DE3026382A1 - Ventilklappe - Google Patents

Description

Ventilklappe

Die Erfindung betrifft eine Ventilklappe.

Derartige Ventilklappen sind für den Einsatz in Pipelines zum Transport von Fluiden mit hohem Druck und hoher Temperatur geeignet, wie beispielsweise für die Leitung eines Abgases von einem Verbrennungsvorgang. Hierbei sind im allgemeinen Lagerteile für die Ventilstange vorgesehen, die sich außerhalb der Stopfbuchsenteile befinden, um ein Anhaften infolge der Hitze des Fluids zu vermeiden. Da die Lagerteile weit voneinander entfernt sind, biegt sich die Ventilstange stark unter dem Fluiddruck, der auf das Verschlußelement wirkt, wenn die Ventilklappe vollständig geschlossen ist, was zu einer mangelhaften Abdichtung führt. Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine Ventilstange mit einem großen Durchmesser einzusetzen, um die Durchführung zu vermindern. Dies führt jedoch zu dem Nachteil, daß nur eine relativ kleine Öffnungsfläche frei bleibt, wenn die Ventilklappe völlig geöffnet ist, wodurch gleichzeitig die Strömungscharakteristika verschlechtert werden.

In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile die Ventilklappe der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Anhaften der Lagerteile nicht eintritt, während sich andererseits die Ventilstange unter dem Flüssigkeitsdruck nicht weit durchbiegen soll, ohne daß es erforderlich ist, hierfür ein Material mit großem Durchmesser zu verwenden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich weiterer erfindungswesentlicher Merkmale wird auf die Unteransprüche verwiesen.

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Die Ventilklappe gemäß der Erfindung umfaßt ein Ventilgehäuse mit rohrförmigen Teilen, eine Ventilstange, die sich durch die rohrförmigen Teile hindurcherstreckt und das innerhalb des Gehäuses drehbare Verschlußelemente trägt, Stopfbuchsendichtungsteile zwischen der Ventilstange und den rohrförmigen Teilen zur Verhinderung eines Fluiddurchtritts, sowie Lagerteile für die Ventilstange außerhalb der Stopfbuchsendichtungsteile, wobei jeder der Stopfbuchsendichtungsteile axial zur Ventilstange in zwei Abschnitte aufgeteilt und ein Lager zwischen der Ventilstange und dem rohrförmigen Teil zwischen den beiden Abschnitten angeordnet ist.

Die Ventilstange wird somit nicht nur durch die Lagerteile gehalten, sondern auch durch die Lagerelemente, die zwischen den geteilten Abschnitten einer jeden Stopfbuchsendichtung angeordnet sind. Dementsprechend schützen die geteilten Stopfbuchsenteile die Lager vor dem Fluid, dessen Hitze sonst ein Anhaften bewirken würden. Die Ventilstange wird gemäß der Erfindung in kürzeren Abständen gehalten, als dies bei herkömmlichen Ventilklappen der Fall ist, wodurch die Durchbiegung der Ventilstange infolge des Flüssigkeitsdruckes, der auf das Verschlußelement wirkt, vermindert wird. Dementsprechend ist gemäß der Erfindung keine Ventilstange mit einem großen Durchmesser erforderlich, während andererseits ausgezeichnete Dichtungs- und Strömungseigenschaften erzielt werden, wenn das Ventil vollständig geschlossen bzw. ganz geöffnet ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und erfindungswesentliche Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt im einzelnen:

Fig. 1 . eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Ventilklappe, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Hauptteil der Ventilklappe in einem' größeren Maßstab,

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Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen Teilschnitt der Darstellung gemäß Fig. 2 in größerem Maßstab,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform des Einlasses für das Spülfluid und

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Strömungsgeschwindigkeit des Spülfluids über die Temperatur der Ventilstange.

Die in Fig. 1 dargestellte Ventilklappe umfaßt eine Ventilstange 1 mit hohlen Stangenteilen la bzw. Ib, die sich durch rohrförmige Teile 3, 3 eines Ventilgehäuses 2 hindurcherstrecken und drehbar von Lagerteilen 4, 4 mit Kugellagern gehalten sind. Die Ventilstange 1 trägt ein Verschlußelement 6 im mittleren Bereich, während ein Ende mit einem Antriebsmechanismus 5 zur Betätigung der Ventilklappe verbunden ist. Eine Drehung der Ventilstange 1 bewirkt, daß die Dichtungsfläche 7 (Fig. 2), die auf dem Umfang des Verschlußelementes 6 angeordnet ist, in Eingriff oder außer Eingriff mit dem Ventilsitz 8 kommt, der sich an dem inneren Umfang des Ventilgehäuses 2 befindet. Stopfbuchsendichtungen 9, 9 sind zwischen der Ventilstange 1 und jedem der rohrförmigen Teile 3, 3 an einer Stelle vorgesehen, die dichter an dem Verschlußelement 6 liegt als die Lagerung 4. An einer Stelle eines jeden der rohrförmigen Teile 3, 3, noch dichter an dem Verschlußelement 6 ist ein Einlaufrohr Rl vorgesehen zur Einführung eines Spülfluids, wie beispielsweise Dampf. Die Ventilklappe mit dem oben beschriebenen Aufbau ist für den Einsatz in einer Pipeline zum Transport eines heißen Gases unter hohem Druck geeignet, das Staub enthält, wie z. B. das Abgas, das bei der Gewinnung von Zeolit, Siliciumdioxyd (Si Cp) und ähnlichem während der Ölraffination anfällt.

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Es ist hier zu erwähnen, daß die Ventilstange 1 aus einer einzelnen Stange bestehen kann, soweit diese hohl ausgebildet ist.

Während die Fig. 1 eines der rohrförmigen Teile 3 des Klappengehäuses 2 im Schnitt zeigt, besitzen die beiden rohrförmigen Teile 3, 3 im wesentlichen den gleichen Aufbau. Dementsprechend soll zur Vereinfachung nur eines der rohrförmigen Teile 3 im Detail nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben werden.

Der Stopfbuchsenteil 9 ist axial zur Ventilstange 1 in zwei Abschnitte 9a, 9b unterteilt, während sich ein Lager 10 hierzwischen befindet. Somit wird die Ventilstange 1 von dem Ventilgehäuse 2 an vier Stellen gehalten, nämlich mit Hilfe der beiden Lagerteile 4, 4 und der beiden Lagerteile 10,

Verstärkungsrippen lla, 11b aus Stellit oder einem ähnlichen Material sind an die Lagerelemente 10 in einer solchen Position angeschweißt, daß sie gleitend mit der Ventilstange an einer Stelle gegenüber dem Lager .10 in Kontakt stehen. Der rohrförmige Teil 3 besitzt eine Durchbohrung 3a, an welche ein Schmiermitteleinlaß R2 angeschlossen ist, während das Lager 10 Ringnuten 12 und 13 am inneren und äußeren Umfang aufweist, sowie Durchlässe 14 an vier Stellen auf dem Umfang verteilt, die mit den Ringnuten 12 und 13 in Verbindung stehen, so daß das Schmiermittel an einer solchen Stelle eingeführt werden kann, an welcher die Ventilstange 1 und das Lager 10 gleitend miteinander in Kontakt stehen. Dieser Aufbau verhindert ein Anhaften der Ventilstange 1 an dem Lager 10 und stellt eine wirkungsvolle Dichtung im Bereich der Stopfbuchsendichtung 9 sicher.

Zur Zuführung des Spülfluids ist ein Ring 18 mit Ringnuten und 16 auf dem inneren und äußeren Umfang und Poren 17, die auf sechs verschiedenen Umfangspositionen eingebracht sind, und mit den Ringnuten 15 und. 16 in Verbindung stehen, zwischen

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dem rohrförmigen Teil 3 und der Ventilstange 1 angeordnet, wobei die äußere Ringnut 16 in Verbindung mit dem Einlaßrohr Rl steht. Die Ventilstange 1, eine Muffe 19, die die Ventilstange 1 umgibt und eine Manschette 20, die an der Innenwand des rohrförmigen Teiles 3 anliegt, bilden einen Raum oder einen Durchgang R, durch welchen das Spülfluid von dem Einlaßrohr Rl in das Ventilgehäuse 2 einströmt, um den Staub kurz vor der Stopfbuchsendichtung 9 und dem Lager 10 abzuhalten, die von dem Fluid herrührt, das durch die Pipeline transportiert wird.

Die Fig. 3 zeigt die Verbindung zwischen dem Einlaßrohr Rl und der äußeren Ringnut 16. Der rohrförmige Teil 3 besitzt eine Öffnung 21 an einer Stelle des Umfanges,und der Ring ist so eingesetzt, daß die äußere Ringnut in Verbindung mit der Öffnung 21 steht. Die Durchlässe 17 des Ringes 18 sind versetzt zu der Öffnung 21 angeordnet, wodurch das Spülfluid von dem Einlaßrohr Rl durch die Öffnung 21, die Ringnut 16 sowie die Durchlässe 17 strömt und dann in den Durchgang R in gleichförmiger Verteilung über den Umfang.

Die Ventilstang=1 wird gekühlt durch Kühlluft, die deren Innenaussparung durchströmt von dem Kühlmitteleinlaß 22 an einem Ende bis zu dem Auslaß 23 am anderen Ende.

Wie die Fig. 4 zeigt, besitzt .das Verschlußelement 6 eine Aussparung 24 an einer Stelle, die dem Lagerteil 4 gegenüberliegt, und die Dichtungsfläche 7 aus einer Stellitmaterialrippe, die auf das Verschlußelement 6 aufgeschweißt ist, erstreckt sich über die Außenfläche der Aussparung 24. Die Muffe 19, die auf der Ventilstang 1 sitzt, paßt mit einem Ende dicht in die Aussparung 24 hinein, während das andere Ende an einer Schulter 25 anliegt, die an der Ventilstange 1 ausgebildet ist, um das Verschlußelement 6 fest gegen eine Radialbewegung zu halten. Ein Zwischenraum L ist zwischen dem inneren Umfang der Muffe 19 und dem äußeren Umfang der Ventilstange 1 vorgesehen, um die Ventilstange 1 vor Staub und dem Spülfluid zu schützen und gegenüber der Hitze des Transportfluids zu isolieren. _ΛΛΛΛ

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Die Manschette 20 ist in den rohrförmigen Teil 3 angrenzend an seine innere Endöffnung 28 eingepaßt und gegen eine Bewegung in Richtung auf das Verschlußelement 6 durch eine Sc-hulter 26 gehalten, die in dem rohrförmigen Teil 3 ausgebildet ist, wodurch der rohrförmige Teil 3 angrenzend an das Verschlußelement 6 gegen Staub und Spülfluid geschützt ist. Am inneren Umfang der Manschette 20,angrenzend an das Verschlußelement 6, ist ein Überzug als Verlängerung des Ventilsitzes 8 in Form einer Stellit-Materialrippe an dem Ventilgehäuse 2 aufgeschweißt. Dieser Aufbau führt zu einem schmalen Zwischenraum zwischen der Manschette 20 und der Muffe 19, wodurch die Verhinderung des Staubeintrittes unterstützt wird, während gleichzeitig die Querschnittsverringerung des Durchganges R die Geschwindigkeit des Spülfluids erhöht, so daß eine wirkungsvolle Entfernung des Staubes sichergestellt ist. Dieser Aufbau schützt außerdem das Ende der Manschette 20 in der Nachbarschaft des Verschlußelementes 6 gegen Erosion infolge der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit des Fluids.

Die Muffe 19 und die Ventilstange 21 sind auf den Oberflächen, die dem Durchgang R gegenüberliegen, mit einer Metallschicht, wie z. B. Wolframkarbid oder ähnlichem überzogen, das eine große Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen und Abnutzung besitzt. Somit sind die Ventilstange 1 und die Muffe 19 gegen Erosion durch das Spülfluid geschützt.

Die Anzahl der Durchlässe 17, die in dem Ring 18 ausgebildet sind, muß nicht genau sechs sein. Eine Zahl von drei oder vier dient diesem Zweck hinlänglich, solange die Durchlässe 17 auf dem Umfang verteilt sind.

Das Einlaßrohr Rl und die äußere Ringnut 16 können in einer anderen Weise miteinander in Verbindung stehen, wie dies die Fig. 5 zeigt. Gemäß dieser Ausführungsform besitzt der rohrförmige Teil. 3 Durchlässe 121, die auf dem Umfang in einem Winkel von 90 zueinander angeordnet sind, während ein Verteilerrohr 124 vorgesehen ist, das einen Ringrohrteil 122

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sowie Abzweiger 123 besitzt, die in Verbindung mit dem Ringrohrteil 122 und den Durchlässen 121 stehen, wodurch das Spülfluid in einer gleichmäßigen Umfangsverteilung in die äußere Ringnut 16 eingeführt wird. Der Ring 18 sitzt innerhalb des rohrförmigen Teiles 3, wobei die Durchlässe 17 in einem Winkel von 45 zu den Durchlässen 121 des rohrförmigen Teiles 3 angeordnet sind, um eine gleichmäßige Umfangsverteilung um die Ventilstange 1 des in Richtung auf das Gehäuse 2 strömenden Spülfluids zu erleichtern.

Als nächstes soll die Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit ν des Spülfluids, das den Durchgang R durchströmt und der Temperatur T der Ventilstange 1 im einzelnen auf der Grundlage von Untersuchungsergebnissen beschrieben werden. Bei den Untersuchungen betrug die Temperatur des durch das Ventilgehäuse 2 transportierten Fluids 700 C, während Dampf als Spülfluid mit einer Temperatur von 150 C eingesetzt wurde.

Wie die Fig. 6 zeigt, wird dann, wenn kein Spülfluid zugeführt wird, die Ventilstange 1 nur durch Kühlluft, die den Hohlraum durchströmt, abgekühlt, wobei die Ventilstangentemperatur etwa bei 600 C liegt. Die Stangentemperatur nimmt ab mit einem allmählichen Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit ν des Spülfluids. Zunächst tritt eine geringe Veränderung bis auf eine Geschwindigkeit ν von 10 m/Sek. ein, wobei die Ventilstangentemperatur lediglich auf etwa 55O°C abfällt. Eine beträchtliche Änderung ist zu bemerken in der Nähe von 15 m/Sek., bei welcher die Stangentemperatur auf etwa 470⁰C abfällt. Dann sinkt die Ventilstangentemperatur weiter auf etwa 400 C bei einer Geschwindigkeit von 20 m/Sek. Wenn die Fluidgeschwindigkeit 20 m/Sek. übersteigt, wird der Temperaturabfall wieder gering und erniedrigt sich nur auf etwa 380 C bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 m/Sek. Die obigen Ergebnisse zeigen klar, daß die Ventilstangä 1 am wirkungsvollsten abgekühlt wird, wenn das Spülfluid eine Strömungsgeschwindigkeit von 15 m/Sek. oder mehr besitzt.

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Bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Spülfluids von 50 m/Sek. oder mehr kann jedoch ein Erosionsproblem durch das Spülfluid entstehen. Dementsprechend sollte die Strömungsgeschwindigkeit des Spülfluids im Bereich zwischen 15 m/Sek. und 50 m/Sek. liegen.

Üblicherweise läßt man das Spülfluid mit einer Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von 10 m/Sek. durchströmen, um den Staub anzuhalten. Unter Berücksichtigung der verschiedenen oben genannten Faktoren schafft die Erfindung eine wesentliche Verbesserung, indem die Strömungsgeschwindigkeit des Spülfluids auf 15 m/Sek· oder höher eingestellt wird, wodurch das Spülfluid nicht nur den Staubeintritt verhindert, sondern auch die Ventilstange 1 abkühlt. Insgesamt sind sowohl die Ventilstange 1 als auch die rohrförmigen Teile 3 des Ventilgehäuses 2 vor der Abnützung durch den Staub geschützt, während darüber hinaus der Kühlungswirkungsgrad der Ventilstange nunmehr beträchtlich verbessert ist. Hierdurch wird weiterhin die Wärmeausdehnung und -kontraktion der Ventilstange 1 vermindert und somit eine ausgezeichnete Abdichtung erzielt, wenn die Ventilklappe völlig geschlossen ist.

Es ist noch hinzuzufügen, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Spülfluids durch ein (nicht dargestelltes) Steuerventil eingestellt werden kann, das sich innerhalb des Einlaßrohres Rl befindet, durch welches das Spülfluid etwa in Form von Dampf, der von einem (nicht dargestellten) Boiler erzeugt wird, eingeleitet wird.

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Claims (10)

1. Patentanwälte *

   8000 München 22 · Steinsdorfstraße 21-22 · Telefon 089 / 22 94

   Kubota, Ltd. 22-banchi, 2-chome Funade-cho, Naniwa-ku, Osaka-shi, Osaka-fu Japan

   Ventilklappe

   Patentansprüche

   1·) Ventilklappe, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse (2) mit zwei rohrförmigen Teilen (3, 3), eine Ventilstange (1), die sich durch die rohrförmigen Teile (3, 3) hindurcherstreckt und das innerhalb des Gehäuses drehbare Verschlußelement (6) trägt, Stopfbuchsendichtungsteile (9,- 9) zwischen der Ventilstange (1) und den rohrförmigen Teilen (3,3) zur Verhinderung eines Fluiddurchtritts, sowie Lagerteile (4, 4) für die Ventilstange (1) außerhalb der Stopfbuchsendichtungsteile (9, 9), wobei jeder der Stopf-

   Z/ Di -9 7$ 7

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   buchsendichtungsteile (9, 9) axial zur Ventilstange (1) in zwei Abschnitte (9a, 9b) aufgeteilt und ein Lager (10) zwischen der Ventilstange (1) und dem rohrförmigen Teil (3) zwischen den beiden Abschnitten (9a, 9b) angeordnet ist«
2. 2. Ventilklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Einlaßrohr (Rl) die'rohrförmigen Teile (3, 3) durchdringt und ein Durchgang (R) zwischen der Ventilstange (1) und den rohrförmigen Teilen (3, 3) vorgesehen ist zur Einführung eines Spülfluids in das Ventilgehäuse (2).
3. 3. Ventilklappe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang (R) zumindest von der Innenöffnung (28) der rohrförmigen Teile (3, 3) durch eine MUffe (19), die die Ventilstange umgibt, und eine. Manschette (20) gebildet wird, die an der Innenwandung des rohrförmigen Teiles (3) anliegt.
4. 4. Ventilklappe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Einlaßrohr (Rl) eine Öffnung (21) umfaßt, die in dem rohrförmigen Teil (3) ausgebildet ist, und ein Abstreifring (18) in jedes der rohrförmigen Teile (3, 3) eingepaßt ist, der eine Ringnut (16) sowie eine Anzahl von Durchlässen (17) auf seinem Umfang trägt, die mit der Ringnut (16) und dem Durchgang (R) in Verbindung stehen, wobei die Öffnung (21) mit der Ringnut (16) in Verbindung steht und die Durchlässe (17) versetzt zur Öffnung (21) angeordnet sind.
5. 5. Ventilklappe nach einem der Ansprüche 1 oder 4, d a d u r c h gekennzeichnet , daß jeder der rohrförmigen Teile (3, 3) eine Durchbohrung (3a) besitzt und jedes der Lager

   (10) eine äußere und eine innere Ringnut (12, 13) sowie mindestens einen Durchlaß (14) aufweist, der mit der Inneren und der äußeren Ringnut (12, 13) in Verbindung steht, wobei die Durchbohrung (3a), die innere und die äußere Ringnut (12, 13) und der Durchlaß (14) eine Leitung <R2) zur Zu-

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   führung eines Schmiermittels zu dem Lager (10) bilden, das
   in Kontakt mit der yentilstange (1) und dem rohrförmigen Teil
   (3) steht.
6. 6. Ventilklappe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Muffe (19) die Ventilstange (1) in
   einem Abstand (L) umgibt, wobei deren eines Ende in einer Aussparung (24) ruht, die in dem Verschlußelement (6) ausgebildet ist, während das andere Ende sich in den rohrförmigen Teil

   (3) hineinerstreckt.
7. 7. Ventilklappe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Muffe (19) auf der den Durchgang

   (R) bildenden Seite mit einem hitze- abnutzungsbeständigen
   Metallüberzug (27) versehen ist.
8. 8. Ventilklappe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagerteile (4, 4) Kugellager und die Lagerteile (10, 10) Metallager umfassen.
9. 9. Ventilklappe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagerteile (10, 10) und die Ventilstange (1) an den Kontaktstellen Verstärkungsrippen (11)
   tragen.
10. 10. Ventilklappe nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet , daß das Einlaßrohr (Rl) für die Spülflüssigkeit eine Anzahl von Öffnungen (121) umfaßt, die in dem rohrförmigen Teil (3) ausgebildet sind, während ein Abstreifring
    (18) in jedes der rohrförmigen Teile (3, 3) eingepaßt ist, wobei der Abstreifring (18) eine Umfangsnut (16) und eine Anzahl von Durchlässen (17) auf seinem Umfang umfaßt, die mit der
    Ringnut (16) und dem Durchgang (R) in Verbindung stehen, wobei die Öffnungen (121) mit der Ringnut (16) in Verbindung steht
    und die Durchlässe (17) zu der Öffnung (121) versetzt angeordnet sind.

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