DE3045957A1

DE3045957A1 - Zylinderventil

Info

Publication number: DE3045957A1
Application number: DE19803045957
Authority: DE
Inventors: Arthur C. Mt. Tabor N.J. Worley
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1980-12-05
Filing date: 1980-12-05
Publication date: 1982-07-08

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Ventilzylinder als Absperrorgan in Rohrleitungen. Bislang sind im wesentlichen Kugelventile eingesetzt worden zur Unterbrechung eines Feststoffstromes bei einem Verfahrensablauf unter hoher Temperatur und mittelhohem Druck. Es ergeben sich jedoch verschiedene betriebliche Schwierigkeiten mit derartigen Ventilen, im besonderen hinsichtlich des Kugelsitzes infolge der unterschiedlichen thermischen Expansion der Kugel einerseits und des Ventilsitzes andererseits. Es ergeben sich auch Verstopfungsprobleme durch die Feststoffe infolge des verengten Durchlasses der Ventile, die auf der Änderung der Strömungsrichtung durch den Ventildurchlaß beruhen. Während man bereits für verschiedene Ventile eine Wasserkühlang oder eine Dampfheizung vorgesehen hat, wobei die Ventile mit einer Ummantelung versehen sind, was für Kegelschieber, Ventilschieber und Drehklappenventile gilt, ist es bislang noch nicht gelungen, ein Ventil herzustellen, das einfach zu fertigen ist und sich im besonderen in der Praxis für Hochtemperatur-Feststoffströme besonders eignet.

So beschreibt die US-PS 3 701 359 ein innenisoliertes Schieberventil zur Drosselung und zum Absperren von Feststoff strömen bei hohen Temperaturen und einem hohen Druck innerhalb einer Feststofftransportleitung, der jedoch im besonderen mit den oben aufgezeigten Nachteilen behaftet ist.

Die US-PS 3 901 269 sowie die US-PS 3 973 585 beschreiben eine ummantelte Sperreinrichtung mit einem hohlen Gehäuse aus einem wärmeleitendem Material (Fig. 3), wobei die Ummantelung im wesentlichen den Körper der Anschlüsse umgibt (Fig. 1). Eine die Temperatur steuernde Flüssigkeit wird

durch die Kammern zur Wärmeabfuhr von den Anschlüssen zirkuliert.

Die US-PS 3 698 422 beschreibt ein Kegelschieberventil zur Steuerung des Fluidstromes hierdurch, indem der Kegelschieber gedreht wird, bis «ine Öffnung auf seitliche Duchlässe ausgerichtet ist. Diese seitlichen Durchlässe sind mit einem korrosionsbeständigen Auskleidungsmaterial versehen.

Die US-PS 3 825 030 beschreibt ein mit Kunststoff ausgekleidetes Ventil mit einem drehbaren mittleren Fluiddurchlaß zur Steuerung der Strömung zwischen den Anschlüssen. Die Kunststoffauskleidung wird durch Spritzguß hergestellt in enger Verbindung mit dem Ventilkörper.

Die US-PS 3 985 150 beschreibt ein Kugelventil mit einem austauschbaren, rohrförmigen Einsatz (hergestellt aus einem widerstandsfähigen Material gegen Abnutzung), der innerhalb des Ventiles angeordnet ist, zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit zwischen der Einlaß- und der Auslaßbohrung. Eine Drosselung des Fliidstromes kann auch erreicht werden, indem man das Ventil um nur einen begrenzten Betrag dreht.

Die US-PS 3 574 341 beschreibt eine feuerfeste Auskleidung des Ventilabschlusses, welcher einen Strom aus geschmolzenem Metall steuert.

Die US-PS 1 827 266 beschreibt eine Metallauskleidung für ein Kegelschieberventil.

Schließlich beschreibt die US-PS 3 974 869 ein Kegelschieberventil, das in einem elastischen Kunststofflager gehalten und hierin abgeschlossen ist, zur Aufnahme der Abnutzung und zur Verhinderug von Undichtigkeiten.

In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Er_ findung die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile ira besonderen für die Strömungssteuerung für Feststoffe geeignet ist. Dabei sollen im besonderen im Bereich des Abeperrorgans Veränderungen des Durchtrittsquerschnitts vermieden werden, wie auch Richtungsänderungen der Strömung, die Verstopfungen durch die Feststoffe bewirKen.

Gelöst wird diese Aufgäbe durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale. Bezüglich bevorzugter Ausführungsformen wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nach der Erfindung ist ein Ventilzylinder vorgesehen, dessen Achse sich quer zum Hauptströmungsweg erstreckt und der um diese Querachse drehbar ist, wobei der Ventilzylinder eine zylindrische Bohrung trägt, deren Achse senkrecht zur Achse des Zylinders verläuft. Die zylindrische Bohrung ist zur Einstellung des Ventils in die voll geöffnete Position unter Drehung des Zylinders um seine Achse ausrichtbar. Nach einer bevorzugten Ausführungsform können ein Paar von Wellenstümpfen entlang der Längsachse des hohlen oder voll ausgebildeten Zylinders angeordnet sein, um eine Drehung des Zylinders innerhalb des Ventilkörpers zur Öffnung oder teilweisen bzw. ganzen Schließung des Hauptströmungsweges zu ermöglichen. Diese Wellenstümpfe können auch bei hohler Ausbildung der Anordnung zur Durchleitung eines Kühlmittels dienen, falls eine Kühlung erforderlich oder erwünscht ist. Für stark korrodierende oder Mochtemperatureinsätze kann der Strömungsweg durch den Hohlzylinder «it einem feuerfesten Material ausgekleidet sein, um die Notwendigkeit für ein Kühlen zu vermindern.

Durch die Ausbildung des Ventils gemäß der Erfindung ergibt sich eine einfache Herstellung, wobei die gesamt· Anordnung im wesentlichen aus Standardaaechlußteilen gefertigt werden kann.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt im einzelnen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ventils gemäß der Erfindung in geschlossener Stellung innerhalb eines Stahlzylinders,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Ventils gemäß Fig. 1 in voll geöffneter Position,

Fig. 3 einen Querschnitt im wesentlichen entlang der Schnittlinie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Ventils gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform der Erfindung, wobei sich der dargestellte Zylinder innerhalb eines (nicht gezeigten) Gehäuses angeordnet ist, und

Fig. 6 einen Querschnitt des Hohlzylinders gemäß Fig. 5, der innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, das mit einem feuerfesten Material ausgekleidet ist.

Der in Fig. 1 dargestellte Ventilzylinder 16 ist von einem Stahlgehäusekörper 12 eingeschlossen, der mit einem drahtverstärkten, feuerfesten Material 14 ausgekleidet ist. Die gesamte Ventilanordnung ist mit der Bezugsziffer 10 versehen. Das feuerfeste Auskleidungsmaterial umfaßt normalerweise auch eine Reihe von Dampfsperren, um zu verhindern, daß Gas zwischen dem feuerfesten Material und dem Ge-

■*?

häusekörper hindurchströmt. Der Ventilzylinder 16 ist zweigeteilt durch einen Hohlzylinder 18 von geringerem Durchmesser, der den Strömungsweg darstellt. Das Gehäuse 12 ist mit einem feuerfesten Material 14 ausgefüllt, das als Träger und Sitz für den Ventilzylinder 16 mit dem Querzylinder 18 dient. Das Material umgibt den Zyliner und schützt das Gehäuse 12 vor erodierenden und/oder thermischen Belastungen. Die einander gegenüberliegenden Enden des hohlen oder voll ausgebildeten Zylinders 16 ist in herkömmlicher Weise mit einem Hebel 22 versehen, der zur Drehung des Zylinders 16 dient, von einer voll geschlossenen Stellung bis zu einer voll geöffneten Stellung über eine Drehung des Hebete 22 um 90°. Der Hebel kann an eine Steuereinrichtung angeschlossen werden (beispielsweise eine hydraulische oder elektrische Steuerung), die eine selbsttätige Drehung des Zylinders durchführt. Wellenstümpfe (siehe Fig. 5 und 6) sind gemäß einer Ausführungsforra entlang der Längsachse des hohlen Zylinders 16 angeordnet, über welche der Zylinder gedreht werden kann, während sie andererseits auch als Einlaß und Auslaß für ein Kühlmittel dienen, das durch den Zylinder geführt wird. Hierfür eignet sich die Ausführungsform des Ventils, wie sie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Die Wellenstümpfe sind über eine Schweißnaht 24 mit dem ZyBnder verbunden. Das feuerfeste Material 14 innerhalb des Stahlrohres bildet den mittleren Hauptströmungsweg 26. Der Querdurchlaß 18 in dem hohlen Zylinder 16 kann mit einem feuerfesten Material 20 (Fig. 5) ausgekleidet sein, um den Kühleffekt auf die Feststoffströmung hierdurch zu vermindern. Die Ventilbestandteile gemäß der Erfindung sind aus einer Kombination von Materialien hergestellt, wie z. B. austenitischem Edelstahl für die HochtemperaturinnenbestandteiIe und Kohlenstoffstahl für die äußeren Teile, wie beispielsweise das Gehäuse und die Hebel. Der Zylinder ist symmetrisch um seine Längsdrehachse aufgebaut, zur Erleichterung der Drehbewegung.

Der hohle oder voll ausgebildete Zylinder ist konzentrisch innerhalb des Stahlrohrgehäuses 12 angeordnet, wobei die Wellenstümpfe oder der Zylinder genormte Stopfbuchsen 28 durchgreifen, die Undichtigkeiten bei den Wellenstümpfen 23 »ermeiden. Ein Flanschende 31 kann an der Ventilanordnung 10 durch Anschweißen an das Gehäuse vorgesehen sein, um es zu ermöglichen, den Zylinder 16 aus dem Hauptströmungsweg herauszunehmen. Auf den sich gegenüberliegenden Enden des hohlen oder voll ausgebildeten Zylinders sind zwischen dem Zylinder und dem Stahlrohr genormte Stopfbuchsen 28 vorgesehen, um das Ventil in der richtigen Stellung zu halten und ein leichtes Drehen ohne Undichtigkeiten zu ermöglichen.

Die innere, feuerfeste Auskleidung innerhalb der Anordnung 10 wird durch Formen einer feuerfesten Mischung innerhalb des Ringraumes hergestellt, der sich zwischen dem Zylinder 10 und dem Stahlgehäuse 12 befindet, wobei der Zylinder 16 an Ort und Stelle belassen wird. Das feuerfeste Material nimmt bei dem Gießen t|enau die Form des konzentrisch angeordneten, inneren, hohlen oder voll ausgebildeten Zylinders 16 an. Hierdurch können enge Toleranzen zwischen der feuerfesten Auskleidung und dem Ventilinnenkörper erzielt werden. Durch das Einhüllen des Ventilzylinders in eine Folie oder ein Band, während das feierfeste Material gegossen wird, kann verhindert werden, daß das feuerfeste Material an der Oberfläche des Zylinders 16 anhaftet, so daß sich dieser leicht löst. Das Spiel zwischen dem Zylinder 16 und dem feuerfesten Material kann gesteuert werden, indem man die Dicke der Umhüllung des Umschlagmaterials variiert, um eine thermische Expansion des Zylinders 16 zu berücksichtigen. Während das feuerfeste Material gegossen wird, füllt man die zylindrische Querbohrung 18 durch einen entsprechenden zylindrischen Gegenstand aus. Eine Faserverstärkung inner-

halb des feuerfesten Materials hält dieses zusammen, um die gewünschten Dimensionen aufrechtzuerhalten und Schrumpfrisse zu vermeiden. Gute Korrosionswiderstandsfähigkeit gegen Feststoffströme sind im Hinblick auf die Tatsache gegeben, daß die Auskleidung aus einem ganz feuerfesten Material besteht.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Viellenstümpfe 23 besitzen eine zweifache Funktion. Neben der Ermöglichung der Drehung des Zylinders zwischen dessen geschlossener und geöffneter Stellung kann auch Wasser oder ein anderes Kühlmittel durch die Wellenstümpfe in den hohlen Zylinder eingeführt werden. Der Strömungsweg verläuft durch die Wellenstümpfe, und das Kühlmittel umströmt den querverlaufenden Zylinder 18. Dieses Kühlmittel ermöglicht es, daß das Ventil für Hochtemperatureinsätze geeignet ist. Die feuerfeste Auskleidung 30 kann auch an den einander gegenüberliegenden, geflanschten Enden vorgesehen sein zur thermischen Isolierung der Flansche 31, die mit Stopfbuchsen 28 versehen sind.

Obwohl gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Ventil entweder in der voll geschlossenen oder voll geöffneten Stellung betrieben werden soll, ist auch eine Teilöffnung für eine Drosselung möglich, indem man eine entsprechend harte Oberfläche 32 auf der äußeren Fläche des Zylinders 16 aufbringt, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, wie auch dem querverlaufenden Strömungsweg 18.

Eine Reinigungsöffnung 34 kann an der Basis der Stopfbuchse 28 vorgesehen sein, um zu verhindern, daß Feststoffe in die Stopfbuchse 28 eindringen. Eine ähnliche Reinigungsöffnung 35 kann vorgesehen sein, um zu verhindern, daß Feststoffe in den ringförmigen Raum zwischen den Zylinder 16 und den feuerfesten Auskleidungen 14 und 31 in der Anordnung 10 eintreten.

Claims

PATENTAKTWÄL/IE

DR. KARL TH. HEGEL

DIPL.-ING. KLAUS DICKEL

HALBMONDSWEG 49 2000 HAMBURG 52 TELEFON (040) 8806463

JULIUS-KREIS-STRASSE 33 8000 MÜNCHEN 60

TELEFON (089)885210

ZUGELASSEN BEIM HUROPAISCHhN PATENTAMT 1

TELEGRAMM-ADRESSE: DOELLNER-PATI-NT MÜNCHEN FERNSCHREIBER: 5216739 dpal <l

IHRZEItIIIN

UNSI

SI R/1 ICHl N H 3109

8000 M(INClII-N, I)HN

Exxon Research And Engineering Company

P. O. Box

Linden, New Jersey 07036

V. St. A.

Zylinderventil

Patentansprüche

(l.)Zylinderventil als Absperrorgan in Rohrleitungen, gekennzeichnet durch einen Ventilzylinder (16), dessen Achse sich quer zum Hauptströmungsweg (26) erstreckt, und der um diese Querachse drehbar ist, wobei der Ventilzylinder (16) eine zylindrische Bohrung (18) trägt, deren Achse senkrecht zur Achse des Zylinders

HOSTSCHEC KKON U) HAMIHJRCi 2^1220-205 BANK: DRESDNER BANK AG, HAMBURCi KTO.-NR. 3813897 (BL/ 20080000)

I'OSISC III ( KKoNIO MUNC III N HKX KO.' HANK I)I UISC III BANK AC·. MUNC HtN KTC)-NR. 6681001 (1)1 / 7007(KIIOl

(16) verläuft und auf die Achse des Hauptströmungsweges (26) zur Einstellung des Ventils in die voll geöffnete Position unter Drehung des Zylinders (16) um
seine Achse ausrichtbar ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zylindrische Bohrung (18)
einen geringeren Durchmesser besitzt als der Durchmesser des Ventilzylinders (16).
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptströmungsweg (26) durch
einen mit einem feuerfesten Material (14) ausgekleideten Stahlkörper (12) gebildet ist.
4. Ventil nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz für den Ventilzylinder
(16) durch das feuerfeste Material (14) gebildet ist.
5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ventilzylinder (16) entlang dessen Achse Wellenstümpfe (23) befestigt sind, die sich nach außen erstrecken.
6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anschläge für die Begrenzung der
Drehung des Ventilzylinders (16) vorgesehen sind.
7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß innerhalb des Ventilzylinders {16) feuerfestes Material (20) angeordnet ist.
8. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilzylinder (16) hdl ist.
9. Ventil nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der Ventilzylinder (16) eine gehärtete Oberflächenschicht {32) trägt.
10. Ventil nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet , daß an dem Ventilzylinder (16) entlang seiner Achse hohle Wellenstümpfe (23) befestigt sind, die zusammen mit dem Venti tylinder (16) eine Leitung für einen Kühlmittelstrom bilden.