DE3135925A1

DE3135925A1 - "kugelventil"

Info

Publication number: DE3135925A1
Application number: DE19813135925
Authority: DE
Inventors: Harold S. Turtle Creek Pa. Gardner
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: KRW Energy Systems Inc
Priority date: 1981-01-14
Filing date: 1981-09-10
Publication date: 1982-08-05
Also published as: GB2090944A; IT1139608B; JPS57116978A; AU542610B2; GB2090944B; FR2497911B1; CA1146144A; US4346730A; BR8105800A; AU7405481A; FR2497911A1; ES505419A0; BE890321A; ZA815603B; IN153902B; IT8123906A0; ES8302248A1

Description

WS272P-2368

Kugelventil

Die Erfindung betrifft ein Kugelventil mit einer in einem Gehäuse gelagerten Ventilkugel, deren Durchflußkanal in eine auf die zylindrische Einlauf- und Auslauf bohrung ausgerichtete offene Position und in eine geschlossene Position drehbar ist. Ein derartiges Kugelventil ist zur Verwendung in Leitungen vorgesehen, durch welche fließende und einen starken Abrieb erzeugende Medien mit hohen Temperaturen transportiert werden.

Derartige Kugelventile werden bei Verfahrensprozessen zur Steuerung des Materialflusses verwendet und haben insbesondere bei hohen Temperaturen die Tendenz, sich rasch im Einlaufbereich und Auslaufbereich abzunützen. Ein typischer Prozess, bei welchem diese Erscheinungen stark auftreten, ist die Kohlevergasung bzw. -verflüssigung, bei welcher große Mengen von Kohle oder anderen kohlenwasserstoffhaltigen Materialien zu transportieren sind. So hat man .z. B. festgestellt, daß Kugelventile aus rostfreiem Stahl bei hohen Temperaturen eine Lebensdauer zwischen etwa 35 und etwa 50 Stunden haben, wenn sie in den Zuführung sie itungen zu einer Demonstrationsanlage für die Kohle vergasung Verwendung finden. In diesen Zulaufleitungen wurde

insbesondere FS/hh

Z- ' " "WS272P-2368

insbesondere Kohle und/oder Koks bzw. verkohlte Materialien in einem Transportgas bei einer Temperatur von etwa 110 C gefördert. Die Abnutzung tritt hauptsächlich im Einlaufbereich und Auslaufbereich des Kugelventiles, jedoch auch im Durchflußkanal der Ventilkugel auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu schaffen, um die Abnutzung an Kugelventilen unter den genannten Voraussetzungen zu verringern, wo dabei jedoch nur geringfügige Modifikationen des Kugelventils notwendig sind. Insbesondere sollen keine außergewöhnlich teueren Materialien zur Erreichung des Abrieb schütze s und zur Verlängerung der Lebensdauer notwendig sein.

Diese Aufgabe wird für ein Kugelventil erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest die Einlauf bohrung mit einer konzentrisch angeordneten Senkbohrung versehen ist, welche teilweise in das Gehäuse verläuft, sodaß ein umlaufender Absatz entsteht, und daß in die Senkbohrung eine feuerfeste, ringförmige Einlage mit einem rechteckigen Querschnitt eingelegt ist, wobei einerseits der Außendurchmesser der Einlage kleiner als der Durchmesser der Senkbohrung und andererseits der Innendurchmesser der Einlage zumindest so groß wie der Durchmesser des Durchflußkanals ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß eine entsprechende Senkbohrung auch in der Auslauf bohrung vorgesehen ist, und daß eine entsprechende feuerfeste ringförmige Einlage in die Senkbohrung eingelegt ist. Um bei den auftretenden Temperaturen eine zu starke Einspannung der feuerfesten, ring

förmigen

"WS272P-2368

förmigen Einlage zu vermeiden, ist ferner vorgesehen, daß das Toleranzspiel zwischen dem Außendurchmesser der Einlage und dem Innendurchmesser der Einlauf- bzw. Auslauf bohrung in der Größenordnung von 0,015 mm liegt, wobei die Tiefe der Senkbohrung etwa 6, 35 mm und die Längenabmessung der Einlage etwa 4,75 mm beträgt.

Mit Hilfe einer derartigen Ausgestaltung eines Kugelventils, dessen keramische Einlage den gleichen Durchmesser oder geringfügig größer als der Durchmesser der Einlaufbohrung bzw. der Auslaufbohrung ist, wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der Metallkörper des Gehäuses und des Kugelventils vor Abrieb durch das auftret ende, geförderte Medium sehr wirksam geschützt wird. Die keramische Einlage wirkt gleichzeitig als Deflektor für das geförderte Material, sodaß dieses im wesentlichen im Zentrum des Gasstromes fließt und im Innern der Ventilkugel die Wandungen des Durchflußkanals weniger stark beaufschlagt.

Die Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen wird anhand eines auf die Zeichnung bezugnehmenden Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. IA ein Kugelventil nach dem Stand der Technik; 25

Fig. IB ein Kugelventil gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht längs der Linie II - II der Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Einlaufboh

- Φ WS272P-2368

rung des Kugelventils gemäß Fig. IB;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Einlaufbohrung mit einer eingelegten keramischen Einlage und einer davor angeordneten Dichtung;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die keramische Einlage;

Fig. 6 einen Schnitt längs der L'inie VI - VI der Fig. 5;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Dichtung;

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII - VIII der Fig. 7.

In den Fig. 1 bis 8 ist ein Kugelventil 10 bzw. Teile desselben dargestellt, welches aus einem Gehäuse 12 und einer darin angeordneten Ventilkugel 14 besteht. Die Ventilkugel ist mit einem Durchflußkanal 16 versehen. Das Gehäuse 12 hat zwischen der Einlaufoberfläche 17 und der Au slaufob erfl äche 19 eine zylindrisehe Bohrung 18, welche durch das Gehäuse verläuft. Um das Kugelventil 10 zu öffnen, wird die Ventükugel mit Hilfe einer an ihr befestigten Welle 20 gedreht, sodaß der Durchflußkanal 16 auf die Bohrung 18 ausgerichtet ist. Durch eine weitere Drehung um etwa 90 wird das Ventil geschlossen. Die Bohrung 18 ist auf die angeschlossenen und gestrichelt dargestellten Rohrleitungen 24 ausgerichtet.

Bei der bekannten Ausführungsform des Kugelventils gemäß Fig. IA ist die Anlaufbohrung 18 eingangs se itig und ausgangsseitig mit einer Fase 17 bzw. 19 versehen. Abweichend davon hat die Einlauf -

bohrung

WS272P-2368

bohrung gemäß der Erfindung im Einlaufbereich und im Auslaufbereich gemäß Fig. IB eine zylindrische Senkbohrung 28, die konzentrisch zur Einlauf bohrung 18 verläuft« Diese Senkbohrung erstreckt sich in das Gehäuse 12 bis zu einer bestimmten vorgegebenen Tiefe sowohl im Einlaufbereich als auch im Auslauf bereich. Durch die Senkbohrung ergibt sich ein stufenförmiger Sprung, wodurch ein umlaufender Absatz 30 entsteht, der die Einlauf bohrung 18 mit der Wandung der Senkbohrung 28 verbindet.

In die Senkbohrung 28 ist eine ringförmige, feuerfeste Einlage 32 eingelegt, welche vorzugsweise aus Keramikmaterial besteht und als Deflektor bzw. Abweiser dient. Ein geeignetes Keramikmaterial ist unter der Typenbezeichnung AV30 bei der Firma McDanel Refractory Corporation in Beaver Falls, Pennsylvania, erhältlich.

Die Ausbildung der Senkbohrung ist in Fig. 3 und Fig. 4 im vergrößerten Maßstab dargestellt, wobei in Fig. 4 eine in die Senkbohrung eingelegte Einlage 30 zu erkennen ist. Die Einlage 30 hat vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt und kann durch Abschneiden von einem Rohr gewonnen werden. Der Innendurchmesser der Einlage 32 ist entweder gleich oder geringförmig größer als der Durchmesser der Einlaufbohrung 18. Der Äußendurchmesser der Einlage ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Senkbohrung 28. Der dadurch entstehende Toleranzspalt soll groß genug sein, um die thermische Ausdehnung der Komponenten aufnehmen zu können. Die Einlage 32 wird mit Hilfe einer Dichtung 34 in der Senkbohrung festgehalten, wobei eine Dichtung Verwendung findet, die vorzugsweise spiralförmig gewickelt ist. Derartige spiralförmig gewickelte Dichtungen sind kommerziell λο η der Firma Flexitallic Corporation in Camden, New Jersey, erhältlich. Der Innendurchmesser der Dichtung 34

ist kleiner

-Ζ - WS272P-2368

ist kleiner als der Außendurchmesser der Einlage 32., jedoch größer als der Innendurchmesser dieser Einlage. Dies geht aus Fig. 4 im Detail hervor.

In Fig. 5 und Fig. 6 ist die keramische Einlage dargestellt, wogegen in Fig. 7 und Fig. 8 die spiralförmig gewickelte Dichtungsscheibe dargestellt ist.

In der nachfolgenden Tabelle werden Dimensionsgrößen für das Kugelventil gemäß der Erfindung gegeben.

Tabelle

Durchmesser der Einlaufbohrung (18) 2,47 cm

Durchmesser der Senkbohrung (28) 3,21 cm

Außendurchmesser der Einlage (32) 3,17 cm

Innendurchmesser der Einlage (32) 2,54 cm

Innendurchmesser der Dichtung (34) 2,84 cm

Toleranzspalt Einlage-Senkbohrung 0,015 cm

Tiefe der Senkbohrung (28) 0,635 cm

Länge der Einlage (32) 0,475 cm

Es wurde festgestellt, daß mit einem Kugelventil unter Berücksichtigung der oben angegebenen Abmessungen die Lebensdauer bei der Verwendung von rostfreiem Stahl erheblich verlängert werden konnte, wenn durch das Kugelventil kohlenwasserstoff haltige Materialien wie z.B. Kohle oder feiner Koks mit einer durchschnittlichen Teilchengröße zwischen etwa 100 ,um und

etwa 1000 um bei einer mittleren Temperatur von 110 C gefördert

-Jf- " " -WS272P-2368

fördert wurde. Im Gegensatz von einer Lebensdauer zwischen 35 und 50 Stunden bei Kugelventilen nach dem Stand der Technik ließe sich im Experiment die Lebensdauer für Kugelventile gemäß der Erfindung bis zu etwa 1100 Stunden verlängern. 5

Aufgrund theoretischer Überlegungen wird angenommen, daß sich die Lebensdauerverlängerung durch zwei Effekte einstellt. Einmal wird das direkte Aufschlagen des geförderten Gutes auf metallische Oberflächen verhindert, da die fließenden Medien beim Eintreten und Austreten nur mit der Keramikeinlage 32 in Berührung kommen und dadurch in die Mitte des Strömungsflusses abgelenkt werden, sodaß sie auch im Bereich des Durchflußkanals nicht wesentlich mit der Metalloberfläche in Berührung kommen. Im Gegensatz dazu wird angenommen daß bei Kugelventilen nach dem Stand der Technik das Aufschlagen auf die einlaufseitigen und auslauf se itigen Oberflächen eine starke Materialabnutzung mit sich brachten, welche sich längs der Einlaufbohrung 18 rasch ausbreitet, wobei gerade die mit dem Bezugszeichen 36 und 38 gekennzeichneten Kanten am Ventilgehäuse besonders beansprucht wurden. Man stellt dabei fest, daß die Abnutzung auch ausgangsseitig praktisch im selben Umfang aufgetreten ist. Die in Fig. 4 mit 40 bezeichnete Kante wird bei der Benutzung sehr rasch abgenutzt, wobei sich jedoch eine weitere Ausbreitung der Abnutzung nicht mehr feststellen ließ, sobald die Abnutzung einen gewissen Grad erreicht hat und eine Beeinflussung der Strömung in diesem Bereich praktisch nicht mehr stattfand. Von diesem Augenblick an konnte beobachtet werden, daß im wesentlichen keine rasche Abnutzung mehr auftrat.

-40-

Leerseite

Claims

Patentansprüche

10

f 1.J Kugelventil mit einer in einem Gehäuse gelagerten Ventilkugel, deren Durchfluß kanal in eine auf die zylindrische Einlauf- und Auslaufbohrung ausgerichtete offene Position und in eine geschlossene Position drehbar ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß zumindest die Einlauf bohrung (18) mit einer konzentrisch angeordneten Senkbohrung (28) versehen ist, welche teilweise in das Gehäuse verläuft, sodaß ein umlaufender Absatz (30) entsteht,

- und daß in die Senkbohrung (28) eine feuerfeste ringförmige Einlage (32) mit einem rechteckigen Querschnitt eingelegt ist, wobei einerseits der Außendurchmesser der Einlage kleiner als der Durchmesser der Senkbohrung (28) und andererseits der Innendurchmesser der Einlage zumindest so groß wie der Durchmesser des Durchflußkanal es (18) ist.

- JBT -Ä. WS272P-2368
2. Kugelventil nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet,

- daß eine entsprechende Senkbohrung (28) auch in der Auslaufbohrung vorgesehen ist, und daß eine entsp rechende feuerfeste ringförmige Einlage (32) in die Senkbohrung eingelegt ist.
3. Kugelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Toleranzspiel zwischen dem Außendurchmesser der Einlage (32) und dem Innendurchmesser der Einlauf- bzw. Auslaufbohrung (18) in der Größenordnung von 0,015 mm liegt, wobei die Tiefe der Senkbohrung etwa 6,35 mm und die Längenabmessung der Einlage (32) etwa 4, 75 mm beträgt.