlußstück 25 ist als Kugel ausgebildet und vermag nach seiner 90°-Drehung eine Strömung zu unterbrechen. Das Verschlußstück 25 ist in ein zugehöriges Abstandsstück 27 eingelassen, das von einer kreisringförmigen Büchse gebildet ist, von der an der zum Schutzgehäuse 3 weisenden Seite ein Segment weggenommen ist Diese Büchse besteht aus Kunststoff, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen.

Außer den Bohrungen 8 und 9 weisen die Anschlußmuffen 6 und 7 tiefe Ausnehmungen 8a und 9a von größerem Innendurchmesser als die Bohrungen 8 und 9 sowie weniger tiefe Ausnehmungen Sb und 96 von noch größerem Innendurchmesser auf. In die Ausnehmungen 8a lind 9a sind zylindrische Einsatzstücke 32 und 33 mit Preßsitz eingesetzt Sie bilden zusammen mit den weniger tiefen Ausnehmungen 86 und 9b kreisringförmige Nuten, die gegen den zentralen Raum und folglich auch gegen das Verschlußstück 25 weisen. In diesen Nuten sind schwimmend angeordnete zylindrische ringförmige Ventilsitze 34 und 35 gehalten, deren dem Verschlußstück 25 zugewandte Stirnflächen an dessen Außenkontur angepaßt sind. Auf der dem Verschlußstück 25 abgewandten Seite stützen sich die Ventilsitzt 34 und 35 auf O-Ringen 10 ab und werden durch diese unter Spannung in Anlage am Verschlußstück 25 gehalten.

Zwischen dem zentralen Raum und dem Schutzgehäuse 3 ist eine öffnung 36 vorgesehen, in der eine Betätigungswelle 37 angeordnet ist, welche im Schutzgehäuse 3 drehbar gelagert ist. In einer Ausnehmung im Schutzgehäuse 3, die die öffnung 36 umgibt, ist ein unteres ringförmiges Drucklager 42 eingesetzt, welches gewöhnlich aus Polytetrafluoräthylen besteht. Die Betätigungswelle 37 trägt an ihrer Unterseite einen länglichen Zapfen 43, der in eine entsprechende Nut 44 im Verschlußstück 25 eingreift, so daß es durch Drehung der Betätigungswelle 34 verstellt werden kann. Der Zapfen 43 hat etwas Abstand vom Grund der Nut 44, um eine geringfügige Relativbewegung zuzulassen. Dies ermöglicht eine kleine Selbsteinstellbewegung des Verschlußstücks 25 im zentralen Raum.

Außen am Schutzgehäuse 3 ist ein von Hand betätigbarer zylindrischer äußerer Dauermagnetteil 50 mit antriebsseitigen Magneten einer Magnetkupplung in Lagern 51 und 52, z. B. einfachen Ringen aus Nylon, drehbar gelagert, der z. B. aus Aluminium hergestellt ist. Er nimmt zylindrische Seltene Erden/Cobalt-Magnete, z. B. Samarium/Kobalt-Magnete 53 mit längs ihrem Innenumfang wechselnder Polung auf.

Der obere Verschlußstopfen 60 des Schutzgehäuses 3 ist aus einem gleichachsigen Innenteil 62 und aus einem Außenteil 61 gebildet, von denen das Innenteil 62 eine zentrale öffnung einer dünnen oberen Bohrung 64 und einer dicken unteren Bohrung 65 im Außenteil 61 durchdringt und gegenüber diesem drehbar ist. Das Außenteil 61 ist mit dem Schutzgehäuse 3 fest verschraubt. Zwischen dem Innenteil 62 und dem Außenteil 61 ist in der oberen Bohrung eine Druckdichtung in Form eines O-Rings 71 angeordnet.

Der Außenteil 61 des Verschlußstopfens 60 ist auf seiner gesamten Länge von den Bohrungen 64 und 65 durchsetzt. Der Innenteil 62 bildet die Hilfs-Betätigu-gswelle aus einem unteren, im Durchmesser großen Teil 67 und einem oberen, im Durchmesser kleineren Schaft 66. Der untere Teil 67 paßt mit Gleitsitz in die untere Bohrung 65 und der obere Schaft 66 in die obere Bohrung 64 des Außenteils 61. Zwischen der Schulter-

fläche des unteren Teils 67 und der Schulterfläche des Außenteils 61 befindet sich ein Drucklager 70 in Form eines Rings aus Polytetrafluoräthylen. In die untere Stirnfläche des drehbaren Innenteils 62 ist außen eine bogenförmige Nut 73 eingearbeitet, die einen 90°-Kreisbogenabschnitt mit der Drehachse des Innenteils 62 als Krümmungsmittelpunkt bildet. Zwischen dem drehbaren Innenteil 62 und dem inneren Dauermagnetteil 80 ist ein Zapfen 90 achsparallel so vorgesehen, daß er, während das innere Dauermagnetteil 80 ohne Behinderung durch den Zapfen 90 um etwa 90° frei drehbar ist, eine weitere Drehung durch Anschlagen an einen Anschlag begrenzt. Nach dem Drehen des Innenteils 62 um maximal 180° hat er die Betätigungswelle 37 um 90° mitgenommen.

Ebenfalls an seiner unteren Stirnfläche weist der Innenteil 62 eine mit seiner Drehachse gleichachsige Bohrung 74 auf, in die ein weiteres zylindrisches Drucklager 75 aus Polytetrafluoräthylen eingesetzt ist, welche mit einem radialen Flansch an der oberen Stirnfläche des Innenteils 62 anliegt. Auf diese Weise ist die Betätigungswelle 37 oder ein Verlängerungsstück von ihr auch an ihrem dem Versch'ußstück 25 abgewandten Ende axial abgestützt.

Die Betätigungswelle 37 trägt ein inneres Dauermagnetteil 80 aus in Umfangsrichtung magnetisieren zylindrischen Seltene Erden/Cobald- Magneten, das die gleiche Polzahl mit gleicher Teilung wie der äußere Dauermagnetteil 50 aufweist. Die Magnete des Magnetteils 80 sind an ihrem Umfang von einem Mantel 83, an ihrer oberen Stirnfläche von einem abgesetzten Oberteil 81 und an ihrer unteren Stirnfläche von einer Ringscheibe 82 gefaßt. Über letztere stützt sich der innere Dauermagnetteil 80 am oberen Drucklager 45 und am unteren Drucklager 42 ab.

Der Zapfen 90 ragt vom Oberteil 81 nach oben und greift in die bogenförmige Nut 73 des Innenteils 62 ein. Am Ende einer 90°-Drehung in beiden Richtungen stößt der Zapfen 90 an den Anschläge bildenden Endflächen der Nut 73 an und verhindert eine weitere Relativdrehung. Wenn das Absperrventil festsitzt und magnetisch nicht betätigt werden kann, läßt sich der Innenteil 62 um maximal 180° in jeder Richtung drehen, um das Verschlußstück 25 zu einer Drehung von 90° mitzunehmen. Zum Drehen des Innenteils 61 läßt sich am freiliegenden oberen Ende des Schafts 66 der Hilfsbetätigungswelle 66,67 ein Schraubenschlüssel ansetzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

50

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Packungsloses Hochdruck-Absperrventil, in dessen Gehäuse ein in zwei Stellungen drehbares, insbes. kugelförmiges, Verschlußstück mit einem Durchlaßkanal mittels eines Dauermagnetantriebs verstellbar ist, der einen mit dem Verschlußstück verbundenen inneren Dauermagnetteil aus in Umfangsrichtung magnetisierten, abwechselnd gepolten Seltene Erden/Cobalt-Magneten innerhalb eines, insbesondere aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehenden, Schutzgehäuses und einen außerhalb der zylindrischen Schutzgehäusewand drehbar gelagerten äußeren Dauermagnetteil aus einer gleichen Anzahl von in Umfangsrichtung magnetisierten, abwechselnd gepolten Seltene Erden/Cobalt-Magneten, dessen Drehbewegung auf den inneren Dauermagnetteil übertragbar ist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet,

daß der innere Dauermagnetteil (80) auf einer in Drucklagern (42,75) axial abgestützten Betätigungswelle (37) befestigt ist, die mit dem Verschlußstück (25) über eine Kupplung in Verbindung steht,
daß im Schutzgehäuse (3) eine mit der Betätigungswelle (37) in Eingriff bringbare, axial durch einen stirnseitigen Verschlußstopfen (60) des Schutzgehäuses (3) abgedichtet nach außen geführte Hilfs-Betätigungswelle (66, 67) gelagert ist, die bei Drehung des inneren Dauermagnetteils (80) durch das äußere Dauermagnetteil (50) nicht mitdrehbar ist, wobei der Verschlußstopfen (60) aus einem gleichachsigen Innen- und Außenteil (62, 61) gebildet ist, von denen das Innenteil (62) eine zentrale Öffnung (Bohrung 64, 63) im Außenteil (61) durchdringt und gegenüber diesem drehbar ist, und das Außenteil

(61) mit dem Schutzgehäuse (3) fest verschraubt ist, zwischen dem Innen- und dem Außenteil (62, 61) eine Druckdichtung (O-Ring 71) angeordnet ist und sich zwischen dem drehbaren Innenteii (62) und dem inneren Dauermagnetteil (80) ein Zapfen (90) so erstreckt, daß er während das innere Dauermagnetteil (80) ohne Behinderung durch den Zapfen (90) um etwa 90° frei drehbar ist, eine weitere Drehung durch Anschlagen an einen Anschlag begrenzt und nach dem Drehen des Innenteils (62) um maximal 180° die Betätigungswelle (37) um 90° mitgenommen hat.

2. Hochdruck-Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Innenteil

(62) eine bogenförmige Nut (73) aufweist, die einen 90°-Kreisbogenabschnitt mit der Drehachse als Krümmungsmittelpunkt bildet, und daß der Zapfen (90) am inneren Dauermagnetteil (80) achsparallel befestigt ist und in die Nut (73) eingreift.