DE3040259A1

DE3040259A1 - Ventil mit einer daempfungsanordnung sowie daempfungsanordnung fuer ein absperrventil

Info

Publication number: DE3040259A1
Application number: DE19803040259
Authority: DE
Inventors: Robert J. Tulsa Okla. Glahn
Original assignee: Geosource Inc
Current assignee: Geosource Inc
Priority date: 1979-12-17
Filing date: 1980-10-24
Publication date: 1981-06-25
Also published as: AU6357680A; CA1138742A; AU534211B2; IT1167057B; IT8050304A0; FR2471540B1; US4286621A; JPS5686270A; GB2067263B; GB2067263A; FR2471540A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einer Dämpfungsanordnung sowie eine Dämpfungsanordnung für ein Absperrventil. Sie betrifft insbesondere eine Dämpfungsanordnung, die sowohl die Öffnungs- als auch Schliessbewegung eines AbSperrventiles verzögern kann.

Die meisten bei Erdölförderanlagen verwendeten Absperrventile mit mittleren bis grossen Durchmessern (in der Grössenordnung von 30,5 bis 132 cm) sind als Gelenkklappenventile ausgebildet. Klappen-Absperrventile dieser Bau-

art weisen im allgemeinen eine Klappe oder ein Ventilelement auf, das mit einer Ventilwelle verkeilt oder auf andere Weise fest verbunden ist. Die Ventilwelle ist drehbar in einem erweiterten Abschnitt des Ventilgehäuses gehalten, wobei die Drehachse der Ventilwelle quer zu dem Fluidströmungsweg liegt, der sich durch das Ventilgehäuse"von einer Einlassöffnung zu einer Auslassöffnung erstreckt. Die Klappe und ihre Welle können daher frei in Öffnungsrichtung gedreht werden, damit das Fluid vom Ventileinlass zum -auslass strömen kann. Sollte das Fluid jedoch in entgegengesetzte Richtung (vom Auslass zum Einlass) strömen, so wird die Klappe gegen ihre Anlagestelle gedrückt und damit eine Rückströmung verhindert. ■

Häufig ist es erwünscht, die Öffnungs- und Schliessbewegung der Ventilklappe zu verzögern oder auf andere Weise zu steuern, damit keine zu grossen Reaktionskräfte auf das Ventilgehäuse und die zugehörigen Bauteile eines Fluidsystemes einwirken.

Durch die Erfindung wird daher eine Dämpfungsanordnung für ein Absperrventil geschaffen, mit der sich die öffnungs- und Schliessbewegung der Klappe abdämpfen lässt. Die Dämpfungsanordnung umfasst ein fluiddichtes Gehäuse mit einem darin

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befindlichen Hohlraum, der ein Dämpfungsfluid von hoher Viskosität aufnehmen kann. Das Gehäuse ist mit dem Ventilgehäuse so verbindbar, dass die Achse des Gehäuses im wesentlichen ausgerichtet zu der Drehachse der Ventilwelle zu liegen kommt. Ein Rotorelement ist drehbar in dem fluiddichten Gehäuse angeordnet und kann mit der Ventilwelle verbunden werden, so 'dass der Rotor sich mit dieser dreht. Der Rotor hat wenigstens einen radial nach aussen sich erstreckenden Flügel, der in den Raum im Gehäuse hineinragt und den Raum in ein erstes und zweites Fluidvolumen unterteilt. Der Flügel ist in den Raum in eine erste oder zweite Richtung, je nach Öffnungsoder Schliessbewegung der Klappe, bewegbar. Die Bewegung des Flügels durch das in dem Raum befindliche Dämpfungsfluid verzögert die Bewegung der Klappe, da sie zu einer Erhöhung des Druckes des Dämpfungsfluides führt, das sich in dem Fluidvolumen vor dem Flügel in dessen Bewegungsrichtung befindet. Die Dämpfungsanordnung zeichnet sich durch eine Druckentlastungsanordnung aus, die in dem Rotor angeordnet und mit beiden Fluidvolumina in Verbindung bringbar ist, um den Druck abzubauen, der in dem Fluid in dem Volumen vor dem Flügel in dessen Bewegungsrichtung aufgebaut worden ist. Wenn der Fluiddruck in diesem Fluidvolumen einen bestimmten Wert überschreitet, wird der Druck in diesem Volumen dadurch abgebaut, dass man das Volumen zu dem betreffenden anderen Fluidvolumen abführt.

Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Druckentlastungsanordnung eine erste und eine zweite im Rotor vorgesehene Passage, die jeweils in Fluidverbindung mit dem ersten bzw. zweiten Fluidvolumen stehen. Zwischen der ersten und zweiten Passage ist ein Ventil angeordnet, das durch eine bestimmte Vorspannkraft,z.B. mittels einer Tellerfeder, vorgespannt ist, um das Ventil in einer normalerweise geschlossenen Stellung zu halten und damit die erste und zweite Passage gegeneinander zu isolieren. Das Ventil spricht auf eine darauf einwirkende Kraft an, wenn der Druck des Fluides in jedem Fluiclvalumina den bestimmten Druck überschreitet und dabei

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die Vorspannkraft überwunden wird, so dass sich das Ventil öffnet und eine Verbindung zwischen erster Passage und zweiter Passage hergestellt wird.

Gemäss einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist das Ventilelement so gehalten, dass es koaxial zur Achse des Fluidgehäuses liegt. Ein gleicher Bereich der Fläche des Ventilelementes ist dem Druck des Fluides in der ersten und zweiten Passage ausgesetzt und spricht auf einen Druckaufbau in jeder Passage (und damit in jedem Volumen) an, um das Ventil axial relativ zur Mittellinie des Gehäuses zu verschieben und dadurch eine Verbindung zwischen der ersten und zweiten Passage herzustellen. .

Eine andere Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Rotorelement zwei Flügel aufweist, die sich jeweils radial von diametral gegenüberliegenden Stellen der Rotoroberfläche erstrecken. Die äussere radial aussenliegende Oberfläche des Rotors liegt innerhalb einer bestimmten engen Toleranzgrenze zur Innenseite des fluiddichten Gehäuses. Jeder Rotor unterteilt einen ersten und einen zweiten Raum (der im fluiddichten Gehäuse durch ein stationäres radial nach innen ragendes Statorelement gebildet ist) in erste und zweite Fluidvolumina. Die Passagen haben die Form von radial sich erstreckenden Durchgangsbohrungen,die in axialem Abstand voneinander im Rotor vorgesehen sind. Eine axial sich erstreckende Verbindungsbohrung ist im Rotor ausgebildet, um die erste und zweite Passage miteinander zu verknüpfen. Das Ventilelement steht unter axialer Vorspannkraft gegen einen Sitz, der längs des Umfanges der Durchgangsbohrung angeordnet ist, so dass gleiche Bereiche des Ventilelementes den Fluiddrücken in der ersten und zweiten Passage ausgesetzt sind.

Durch die Erfindung wird ferner eine Dämpfungsanordnung für ein Absperrventil mit einem Gehäuse geschaffen, das eine Strömungspassage durch das Absperrventil vorsieht, wobei an einer Ventilwelle eine Klappe befestigt ist, die unter Öffnen

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und Schliessen in und aus dem Strömungsweg bewegbar ist. Die Dämpfungsanordnung umfasst ein fluiddichtes Gehäuse, das in Bezug auf das Absperrventilgehäuse befestigbar ist und einen Raum zur Aufnahme eines Dämpfungsfluides aufweist. In dem Gehäuse ist ein Rotor zur Verbindung mit der Ventilwelle angeordnet, so dass er sich gemeinsam mit dieser dreht. Der Rotor trägt einen Flügel, der sich vom Rotor so erstreckt, dass er den Raum in erste und zweite Fluidvolumina unterteilt. Der Flügel ist in dem Raum durch das Dämpfungsfluid im Raum in eine erste und zweite Richtung entsprechend der Öffnungs- und Schliessbewegung der Ventilwelle, mit der der Rotor in Verbindung steht, bewegbar, wobei die Bewegung der an der Ventilwelle befestigten Klappe durch die Bewegung des Flügels durch da.s Dämpfungsfluid in dem Raum verzögert wird, indem die Bewegung zu einer Erhöhung des Druckes in dem Dämpfungsfluid führt, das sich in dem Fluidvolumen vor dem Flügel in dessen Bewegungsrichtung befindet. Eine Druckentlastungsanordnung ist im Rotor ferner angeordnet und kann in Verbindung mit den ersten und zweiten Fluidvolumina treten, um den Druck abzubauen, der im Dämpfungsfluid in den Volumina vor dem Flügel in dessen Bewegungsrichtung aufgebaut wird. Der Druckabbau erfolgt, wenn besagter Fluiddruck einen bestimmten Wert überschreitet, indem das Volumen an das andere Fluidvolumen abgeführt wird.

Erfindungsgemäss ist weiter in einem dar Statoren ein Bypass-Strömungskanal vorgesehen. Der Strömungskanal verbindet eines der Fluidvolumen in dem ersten Paar Fluidvolumina mit dem entgegengesetzten anderen Fluidvolumen im zweiten Paar Fluidvolumina. Die Durchlassfläche des Bypasskanales wird durch einen beweglichen Bypasskolben verändert.

Eine Ausfuhrungs>form der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert» Es zeigen:

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Fig. 1 eine geschnittene Ansicht des Ventilgehäuses von einem Klappenabsperrventil mit einer erfindungsgemäss aufgebauten Dämpfungsanordnung,

Fig. 2 eine vergrösserte Seitenansicht einer Dämpfungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 3 eine geschnittene Ansicht längs der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2, und

Fig. 4 eine vergrösserte Ansicht von einem Teil der in Fig. 2 .gezeigten Dämpfungsanordnung zur Darstellung der Ventilvorspanneinrichtung. .

In der Zeichnung tragen gleiche Teile durchgehend die gleichen Bezugszeichen.

Fig. 1 ist eine Gesamtansicht von einem Schwenkklappen-Absperrventil 10,bei dem eine das allgemeine Bezugszeichen 12 tragende Dämpfungsanordnung nach der Erfindung Verwendung findet. In den meisten Fällen wird der Dämpfer 12 bei grossen Schwenk-Absperrventilen verwendet, die Klappen mit einem Durchmesser von 3 0,5 bis 132 cm haben. Es versteht sich jedoch, dass eine nach der Erfindung aufgebaute Dämpfungsanordnung 12 bei geeigneter Bemessung auch verwendet werden kann, um die Bewegung der Welle von irgendeinem Schwenk-Absperrventil oder einer Drehwelle zu dämpfen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist das Ventil 10 ein Gehäuse 14 mit einer Einlassöffnung 16 und einer nicht gezeigten Auslassöffnung auf. Ein Fluidströmungsweg in Richtung des Strömungspfeiles 18 erstreckt sich von der Einlassöffnung 16 durch einen erweiterten Abschnitt 20 des Gehäuses 14 zur Auslassöffnung.

Eine Ventilklappe 22 ist drehbar in dem erweiterten Abschnitt 20 des Gehäuses 14 gehalten. Die Klappe 22 weist einen Arm 24 auf,

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der an der rückseitigen Fläche der Klappe befestigt ist. Das obere Ende des Armes 24 verbindet sich mit einer Büchse 26, die z.B. durch Federkeile 28A und 28B an einer Ventilwelle 30 befestigt ist. Die Ventilwelle 30 ist um ihre Achse 32 in Lagern 34A und 34B drehbar. Die Lager 34 sind in betreffenden Bohrungen 36A und 36B im Gehäuse 14 an gegenüberliegenden Seiten von dessen vertikaler Mittellinie VCL aufgenommen. Geeignete Distanzstücke 38A und 38B sind vorgesehen. Der erweiterte Abschnitt 20 des Gehäuses 14 wird durch einen Deckel 4 0 verschlossen, der am Gehäuse 14 durch Schrauben und Muttern 32 befestigt ist. Ein Leckaustritt aus dem Inneren des Gehäuses 14 wird durch eine Dichtung 44 verhindert. Das Ende der Welle 30, das durch die Bohrung 36A hindurchragt, erstreckt sich in ein Element 46, das an der Seite des Gehäuses 14 durch Schrauben und Muttern 48 angeschraubt ist.

Die erfindungsgemässe Dämpfungsanordnung 12 hat die Aufgabe, die Drehbewegung der Klappe sowohl in öffnungs- als auch Schliessrichtung zu verzögern.

Das Ende der Welle 30, das aus der Bohrung 36B herausragt, erstreckt sich in die Dämpfungsanordnung 12. Details des Aufbaues der Dämpfungsanordnung 12 sind in Fig. 2, 3 und 4 gezeigt, auf die nachfolgend eingegangen wird.

Ausserhalb an dem Ventilgehäuse 14 ist um die Bohrung 36B ein Adaptionsstück 54 befestigt. Das Adaptionsstücke 54 weist gegenüberliegende Befestigungsflansche 56L und 56R auf. Der Befestigungsflansch 56L nimmt eine Vielzahl von Befestigungsschrauben und Muttern 58 auf, mit denen das Adaptionsstüol: 54 in der gezeigten Lage um die Gehäusebohrung 36B befestigt wird. Das Adaptionsstücke 54 enthält eine radial inseitig des Befestigungsflansches 56L angeordnete Ausnehmung, die eine in Bezug auf die Achse 32 der Welle 30 radial sich erstreckende Absatzfläche 60 vorsieht.

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Die Welle 30 ist nahe der Gehäusebohrung 3 6B durch eine geeignete Dichtungsanordnung 62 abgedichtet. Die Dichtungsanordnung 62 umfasst ein ringförmiges Dichtungshalteelement 64, das sich axial zwischen dem Ende des Lagers 34B und der im Adaptionsstück 54 vorgesehenen Absatzfläche 60 abstützt. Das Halteelement 64 weist eine erste und zweite umfänglich angeordnete Nut 66L und 66R auf; diese Nuten erstrecken sich längs der Aussenfläche des Halteelementes 64. Jede Nut 66L und 66R enthält ein geeignetes Dichtungselement z.B. einen O-Ring 68L und 68R, um Leckaustritte aus dem Inneren des Gehäuses 14 durch die Zwischenfläche zwischen Gehäuse 14 und Dichtungshälteelemeiit 64 im Bereich der Bohrung 36B zu verhindern. Eine zentrale Nut 66C erstreckt sich umfänglich längs der inneren Oberfläche des Dichtungshalteelementes 64 an einer axial zwischen den Nuten 66L und 66R liegenden Stelle. Ein Dichtungselement z.B. ein O-Ring 68C liegt in der zentralen Nut 66C. Die Dichtung 68C verhindert einen Leckaustritt aus dem Inneren des Gehäuses 14 längs der Zwischenfläche zwischen Welle 30 und Dichtungshalteelement 64. Eine durch einen Cswindestift 72 verschlossene Entlüftungsöffnung 7 0 ist nahe der Stelle vorgesehen, an der das Dichtungshalteelement 64 gegen das Ende des Lagers 34B stösst.

Die Welle 30 erstreckt sich durch das Adaptionsstück 54. Das' Ende 3OB der Welle 30, das über den Flansch 56R hinausragt, hat eine verringerte radiale Abmessung gegenüber dem übrigen Teil der Welle 30. Das Ende 3OB der Welle 30 weist eine im wesentlichen rechteckförmige Querschnittskonfiguration bei Betrachtung senkrecht zur Wellenachse 32 auf.

Das rechteckförmige Ende 3OB der Welle 30 erstreckt sich in ein Dämpfergehäuse 80. Das Dämpfergehäuse 80 ist mit dem Ende des Adaptionsstückes 54 durch eine Reihe von Schrauben und Bolzen 82 .verbunden. Das Gehäuse 80 stellt

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ein im wesentliches zylindrisches Element mit einem radial nach innen gerichteten Flansch 84F (in Bezug auf die Mittelachse 32 der Welle 30) dar, der die das Gehäuse am Adaptionsstück 54 befestigenden Schrauben 82 aufnimmt. Der Flansch 84F hat eine zentrale öffnung 85, die teilweise radial von einem Vorsprung 84L überragt wird. Das gegenüberliegende Ende des Gehäuses 80 ist durch einen Deckel 88 verschlossen, der an dem Ende des Gehäuses durch eine Reihe von Schrauben 90 befestigt ist. Die Abdichtung der Zwischenfläche zwischen Deckel 88 und Gehäuse 80 erfolgt durch eine Dichtung 92, die in einer Ringnut 94 in einer radialen Verdickung 8OL des Gehäuses 80 liegt. Der Deckel 88 weist ebenfalls eine zentrale axiale öffnung 96 und eine exzentrisch zum Deckel 88 angeordnete Gewindeöffnung 98 auf, deren Zweck nachfolgend noch erläutert wird. Die öffnung 96 wird teilweise von einem radialen Vorsprung 88L überragt.

Die Innenfläche 102 des Gehäuses 80 definiert eine im wesentlichen fluiddichte Zone. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Zone im Gehäuse 80 in einen ersten und einen zweiten fluiddichten Raum 104 bzw. 106 durch radial nach innen ragende Statoren 108 und 110 unterteilt. Bei den Statoren 108 und 110 handelt es sich jeweils um im wesentlichen keilförmige Elemente bei Betrachtung von ihren Endei aus, die am Gehäuse 80 durch radial sich erstreckende Schrauben 112A bzw. 112B befestigt sind. Die Statoren 108 und liegen vorzugsweise diametral einander gegenüber.

Die radial aussenliegenden Flächen 1 08E und 110E der beiden Statoren entsprechen in der Formgebung dem Bereich der inneren Oberfläche 102,an dem sie befestigt sind. Die radial innenliegende Fläche: 108E und 11OE von jedem Stator hat einö im wesentlichen zylindrische Formgebung, vgl. Fig. 3. Der Raum 104 befindet sich zwischen der radial liegenden Stirnfläche 108F₁ des Stators 108 und der radial liegenden Fläche 110F-, des Stators 110. Der Raum 106 erstreckt sich zwischen den radial liegenden Flächen

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108F₂ und 11OF₂ an den betreffenden Statoren 108 und 110. Die winkelmässige Abmessung von jedem Raum, in Fig. 3 durch die Dimensionslinien 104D (zwischen den Flächen 108F₁ und 11OF-) und 106D (zwischen den Flächen 108F₂ und 110F₂) angedeutet, hängt von der Winkelabmessung 108D und 110D jedes Stators ab. Zutritt zu jedem Raum 104 und 106 kann durch Zutrittsöffnungen 114A und 114B (Fig. 2) erfolgen, über die ein Dämpfungsfluid, wie Hydrauliköl, eingeführt werden kann.

Einer der Statoren, z.B. der Stator 110, hat einen quer sich erstreckenden Kanal 118 (in Bezug auf die Achse der Welle 30). Der Zweck dieses Kanales 118 v/ird nachfolgend näher erläutert.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das rechteckförmige Ende 3OB der Welle 30 in einer entsprechend gestalteten Bohrung 124 in dem Rotorelement 130 aufgenommen. Durch die Eingriff nähme zwischen dem Wellenabschnitt 3OB und dem· Rotor 130 wird die Welle 30 mit dem Rotor 130 verbunden und kommt die Achse 32 der Welle im wesentlichen kolinear zur Mittelachse 132 des Rotors zu liegen. Der Rotor 130 dreht sich daher gemeinsam mit der Welle 30.

Ein Ringvorsprung 134 ragt axial vom Hauptteil des Rotors 130 ab und bildet eine axial sich erstreckende Fläche 136. Die Fläche 136 wird durch eine Absatzflache 138 begrenzt. Um eine Abdichtung des Innenraumes' des Gehäuses 80 zu erhalten, ist ein ringförmiges Dichtungshalteelement 140 zwischen den einander gegenüberliegenden axial sich erstreckenden Flächen,gebildet ^:durch die Öffnung 86 im Gehäuse 80 und durch die Fläche 136 am Rotor 130, angeordnet. Das Element 140 wird weiter durch die radial sich erstreckenden Flächen am Vorsprung 84L und durch die Absatzfläche fixiert. Die Zwischenfläche zwischen dem Element 140 und dem Gehäuse 80 ist durch einen O-Ring 142A abgedichtet, der in einer in der radial aussenliegenden Oberfläche des

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Elementes 140 vorgesehenen Nut 144A liegt. Eine zweite in axialem Abstand von der Dichtung 142A angeordnete Dichtung 142B liegt in einer Nut 144B in der radial innenliegenden Oberfläche des Elementes 140, so dass eine wirksame Abdichtung zwischen dem Element 140 und der axial sich erstreckenden Fläche 136 des Rotors 130 erhalten wird.

Am gegenüberliegenden Ende des Rotors 130 erstreckt sich axial vom Hauptteil des Rotors ein verlängertes ringförmiges Ansatzteil 152. Die äussere Oberfläche des Ansatzteiles 152 bildet eine axial liegende Fläche 154. Die Fläche 154 wird durch eine radial sich erstreckende Absatzfläche 156 begrenzt. Zur Abdichtung des Innenraumes des Gehäuses 80 ist ein ringförmiges Dichtungshälteelement 162 zwischen der axial liegenden Fläche 154 am Rotor 130 und dem die Öffnung 196 bildenden Abschnitt des Deckels angeordnet. Das Element 162 wird axial zwischen der Absatzfläche 156 und dem Vorsprung 88L am Deckel 88 fixiert. Eine Dichtung 164Ά in einer Nut 166A im Element 162 schafft eine Abdichtung zwischen Element 162 und Deckel 88. Eine zweite Dichtung 164B, die in einer in axialem Abstand von der ersten Nut 166A liegenden Nut 166B angeordnet ist, schafft eine Abdichtung zwischen dem Element 162 und der äusseren axialen Oberfläche 154 am Ansatzteil 152.

Die innere Oberfläche des Ansatzteiles 152 ist bei 168 an ihrem äusseren axialen Ende mit einem Gewinde versehen, wobei die Gewindegänge an einer radial erweiterten in das Ansatzteil 152 eingebrachten Nut 172 enden. Eine radial nach innen sich erstreckende Absatzfläche 174 ist an der Innenseite des Ansatzteiles 152 zu nachfolgend erläutertem Zweck vorgesehen. Eine zentrale Öffnung 175 erstreckt sich axial von der Absatzfläche 174 ins Innere des Rotors 130.

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Von dem Hauptteil des Rotors 130 erstrecken sich in diametral entgegengesetzten Richtungen radial nach aussen erste und zweite Flügel 182 bzw. 184 (Fig. 3). Jeder Flügel stellt ein Element mit einem im wesentlichen T-förmigen Querschnitt dar, wobei sich der Steg des T von der Achse 132 des Rotors 130 radial nach aussen erstreckt. Die Kanten der einzelnen Querbalken des T stehen jeweils in einem bestimmten Umfangsabstand von den radialen Flächen des Steges des T, wobei der ümfangsabstand durch die Dimensionspfeile 1 82R^, 1 82R~ und 184R„ für die Flügel 182 bzw. 184 angedeutet ist. Die axialen Enden von jedem T-förmigen Flügel werden von keilförmigen Endplatten 182A und 182B (für den Flügel 182) und 184A und 184B (für den Flügel 184) verschlossen. Die radial sich erstreckenden Kanten 182F₁ und 182F„ (für die Platte 182A des Flügels 182) und 184F₁ und 184F₂ (für die Platte 184A des Flügels 184) an jeder Endplatte verlaufen konisch, so dass sie sich den Kanten 108F und 110F der Statoren anpassen. Die radial sich erstreckenden Kanten der Platten 182B und 184B (obgleich nicht dargestellt) sind entsprechend konisch ausgebildet. Die Seiten des T (bei jedem Flügel) zusammen mit der Unterseite von jedem Balken des T und den axial inseitigen Oberflächen der Platten bilden zusammen an jeder Seite von jedem T-förmigen Flügel ausgehöhlte Bereiche.

Aus der vorausgehenden Beschreibung von Fig. 3 ist zu entnehmen, dass,weil sich die Flügel 182 und 184 von dem Rotor 130 in die Räume 104 und 106 erstrecken, jeder Raum in erste und zweite Fluidvoluraina 104-1 und 104-11 sowie 106-1 und 106-11 unterteilt wird. Bei der Drehung des Rotors 130 mit der Welle 30 ändern sich natürlich die Winkelabmessungen der Volumina I und II von jedem Raum 104 und 106. Aufgrund der vorbeschriebenen Konstruktion der Flügel ist jedoch die minimale Winkelabmessung von irgendeinem Fluidvolumen gleich der Winkelabmessung;definiert zwischen einer Kante eines Stators und der gegenüberliegenden radialen Kante des Steges des T-förmigen Flügels. Die Volumina I und II in

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jedem Raum können über einen schmalen Freiraum 188 zwischen der freien Oberfläche von jedem Flügel und dem Innenraum 102 des Gehäuses 80 in Verbindung miteinander treten. Der Freiraum 189 ist ferner zwischen den inneren Kanten der Oberfläche des Rotors definiert.

Die Statoren und Flügel sind so bemessen und angeordnet, dass, wenn sich die Klappe 22 in Schliesstellung befindet, die Fläche 108F des Stators und die Kanten 182F₁ der Endplatten 182 in einer bestimmten nahen Winkelbeziehung zueinander liegen. Wird die Klappe 22 geöffnet, ergibt sich zwischen den radialen Flächen von Rotor und Stator ein freier Winkelabstand von etwa 5°. Dieser Freiraum ist jsin Sicherheitsfaktor, der einer Fehlausrichtung Rechnung trägt, wenn die Dämpfungsanordnung an der Ventilwelle befestigt wird. Gleichzeitig befinden sich die Fläche 11OF2 des Stators 110 und die Kanten 184F_n der Endplatten 184 ebenfalls in einer nahen Winkelbeziehung. Wird die Klappe 22 geöffnet, versetzt a±e Drehbewegung der Welle 30 und des Rotors 130 die Flügel in Richtung des Pfeiles 192. Bei voll geöffneter Klappe 22 stehen die Kanten 182F₂ der Platten 182 sehr nahe der Fläche

110F.. des Stators 110 und die Fläche 1 08F~ des Stators ι ^

gleichzeitig sehr nahe bei den Kanten 184F₁ der Endplatten 184. Bei Schliessen der Klappe drehen sich die Flügel in Richtung des Pfeiles 194.

Die Fluidvolumina 104-1 und 106-1 stehen über eine radial sich erstreckende im Rotor 130 ausgebildete Passage 202 in Verbindung miteinander. Ein radiales Ende der Passage 202 ist im Rotor so angeordnet, dass es an der Seite des Steges des T-förmigen Flügels 182 ausmündet, die umfangsmässig der Fläche 108F^ des Stators 108 am nächsten liegt, während das zwei ce radiale Ende der Passage 102 im Rotor so angeordnet ist, dass es an der Seite des Steges des T-förmigen Flügels 184 ausmündet, die umfangsmässig am nächsten bei der Fläche 110F₂ des Stators 110 liegt. Die Passage 2

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kann daher mit dem Volumen I in jedem Raum selbst dann in Verbindung treten, wenn diese Volumina ihre minimale Umfangsabmessung einnehmen (d.h. bei geschlossener Klappe).

Eine zweite radiale Strömungspassage 206 ist im Rotor 130 ausgebildet und steht in axialem Abstand isoliert von der ersten Passage 202. Durch die zweite Passage 206 können die Fluidvolumina 104-11 und 106-11 in Verbindung miteinander treten. Sin radiales Ende der Strömungspassage 206 liegt im Rotor so, dass die Passage 206 an einer Stelle an der gegenüberliegenden Seite des Steges des T-förmigen Flügels 182 ausmündet, während das zweite Ende der Tassäge 206 im Rotor so angeordnet ist, dass es an einer Stelle an der anderen Seite des T-förmigen Flügels 184 ausmündet. Die Anordnung ist am besten in Fig. 3 zu sehen. Die zweite Passage 206 kann daher mit dem Volumen II in jedem Raum selbst dann in Verbindung treten, wenn diese Volumina ihre minimale Umfangsabmessung (d.h. bei voll geöffneter Klappe) einnehmen. Die erste Passage 202 steht mit der im Rotor vorgesehenen Öffnung 175 in Verbindung.

Der zentrale axiale Abschnitt des Rotors 130 weist eine Öffnung 210 auf, die, wie bei 212 angedeutet, an einer Stelle axial zwischen den Passagen 202 und 206 erweitert und mit einem Gewinde versehen ist. In das Gewinde 212 ist ein hohles ringförmiges Sitzelement 214 eingeschraubt. Die flache innere Oberfläche des Elementes 214 bildet einen Ventilsitz 214S. Die zentrale Öffnung im Sitzelement 214 ist zu der Öffnung 210 ausgerichtet, um zwischen der Passage 202 und der Passage 206" eine axial sich erstreckende Verbindungsbohrung 216 vorzusehen.

Die Passagen 202 und 206 zusammen mit der Verbindungsbohrung 216 sind Teil einer Druckentlastungsanordnung, die ein Bestandteil des erfindungsgemässen Dämpfersystems bildet. Des weiteren ist in der Druckentlastungsanordnung ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 220 versehenes Ventil ent-

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halten, das so vorgespannt ist, dass es normalerweise eine Verbindung zwischen den Passagen 202 und 206 unterbindet.

Die Ventilanordnung 220 umfasst einen Ventilkolben 222 mit einem vergrösserten Kopf 224. Eine Oberfläche 224 des Kolbenkopfes liegt an der Sitzfläche 214S des Ventilsitzelementes 214 an. Dabei ist es wichtig, dass die inseitige Flächenausdehnung 2231 des Teiles des Kopfes 224,der dem Fluid in der zweiten Passage 206 (durch die Bohrung 216) ausgesetzt ist, gleich der Flächenausdehnung 224E des ringförmigen Teiles des Kopfes ist, der dem Fluid in der ersten Passage 202 ausgesetzt ist.

Von einem₍an der dem Ventilkopf gegenüberliegenden Fläche abstehenden Bund 226 erstreckt sich eine Kolbenstange 228. Der Kolbenkopf 224 ist relativ zu einer Ventilführung 230 in Richtung der Pfeile 232 hin- und herbeweglich, wobei die Bewegungsrichtung parallel zur Achse 132 des Rotors 130 erfolgt. Das Führungselement 234 umfasst ein radial verengtes axial sich erstreckendes Teil 234 mit einer darin ausgebildeten Bohrung 235. Das Führungselement 230 ist in der öffnung 175 im Rotor aufgenommen. Die Führungsbohrung 235 nimmt gleitbar den Kolben 222 auf. Zur Abdichtung zwischen dem Kolben 222 und der Führungsbohrung 235 dient ein O-Ring 236, der in einer im Umfang des Kolbenkopfes ausgebildeten Nut 238 liegt. Das Führungselement 23 0 weist einen erweiterten Abschnitt auf, der sich radial nach aussen weiter erweitert, um einen Befestigungsflansch 242 vorzusehen. Der Befestigungsflansch liegt an der Absatzfläche 174 an, die an der inneren Oberfläche des Ansatzteiles 152 des Rotors 130 vorgesehen ist. Ein O-Ring 246 liegt in 3iner Nut 248, die im Umfang des Flansches 242 ausgebildet XSt_x und ergibt eine Abdichtung zwischen Flansch 24 2 und Innenseite des Ansatzteiles 152.

Das Führungselement 23 0 wird in der beschriebenen Stellung in der zentralen Öffnung 175 des Rotors durch ein Feststell-

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teil 250 gehalten. Das Feststellten 250 weist eine zentrale Bohrung 252 auf, die zu der im Führungselement 230 vorgesehenen Bohrung 240 ausgerichtet liegt. Eine radial sich erstreckende Absatzfläche 254 befindet sich an dem axialen Ende der Bohrungsfläche 252. Das Feststellteil 250 trägt bei 256 ein Aussengewinde und ist in das im Ansatzteil 152 des Rotors 130 vorgesehene Gewinde 168 eingeschraubt. Ein ringförmiger Vorsprung 258 erstreckt sich umfänglich um die Aussenseite des Feststellteiles 250 und axial längs des Gewindes 256.

Der Kolbenkopf 222 wird durch ein Vorspanneiement 262 in Form einer Schraubenfeder gegen die ringförmige Sitzfläche 214S gedrückt. Die Feder 262 liegt in der ringförmigen Ausnehmung, die durch die Aussenflache der Kolbenstange 228 und die ausgerichteten Innenflächen 240 und 252 (an dem Führungselement 230 bzw. dem Feststellteil· 250) gebildet ist. Dabei kann gegebenenfalls eine Federunterlegplatte 263 als Adaptionsstück zwischen der Feder 262 und dem Kolben 222 angeordnet werden.

Die Feder 262 erstreckt sich axial zwischen dem Adaptionsstück 263 an dem Bund 226,der an der Rückseite des Kolbenkopfes 222 angeordnet ist, und der an der Innenseite des Feststellteiles 250ausgebildeten Absatzfläche 254. Die Stärke der in Richtung des Pfeiles 264 auf den Kolbenkopf 222 wirkenden Federkraft kann natürlich verändert werden, indem man eine die gewünschte Vorspannkraft ausübende Schraubenfeder einsetzt. Das axiale Ende des.Feststellteiles 250 ist von einer Kappe 270 abgedeckt, die an dem Feststellteil 250 durch eine Reihe von Schrauben 272befestigt ist.Ein zentrales Entlüftungselement 274 ist vorgesehen und stellt sicher, dass sich an der Rückseite des Kolbens kein Druck aufbaut. D.h. es wird gewährleistet, dass auf die Rückseite des Kolbens kein Druck grosser als der Atmosphärendruck ausgeübt wird.·

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Das Entlüftungselement 274 kann mit einer geeigneten Kappe versehen sein, um Regen oder Staub von der Dämpfungsanordnung fernzuhalten.

Wie schon erwähnt, ist der Stator 119 mit einem quer sich erstreckenden Kanal 118 versehen. Der Kanal 118 ergibt einen Bypassweg, der das zweite Volumen 104-11 im ersten Raum 104 mit dem ersten Volumen 106-1 im zweiten Raum 106 verbindet (Fig. 3). Der Grad der zwischen diesen genannten Fluidvolumina möglichen Verbindung wird durch einen hohlen napfförmigen Kolben 282 gesteuert, der in einer im Stator ausgebildeten Bohrung 283 axial beweglich ist und den Kanal 118 abdecken kann. Das offene Endendes Kolbens 282 steht mit dem Ende von einer axial sich erstreckenden Kolbenstange 284 durch eine Ε-Klammer und eine Anordnung 28 6 aus flachen Unterlegscheiben (Fig. 2) in Verbindung. Die Kolbenstange 284 ist über etwa die Hälfte ihrer Länge mit einem Gewinde 288 versehen. Das Gewinde 288 steht in Eingriff mit einem Gewinde 290 an einer in einem zweiten Feststellteil 292 ausgebildeten öffnung. Ein Abschnitt an der äusseren Oberfläche des Feststellteiles 292 weist bei 294 ein Gewinde auf und ist in ein entsprechendes Gewinde 296 in der exzentrischen öffnung 98 des Deckels 88 aufgenommen. Das zweite Feststellten 292 wird in die exzentrische öffnung 98 soweit eingeschraubt, bis ein Flansch 292F an der äusseren Oberfläche des Deckels 88 zu liegen kommt. Die Bewegung des Kolbens 282 wird von der Aussenseite der Dämpfungsanordnung durch Betätigung der Kolbenstange 284 gesteuert, die den Kolben unter Abdichtung des Bypasskanales 118 gleitend vorschiebt oder zurückzieht. Das Ende der Kolbenstange 284 wird von einer Sperrmutter 298 fixiert.

Auf die Arbeitsweise der beschriebenen Anordnung wird nachfolgend eingegangen.

Angenommen sei, dass die Klappe 22 sich zunächst in der Schiiesstellung befindet, wenn auf die Welle 30 eine Be-

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tätigungskraft aufgegeben wird. Infolge der Betätigungskraft verlagern sich die Flügel 182 und 184 des Rotors 130 in den Räumen 104 und 106 in Richtung der Pfeile 192. Je nach Ausmass der durch den Bypasskanal 118 bewerkstelligten Verbindung zwischen den Volumina 104-11 und 106-1 will die Bewegung der Flügel in Richtung des Pfeiles 192 das Fluid in den Volumina 104-11 und 106-11 unter Druck setzen, wobei diese Volumina in Drehrichtung (Pfeil 192) der Flügel 182 und 184 zuvorderst liegen.Der Druckanstieg in diesen Volumina will die Bewegung der Flügel hemmen und bewirkt damit eine Dämpfung der Bewegung der Klappe 22. Falls die Öffnungsgeschwindigkeit der Klappe 22 ausreichend langsam ist, bewirkt der Leckaustritt aus dem unter Druck gesetzten Volumen (d.h. den Volumina 104-11 und 106-11) in das andere Volumen im Raum (104-1 bzw. 106-1) durch die zwischen den Flügeln 182 und 194 und der Innenseite 102 des Gehäuses 80 gebildeten Spalte 188 und die zwischen den Statoren und dem Rotor gebildeten Spalte 189 einen Druckausgleich.

Falls jedoch das Fluid in den Volumina 104-11 und 106-11 zu rasch unter Druck gesetzt wird, wird die Druckerhöhung durch die Druckentlastungsanordnung beseitigt. Der Druckanstieg in der Passage 206 wirkt sich auf die kreisförmige Oberfläche 2241 an der Kolbenstirnfläche 224 aus, die dem Fluid in der Passage 206 durch den Kanal 216 ausgesetzt ist. Die Kraft des Fluids wirkt entgegengesetzt zur Kraft der Vorspannfeder, so dass sich das Ventil 220 öffnet und der Druck in den zweiten Volumina 104-11 und 106-11 durch Abführen des Fluids zu den ersten Volumina 104-1 und 106-1 abgebaut wird.

Wenn die Klappe in Richtung des Pfeiles 194 in Schliesssteilung bewegt wird, wird natürlich irgendeinem raschen Druckanstieg in den Volumina 104-1 und 106-1 dadurch begegnet,

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dass das Fluid in der Passage 202 in die Passage 206 durch die Kraft des Fluides abgeführt wird, die auf den ringförmigen Abschnitt 224E des Kopfes ausserhalb des Umfanges des Ventilsitzes 214S einwirkt. Der Fluiddruck in den ersten Volumina 104-1 und 106-1 und in der Passage 202 wird in die Passage 204 abgegeben, so dass der Druck in den zweiten Volumina 104-11 und 106-11 abgebaut wird. Die Höhe des Druckes^bei der sich das Ventil 224 öffnet (um entweder das erste oder zweite verbundene Volumen zu entlasten), bleibt bei einer gegebenen Vorspannfeder konstant. Durch Öffnen des Bypasskolbens 282 erfährt dieser Druck keine Änderung; vielmehr bewirkt dieses Öffnen,dass sich der Rotor mit einer grösseren Geschwindigkeit drehen muss, um*den Entlastungsdruck zu erreichen. Das öffnen des Bypasskolbens 282 verringert somit den Widerstand gegen Verdrehung. Wenn der Kolben 282 voll geöffnet steht, so dass der Kanal 118 nicht blockiert ist, strömt das Fluid frei von den Volumina ab und kann der Rotor mit geringem Widerstand gedreht werden.

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Leerseite

Claims

PAT E N-TAfM WA LT E - -

DlPL INKS.

H. KINKELDEY

DR-ING

W. STOCKMAIR

DH If-Ji. -AuE[CALIECH)

K. SCHUMANN

_B , Or r-:;.ii ναγ i;:fi fhys

P. H. JAKOB G. BEZOLD

Dft HEfI HAT.- DPL CHE.V1

8 MÜNCHEN £>2

MAXIMILIANSTRASSE Λ3

24·. Oktober P 15 597 - dg

GEOSOUEGE ING.

South Post Oak Road

Suite 2000

Houston, Texas 77056

USA

Ventil mit einer Dämpfungsanordnung soxiie Dämpfungsanordnung für ein Absperrventil

PATENTANSPRÜCHE

Ventil mit einem Gehäuse, das einen Strömungsweg
durch das Ventil bildet, einer an einer Ventilwelle befestigten Klappe, die unter öffnen und Schliessen in und
aus dem Strömungsweg bewegbar ist, und einer Dämpfungsanordnung, die die öffnungs- und Schliessbewegung der
Klappe dämpft, dadurch gekennzeichnet , dass die Dämpfungeanordnung aufweist:

ein fluiddichtes Gehäuse (80) mit einem darin vorgesehenen Raum (104, 106) zur Aufnahme eines Dämpfungsfluides;

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ORIGINAL INSPECTED

einen im Gehäuse (80) angeordneten und zur gemeinsamen Bewegung mit der Ventilwelle (30) verbundenen Rotor (130), der einen Flügel (182, 184) trägt, der sich vom Rotor so erstreckt, dass er den Raum in erste und zweite Fluidvolumina (104-1, 104-11, 106-1, 106-11) unterteilt, wobei der Flügel in dem Raum (104, 106) durch das Dämpfungsfluid in eine erste und zweite Richtung (192, 194) entsprechend der Öffnungs- und Schliessbewegung der.Klappe (22) bewegbar ist und die Bewegung der Klappe (22) durch die Bewegung des Flügels (182, 184) durch das Dämpfungsfluid im Raum, die zu einer Erhöhung des Druckes des Dämpfungsfluides führt, sich in dem Fluidvolumen vor dem Flügel (182,-184) in dessen Bewegungsrichtung befindet, verzögert wird; und

eine Druckentlastungsanordnung, die in dem Rotor (130) angeordnet und mit den ersten und zweiten Fluidvolumina (104-1, 104-11, 106-1, 106-11) in Verbindung bringbar ist, um den im Dämpfungsfluid im Volumen vor dem Flügel (182, 184) in -dessen Bewegungsrichtung aufgebauten Druck abzubauen, wenn der Fluiddruck einen bestimmten Wert überschreitet, indem das betreffende Volumen (104-1, 104-11, 106-1, 106-11) an das betreffende andere Fluidvolumen (104-11, 104-1, 106-11, 106-1) abgeführt wird.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckentlastungsanordnung aufweist:

eine erste Passage (202), die im Rotor (130) in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidvolumen (104-1, 106-1) angeordnet ist;

eine zweite Passage (206), die im Rotor (130) in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidvolumen (104-11, 106-11} angeordnet ist; und

ein zwischen der ersten und zweiten Passage (202, 206) angeordnetes Ventil (22 0), das in eine normalerweise geschlossene Stellung vorgespannt ist und auf eine darauf einwirkende Kraft anspricht, wenn der Druck des Dämpfungsfluides in jedem Fluidvolumen (104-1, 104-11, 106-1, 106-11) den bestimmten Wert überschreitet, so dass sich das Ventil (220) öffnet und die erste

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Passage (202) mit der zweiten Passage (206) in Verbindung kommt.
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Passage (202, 206) durch eine axial sich erstreckende Bohrung (216) miteinander in Verbindung stehen, wobei die Bohrung (216) durch das Ventil (220) so verschlossen ist, dass Bereiche mit gleicher Flächenausdehnung des Ventiles (220) der ersten und zweiten Passage (202, 206) ausgesetzt sind.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen zwischen den ersten und zweiten Volumina (104, 106) angeordneten Bypasskanal (118).
5. Ventil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (282) zur Veränderung der Querschnittsfläche des Bypasskanals (118).
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass die Einrichtung zur Änderung der Querschnittsfläche des Bypasskanals (118) einen Kolben (282) umfasst, der in einer im Gehäuse ausgebildeten Bohrung (283) beweglich angeordnet und axial über den Bypasskanal (118) bewegbar ist.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass der Flügel (182, 184) ein Element ist, das einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt bei Betrachtung von einer Stelle axial längs des Rotors (130) hat.
8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass der Flügel (182, 184) eine erste und zweite keilförmige Platte (182A, 134A) umfasst, die zn jedem axialen Ende des Flügels angeordnet sind, wobei ein Bereich der axial inseitigen Oberfläche von jeder

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Platte (182A, 184Δ) mit einer Seite des Steges des T und einer ünterflache von jedem Balken des T zusammenwirkt, um an jeder Seite von einer sich durch den Flügel erstreckenden Achse einen ausgehöhlten Bereich vorzusehen.
9. Dämpfungsanordnung für ein Absperrventil mit einem Gehäuse, das einen Strömungsweg durch das Absperrventil bildet, und einem Ventilelement, das an einer Ventilwelle so befestigt ist, dass es unter Öffnen und Schliessen in und aus dem Strömungsweg bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsanordnung (12) aufweist:

ein fluiddichtes Gehäuse (80), das relativzu dem Gehäuse (14) des Absperrventiles (10) befestigbar ist und einen Raum (104, 106) zur Aufnahme eines Dämpfungsfluides aufweist;

einen im Gehäuse (80) zur Verbindung und gemeinsamen Drehung mit der Ventilwelle (30) angeordneten Rotor, der einen Flügel (182, 184) trägt, der sich davon erstreckt, um den Raum (104, 106) in erste und zweite Fluidvolumina (104-1, 104-11, 106-1, 106-11) zu unterteilen, wobei der Flügel (182, 184) in dem Raum (104, 106) durch ein Dämpfungsfluid im Raum (104, 106) in erste und zweite Richtungen entsprechend der öffnungs- und Schliessbewegung der Ventilwelle (30), mit der der Rotor (130) verbunden ist, versetzbar ist und die Bewegung der Ventilwelle (30) durch die Bewegung des Flügels (182 , 184) durch das Dämpfungsfluid im Raum verzögert wird, indem die Bewegung eine Erhöhung des Druckes des Dampfungsfluides bewirkt, das sich in dem Fluidvolumen (104-1, 104-11, 106-1, 106-11) vor dem Flügel (182, 184) in dessen Bewegungsrichtung befindet; und

eine Druckentlastungsanordnung, die im Rotor (130) angeordnet und mit dem ersten und zweiten Fluidvolumen (T04-1, 104-11, 106-1, 106-11) in Verbindung bringbar ist, um den im Dämpfungsfluid in dem Volumen vor dem Flügel (182, 184) in dessen Be-

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wegungsrichtung aufgebauten Druck abzubauen, wenn der Fluiddruck einen bestimmten Wert überschreitet, indem das betreffende .Volumen (104-1, 104-11, 106-1, 106-11) zu dem betreffenden anderen Fluidvolumen (104-11, 104-1, 106-11, 106-1} abgeführt wird.
10. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass die Druckentlastungsanordnung auf v/eist:

eine erste Passage (202), die im Rotor (130) in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidvolumen (104-1, 106-1) angeordnet ist;

eine· zweite Passage (206), die im Rotor (130) in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidvolumen (104-11, 106-11) angeordnet ist; und

ein zwischen der ersten und zweiten Passage (202, 206) angeordnetes Ventil (220), das in eine normalerweise geschlossene Stellung vorgespannt ist und auf eine darauf einwirkende Kraft anspricht, wenn der Druck des Dämpfuhgsfluides in jedem Fluidvolumen (104-1, 104-11, 106-1, 106-11) den bestimmten Wert überschreitet, so dass sich das Ventil (220) öffnet und die erste Passage (202) mit der zweiten Passage (206) in Verbindung kommt.

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