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Beschreibung
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Ventile der in der US-PS 3 349 789 gezeigten Art sind häufig und notwendigerweise
mit Dichtungen und Packungen versehen, die gut funktionieren, eine lange Lebensdauer
besitzen und unter normalen Umständen beständig sind, die aber beschädigt werden,
wenn im Fall eines Feuerausbruchs das Ventil längere Zeit einer Hitzeentwicklung
ausgesetzt wird. Demzufolge wurden Ventile mit einer Sicherungseinrichtung vorgeschlagen,
die nur dann in Funktion tritt, wenn im Fall eines Feuerausbruchs der Bestand der
üblichen Dichtungen und Packungen gefährdet oder tatsächlich beeinträchtigt ist.
Derartige Vorsichtsmaßnahmen sollten dann getroffen werden, wenn das Ventil zur
Steuerung des Austritts von unterirdischen Fluiden, d. h. als Teil der Verrohrung
von Erdölbohrlöchern, verwendet werden.
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Andere typische Anwendungsbereiche sind Erdölraffinerien, petrochemische
Anlagen sowie Herstellungs-, Verarbeitungs-, Lagerungs-, Handhabungs-, Transport-
und Verwe gseinw richtungen von chemischen Produkten.
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Gemäß dem Stand der Technik wird das Ventil mit einem oder mehreren
schmelzbaren Körpern versehen, die die Teile der Rückdichtung voneinander getrennt
halten. Wird das Ventil einer ausreichenden Wärmemenge ausgesetzt, laufen der oder
die schmelzbaren Körper aus und erlauben somit dem Ventilbestandteil eine entscheidene
Bewegung, was zur Ausbildung einer Rückdichtung und somit einer zusätzlichen Sicherhei
tsmaßnahme führt.
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Erfindungsgemäß wird ein zweckmäßiger Weg bereitgestellt, um den oder
die schmelzbaren Körper an Ventilen der vorgenannten Art oder an ähnlichen Vorrichtungen
anzubringen.
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Die Lagervorrichtung eines im Normalfall unverschiebbaren Spindeldurchlaßventils
ist mit einem Ring aus schmelzbarem Material versehen. Sobald das Ventil einer vorbestimmten
Temperatur ausgesetzt wird, schmilzt der scllmeLzbare Körper heraus und ermöglicht
eine geringfügige Hubbewegung der Spindel, wodurch sich zwischen der Ventilspindel
und der Haube eine Metall-Metall-Dichtung ergibt.
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Dies stellt eine weitere Vorsichtsmaßnahme gegen die Folgen dar, die
sich durch einen Verlust der normalerweise durch die Ventilspindelpackung erreichten
Dichtungen ergeben.
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Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand
der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Teilansicht eines mit der erfindungsgemäßen
wärmeempfindlichen Rückdichtung versehenen Schieberventils im Längsschnitt. (Bei
den Teilen des Ventilgehäuses, die an den gegenüberliegenden Enden der Bohrung weggelassen
sind, handelt es sich um herkömmliche Teile, beispielsweise geflanschte Enden, wie
sie sich aus der genannten US-PS ergeben.) Figur 2 eine vergrößerte Teilansicht
der Vorrichtung von Figur -1.
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In den Figuren 1 und 2 ist jeweils die Mittellinie des Ventils 10
abgebildet, die mit der Ventilspindelachse zusammenfällt. Links von der Mittellinie
ist das Ventil in normaler, geöffneter Stellung und rechts von der Mittellinie in
normaler geschlossener Stellung abgebildet.
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Es handelt sich um ein im Normalfall unverschiebbares Spindelventil.
Die Hauptdichtung um die Ventilspindel 12, die die Kammer 14 von der äußeren Umgebung
abdichtet, wird in dem Bereich, in dem die Ventilspindel 12 das Ventilgehäuse 16
durchdringt,
auf herkömmliche Weise durch die Packung 18 erreicht, die innerhalb der Haube 20
des Gehäuses 16 um die Ventilspindel 12 angeordnet ist.
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Drohen Feuer oder eine große Hitzeentwicklung in der Nähe des Ventils
10 die Packung 18 zu zerstören oder schwer zu beschädigen, so tritt eine Sicherheitsvorrichtung
des Ventils 10 folgendermaßen in Funktion. Ein in die Ventilspindel-Lagervorrichtung
24 eingebauter Ring 22 aus schmelzbarem Material schmilzt und läuft durch die Löcher
26 ab. Durch den Druck innerhalb des Ventils wird sodann die Schiebervorrichtung
geringfügig angehoben, bis eine Metall-Metall-Rückdichtung durch ein sich in Umfangrichtung
ergebendes Aneinanderstoßen der koaxialen Ringfläche A an der Ventilspindel 12 mit
der koaxialen Ringfläche B an d-er Haube 20 entsteht.
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Die Abbildung zeigt eine einfache Bauweise, beispielsweise ein von
Hand zu betätigendes Ventil, das keine Vorrichtung zum automatischen Öffnen des
geschlossenen Ventils oder zum automatischen Schließen des geöffneten Ventils aufweist.
Selbstverständlich ist jedoch das erfindungsgemäße Prinzip in entsprechender Weise
auch auf automatische Ventile anwendbar.
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Nachstehend werden weitere Einzelheiten der Zeichnungen näher erläutert.
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Das Ventilgehäuse 16 umfaßt einen Hauptkörper 28 mit einer horizontalen
Bohrung 30 (es wird auf die in den Zeichnungen abgebildete Orientierung Bezug genommen)
mit einer Kammer 14, die die Bohrung 30 in vertikaler Richtung kreuzt. Die Kammer
14 kreuzt das Äußere des Hauptkörpers 28 an einer Stelle zwischen den Enden des
Hauptkörpers. Dort ist die Wand der Kammer 14 mit einer Dichtfläche 32 versehen.
Der Hauptkörper 28 weist ein röhrenförmiges Teil 34 mit einer äußeren Endfläche
36 auf.
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Unter der Dichtfläche 32 ist die Wand der Kammer t4 koaxial mit einer
axial nach außen gerichteten Rippe 38 versehen, d. h. die Rippe richtet sich in
die gleiche Ricitung wie die
Endfläche 36. An dieser Rippe 38 hängt
ein einheitlicher, keilartiger Schieberexpander 40 in die Kammer 14 im Körper 28.
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Der Expander 40 umfaßt an seinem oberen Ende eine ringförmige Basis
42. Diese Basis 42 ruht auf der Rippe 38.
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An zwei diametral entgegengesetzten Stellen ist die Basis 42 mit Schenkeln
44 versehen, die mit der Basis 42 integriert sind und von dieser herunterhängen.
Die Schenkel 42 weisen nahe ihren unteren Enden keilförmige Schieberausdehnungsflächen
46 auf.
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In dem Bereich, in dem die Ventilbohrung 30 sich mit der Kammer 14
schneidet, ist die Bohrung 30 in Umiangrichtunr erweitert. Die jeweils sich ergebende
Ausnehmung 47 nimmt einen Dichtungsring 48 auf.
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Das Ventil 10 umfaßt ferner eine Haube 20, die dem röhrcnförmigen
Teil 34 des Ventilkörpers derart angepaßt ist, daß sie ein ähnliches röhrenförmiges
Teil 50 mit einer Endfläche 52 und innen eine ringförmige Dichtungsfläche 54 aufweist.
Ferner ist eine Umfangsnut 56 an der Stelle ausgebildet, an der die Haubenendfläche
52 die Kammer 14 in der Haube schneidet.
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Die Ventilhaube 20 wird gegen den Ventilkörper abgedichtet und an
diesem gesichert, indem ein mit einem entgegengesetzten Rand versehener, außen in
Umfangrichtung geflanschter Dichtring 58 zwischen den beiden Teilen unter Ausbildung
einer Umfangsdichtung an den Stellen 32 und 54 angebracht wird, wobei die Dichtringrippe
von der Nut 56 aufgenommen wird. Ringförmig angeordnete Bolzen 60 durchdringen den
röhrenförmigen Teil 50 der Haube und reichen in den röhrenförmigen Teil 34 des Ventilkörpers.
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Die Ventilhaube 20 umfaßt einen im Normalfall geschlossenen Ablaßstopfen
62, der in einem Durchlaß 64, der zum oberen Bereich der Kammer 14 führt, installiert
ist. Die Ventilhaube 20 weist ferner ein im Normalfall geschlossenes Anschlußstück
66
am äußeren Ende des Durchlasses 68, der zur Spindelpackung 18 führt, auf, so daß
zum Füllen undf oder zur normalen Erneuerung der Spindelpackung herkömmliche Kunststoffverbindungen
unter Druck eingesitzt werden können.
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Zeritral nu ihrer äußeren Endwand 70 weist die Haube 20 eine Bohrung
72 auf. Die Dichtungsfläche B liegt in'Umfangsrichtung im Bereich der Schnittfläche
der Haubenbohrung 72 mit der Ventilkammer 14 im oberen Bereich der Ventilkammer
14. Ein Stück oberhalb der Dichtungsfläche B ist die Bohrung 72 2fach erweitert,
zum einen zur Bereitstellung der Ausnehmung, von der die Packung 18 aufgenommen
wird, und zum anderen zur Bereitstellung der Elemente, die die Packung sowie die
Ventilschiebervorrichtung an Ort und Stelle halten und die Ventil spindel drehbar
lagern. Der Bereich der zweiten Erweiterung und der darüberliegende Bereich lassen
sich als äußere röhrenförmige Erweiterung 74 der Ventilhaube auffassen. Die Seitenwand
der Erweiterung 74 weist eine radiale, mit einem Innengewinde versehene Öffnung
76 und ein Schmierstück 78 auf.
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Typischereise besteht die Packung 18 aus einem Stapel von mehreren
beilagenscheibenartigen Elementen, die teils Halter für die entgegengesetzten Enden
des Stapels, teils Ringe aus einem in gewissem Umfang elastischen Material und/oder
Kunststoffmaterial darstellen und teils so beschaffen sind, daß sie sich zur Aufnahme
von unter Druck durch das Anschlußstück 66 eingespeistem Dichtungsmittel eignen.
Eine Stopfbüchsenbrille 80 ist im Anschluß an die Packung 18 abgebildet, die auf
der inneren Schulter 82 der Basis der röhrenförmigen Erweiterung 74 ruht.
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An der Stelle, an der die Spindel 12 die Packung 18 und die Brille
80 passiert, ist sie von gleichbleibendem Radius. Ein Stück olerhali) der Basis
der röhrenförmigen Erweiterung 74 weist die Spindel 12 einen Bereich 84 von geringerem
Durchmesser auf. Darüber besitzt die Spindel wieder den vorgenannten
gleichbleibenden
Radius, bis sie die Außenseite des Ventils erreicht. An ihrem Ende 90 ist die Spindel
12 mit Keil- und Gewindeteilen 86, 88 versehen. Am Ende 90 ist ein Handbedienungsrad
92 montiert, das an der Stelle 86 verkeilt und unter Verwendung einer Mutter 94
gesichert ist. Das Bezugszeichen 96 bezeichnet eine herkömmliche Unterlegscheibe.
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Oberhalb der Stellschraubenöffnung 76 und der Schmiersteile 78 ist
die Bohrung 72 der Jaubenerwe i. terng @4 mit einem Innengewinde 98 und mit Flächen
zur Aufnahme eines Büchsen-Haltedrahts 100 und eines Hauben-Einlegerings 102 versehen.
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Eine röhrenförmige Büchse 104, die im Bereich von 106 mit einem Außengewinde
versehen ist, wird in die Bohrung 72 eingeschraubt, bis sie die Stopfbüchse 80 erreicht.
Eine Stellschraube 108 wird durch die Öffnung 76 eingeschraubt, bis sie die Stopfbüchse
SO in einer äußeren Nut 110 erreicht, um zu verhindern, daß die Büchse 104 sich
lösen kann. Die Büchse 104 ist ebenfalls mit Flächen zur Aufnahme des Büchsen-Haltedrahts
100 und des Hauben-Einlegerings 102 versehen. Nahe dem äußeren Ende der Büchse 10
ist ein Innengewinde 112 vergesehen. Im radialer Raum zwischen der Büchse 104 und
der Spindel 12 befinden sich eine Reihe von wichtigen Teilen der Spindel-Lagervorrichtung
24. Von unten aus gesehen handelt es sich um einen auf der Stopfbüchsenbrille 80
liegenden Federring 114, ein unteres Rollenlager 116 für die Spindel 12, eine um
die Spindel in die Ausnehmung 84 angeordnete Doppelmanschette 118, die den Übergang
zwischen der Spindel und deren Lager bildet, ein oberes Rollenlager 120 und einen
röhrenförmigen Abstandshalter 122 mit einer Lagerschale 124 zwischen dem Abstandshalter
und der Spindel 12. Die radiale äußere Ecke des oberen Endes des Abstandshalters
122 weist in Umfangrichtung einen Einschnitt 126 auf, der radial einwärts durch
einen verbleibenden Steg des oberen Bereichs der Lagerschale 124 gestützt wird.
Der untere Bereich des Einschnittes
126 nimmt einen beilagenscheibenähnlichen
Ring 22 aus schmelzbarem Material auf. Eine mit einem Außengewinde versehene röhrenförmige
Hal tebüchse 128 wird in das obere Ende der Büchse 20 eingeschraubt, bis deren Nase
in axialer Richtung den schmelzbaren Körper 22 erreicht. Dadurch wird im Normalfall
das Ventil gegen eine Hubbewegung gesichert, während die Ventilstange durch Drehung
des Handrads 92 frei gedreht werden kann.
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Die Halttb£i'chse 128 umgibt die Spindel 12 in der Nähe des Handrads
und ist im Innern am oberen Ende so konstruiert, daß sie den Ventilspindel-Abstreifring
130 aufnimmt.
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Weiter unten in der Kammer 14 weist die Spindel 12 einen unteren,
mit einem Außengewinde versehenen Bereich 132 auf. Der Ventilschieber 134 umfaßt
auf- und abwärtsgehende Platten 136 mit keilförmigen Folgeflächen 138 an ihren Kanten.
Jede Platte 136 besitzt eine Bohrung 140 in Übereinstimmung mit der Ventilkörperbohrung
30, wenn das Ventil offen ist, und einen oberen, keine Öffnung aufweisenden Bereich
142, der beim Schließen des Ventils gesenkt wird und die Ventilkörperbohrung 30
blockiert.
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Um eine Schraubverbindung zwischen den Schieberplatten und der Spindel
12 herzustellen, sodaß bei Drehung des Handrads 92 der Schieber gehoben und gesenkt
wird, werden die Schieberplatten an ihren oberen Enden um eine mit einem Innengewinde
versehene Antriebsmuffe 144 angeordnet, die durch eine Drehplatte mit den Schieberplatten
verkeilt ist; vgl. US-PS 4 138 091 bezüglich weiterer Einzelheiten.-Wird das Ventil
10 einer solchen Wärmeentwicklung ausgesetzt, daß die Packung 18 und die Dichtung
48 gefährdet sind, so reicht diese Temperatur auch aus, den Ring 22 -u zerstören.
Dieser Ring wird dadurch so weich, fließfähig oder bröcki ig, daß er durch die Löcher
26, die in radialer
Richtung in der Büchse 20 vorgeschen sind,
wegläuft.
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Sofern nach Zerstörung von Dichtungen und Packung ein fluides Medium
zu entweichen droht, wird aufgrund der Druckentwicklung innerhalb des Ventils die
Schiebervorrichtung geringfügig angehoben, bis eine Metall-Metall-Rückdichtung bei
A, B entsteht.
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Es können beliebige Materialien verwendet werden, die herkömmlicherweise
für schmelzbare, durch Hitzeeinwirkung zerstörbare Körper eingesetzt werden, beispielsweise
Materialien, die in automatischen Sprinkleranlagen eingesetzt werden. Beispiele
für entsprechende Materialien sind Metalle mit einem Gehalt an Blei, Wismut, Indium
und/oder Kadmium,die die Hauptbestandteile von bei niederen Temperaturen schmelzenden
Legierungen darstellen. I;ür diesen Zweck geeignete, ähnlich wirkende Kunststoffmaterialien
sind im Handel erhältlich.