DE3245688C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Absperrventil für heiße Gase mit einem beweglichen Ventilkörper, der sich an im Gehäuse angeordnete Dichtringe anlegt, wobei der bewegliche Ventilkörper ein Rotationskörper mit senkrecht zu seiner Durchlaßbohrung verlaufenden Schwenkachse ist und zumindest eine Dichtung senkrecht zur Schwenkachse verschiebbar gelagert ist.

Die DE-PS 30 43 733 beschreibt und zeigt einen Kugelhahn für Rohrleitungen, durch welche Gase unter hohem Druck und hoher Temperatur strömen mit einem drehbaren Kugel­ küken und zwei axial verschiebbaren Dichtringen, die gegen das Kugelküken anpreßbar sind. Dabei ist das Kugelküken im Hahngehäuse in der senkrecht zur Kükendrehachse stehenden Mittelebene geführt. Im Hahngehäuse sind zwei das Kugelküken umgreifende Traversen vorgesehen, die in der Mittelebene je eine längsseitige Führungsnut und je zwei stirnseitige Führungsnuten aufweisen.

Das Kugelküken ist mit zwei in die längsseitigen Führungsnuten ragenden Führungsbolzen versehen, wobei zwischen diesen und den längsseitigen Führungsnoten ein die freie Dehnbarkeit des Kugelkükens in radialer Richtung zulassendes Spiel vorhanden ist, und wobei die axial verschiebbaren Dichtringe je zwei in die stirnseitigen Führungsnuten ragende Führungsstücke aufweisen, deren Eindringtiefe dem Anpreß- und Lösehub der Dichtringe angepaßt ist und ferner mit je zwei in der die Kükendrehachse enthaltende Mittelebene diametral angeordneten Ausnehmungen versehen sind, in welche am Hahngehäuse befestigte Führungsbolzen ragen, wobei zwischen diesen und den Ausnehmungen der Dichtringe ein die freie Dehnbarkeit der Dichtringe in radialer Richtung zulassendes Spiel vorhanden ist.

Derartige Absperrventile werden beispielsweise in die Abgasleitung von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, wenn es notwentig ist, den Eintritt von Wasser oder Gasen von außen bei stillstehender Verbrennungskraft­ maschine zu verhindern. So werden derartige Absperr­ ventile in die Abgasleitung der Antriebsmaschinen von Unterwasserfahrzeugen eingebaut. Die bisher be­ kannten Absperrventile sind als Klappenventile ausge­ bildet, von denen jeweils zwei in Reihen hintereinander eingebaut sein müssen. Diese Ventile sind nachteilig, da die Klappen mit ihren Ventilsitzen nicht gekühlt werden können. Im geöffneten Zustand werden sie ständig von heißen Gasen umspült. Es besteht die Gefahr von Verformungen und Spannungsrissen, die durch hohe Tempe­ raturschwankungen hervorgerufen werden können. Das führt zu Undichtigkeiten in den Ventilsitzflächen. Außerdem besteht die Gefahr von Rußablagerungen an den Ventilsitzflächen, die einen einwandfreien Ventilverschluß verhindern. Es ist auch bekannt, aufwendige und umständlich zu bedienende Ein- bzw. Nachschleifvorrichtungen an den Ventilen anzubringen, mit deren Hilfe die Dichtflächen vor jedem Schließen bearbeitet werden, um einen einigermaßen ordnungsgemäßen Zustand zu erreichen. Die gleichen Nachteile besitzen auch Absperrventile, die mit Ventilkegeln ausgerüstet sind.

Es sind weiterhin Absperrventile in Form von Klappenventilen bekannt, die mit Weichstoffdichtungen versehen sind. Diese Dichtung wird bei geöffneter Klappe durch Einschwenken in eine neben der Abgasleitung angeordnete Zelle mit Kühlwasser gekühlt. Die Weichstoffdichtung ist jedoch beim Einschwenken in die Schließstellung den heißen Gasen ausgesetzt. Dabei kann die Dichtwirkung erheblich beeinträchtigt werden.

Es ist weiterhin bekannt bei derartigen Ventilen mit metalli­ schen Ventilsitzflächen, diese durch Aufspritzen von erheb­ lichen Kühlwassermengen zu kühlen. Das erfordert nicht nur zusätzliche Einbauteile und Antriebsvorrichtungen, sondern hat auch den Nachteil, daß das in den Heißgasstrom einge­ brachte Kühlwasser teilweise verdampft und außerdem Sprühnebel bildet. Das Abgasvolumen und der Abgasgegendruck werden ver­ größert. Außerdem sind bei den zuletzt erörterten Absperr­ ventilen umfangreiche Steuerungsvorrichtungen notwendig.

Die DE-OS 28 17 851 beschreibt ein Absperrventil für heiße Gase oder dergl., bei der das Absperrventil, als ein Schieber­ ventil mit einem in einem Ventilgehäuse geführten Hohlkolben ausgebildet ist. Der Ventilgehäuseinnenraum ist auf der den heißen Gasen abgekehrten hohlen Kolbenseite mit einem Wasser­ vorrat verbunden, der ständig mit Wasser gefüllt ist. Das Ventilgehäuse kann weiterhin auf seiner Außenseite von einem Wassermantel umgeben sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Absperrventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach im Auf­ bau und in der Herstellung ist und das keiner besonderen Hilfsvorrichtungen bedarf. Das Bedienen des Absperrventils soll ohne komplizierte Anleitungen auch von ungeübtem Personal durchführbar sein. Das Ventil soll weiterhin auch bei einseitig hohen Drücken und auch bei korrodierenden Medien einwandfrei arbeiten, d. h. einwandfrei zu schließen sein und einen sicheren Verschluß auf lange Zeit gewährleisten, ohne daß dabei Zerstörungen des Ventils zu befürchten sind.

Die Erfindung besteht in einem Absperrventil der im Haupt­ anspruch gekennzeichneten Merkmale. Weitere Ausführungs­ formen des erfindungsgemäßen Absperrventils sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das neue Ventil hat den Vorteil eines einfachen Aufbaues. Das Ventil läßt sich einfach öffnen und schließen, wobei ein dichter Ventilsitz infolge der Verwendung einer Weich­ stoffdichtung gesichert ist. Diese wird nicht bei geöffnetem Ventil zerstört, da die Weichstoffdichtungen abseits vom Durchgang der heißen und korrodierenden Gase liegen. Beim Schließen des Ventils wird zunächst die eine Dichtung vom Ventilkörper abgehoben und dann durch Verschieben des Ventil­ körpers dieser auch von der anderen Dichtung abgehoben. Nunmehr kann das Ventil mühelos in die Geschlossenstellung geschwenkt werden, worauf die Bewegungen des beweglichen Ventilkörpers und der einen Dichtung in umgekehrter Reihen­ folge sich anschließen. Die Dichtungen sind nur verhältnis­ mäßig sehr kurze Zeit den heißen Gasen ausgesetzt. Sie werden jedoch bei einer bevorzugten Ausführungsform durch das Kühl­ wasser gekühlt, das aus einer Kühlkammer an den Abdichtungen vorbei in den Gasstrom treten kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert und zwar zeigen

Fig. 1 Ein Ventil im Längsschnitt des Durchlaufs im geöffneten Zustand, wobei die Schnittebene durch die Achse A verläuft und in diese Achse um etwa 45° gewinkelt ist,

Fig. 2 das gleiche Ventil nach dem Abheben sowohl des unteren als auch des oberen Dichtungsringes, ebenfalls in einer gewinkelten Schnittebene wie Fig. 1,

Fig. 3 das gleiche Ventil in Geschlossen­ stellung, ebenfalls in einer gewinkel­ ten Schnittebene wie die vorhergehenden Figuren.

Das Ventil ist an die Zugangsleitung 1 für heiße Gase ange­ schlossen, mit 2 ist der Gasabgangskrümmer bezeichnet.

Zwischen beiden Zu- und Abgangsleitungen 1 und 2 ist das Gehäuse 3 des Ventils angeflanscht, oder in anderer Weise verbunden.

Im Ausführungsbeispiel ist der bewegliche Ventilkörper 4 des Ventils in sphärischer Bauform ausgeführt. Der Ventil­ körper 4 ist um die Achse 7 schwenkbar. Im Bereich dieser Achse sind die beiden Lagerzapfen 8 und 9 gebildet. Der Ventilkörper 4 ist durchbohrt, wobei die Durchbohrung 10 praktisch den gleichen Querschnitt hat, wie der Querschnitt der Zulaufs- und Abgangs­ leitung 1 und 2. Der bewegliche Ventilverschlußkörper kann auch in anderer Weise ausgebildet sein, nur muß er eine Schwenkung um die Achse 7 ermöglichen.

Die beiden Achsstummel 8 und 9 sind in den Ringlagern 11 und 12 gelagert, die am unteren Ende vom Führungsbolzen 13 befestigt sind. Diese liegen innerhalb von Führungshülsen 14, die an einem Führungsring 15 befestigt sind. Die Führungsbolzen 13 durch­ setzen den Führungsring 15 mit Spiel und sind an ihrem unteren Ende mit Ansätzen 16 versehen, gegen die sich Druckfedern 17 abstützen, die innerhalb der Führungsbuchsen 14 liegen und sich andererseits gegen den Führungsring 15 abstützen. Derart wird eine nachgiebige Lagerung der Ringlager 11 gebildet.

Um den hohlen Ventilkörper 4 drehen zu können, ist der Lagerzapfen 8 drehmomentenschlüssig mit einem nicht ge­ zeichneten Schwenkhebel verbunden. Dazu ist der Lagerzapfen 8 mit einer Nut 20 versehen, in die ein zylindrisches Kupplungs­ stück 21 mit einer Feder 22 eingreift. Das Kupplungsstück 21 ist gegenüber der Feder 22 mit einer um 90° zur Feder 22 versetzten Nut 23 versehen, in die die Ventilachse 24 mit einer Feder 25 eingreift. Am freien Ende der Ventilwelle 24 ist der nichtgezeichnete Schwenkhebel befestigt.

Diese Verbindung ist notwendig, da der bewegliche Ventilkörper 4 um ein bestimmtes Maß in Durchlaufrichtung verschiebbar ist.

Zum Verschieben des beweglichen Ventilverschlußkörpers 4 wird der Führungsring 15 verschoben. Dazu dienen mehrere am Umfang des Gehäuses 3 in bezug auf die Achse A radial gela­ gerte Verschiebebolzen 26, die in entsprechenden Bohrungen des Gehäuses 3 gelagert sind. Die Verschiebebolzen 26 sind auf ihrer vorderen Stirnseite 26a abgeschrägt und bilden dort eine Auflauffläche 27 für eine Kante des Führungsringes 15. Auf der anderen Seite stehen die Verschiebebolzen 26 unter einem hydraulischen Druck. Dazu ist in dem Gehäuse 3 eine Ringkammer 28 eingelassen, in die die Lagerbohrungen für die Verschiebebolzen 26 münden. An den Ringraum 28 ist eine Hydraulikleitung 29 angeschlossen. Wenn Druck in die Ring­ kammer 28 gegeben wird, verschieben sich die Verschiebebolzen 26 nach innen und heben den Führungsring 15 an. Dieser steht an seinem Umfang unter dem Druck mehrerer ihn in Richtung des beweglichen Ventilverschlußkörpers drückender Druckfedern 30.

Der Führungsring 15 ist einmal durch einen 0-Ring 31 gegen einen Kühlraum 32 abgedichtet, in dem die Führungs­ hülsen 14 und Führungsbolzen 13 des beweglichen Ventilkörpers 4 angeordnet sind. Zum anderen trägt der Führungsring 15 die ringförmige Dichtung 33 für den oben liegenden Dichtsitz des Ventilkörpers 4. Anstelle der Abdichtung mittels eines 0-Ringes kann auch eine Abdichtung mit einem Kompensator oder Faltenbalg treten, dessen beiden Enden dicht mit den sich gegen­ einander bewegenden Bauteilen verbunden sind.

Der untere Dichtsitz des Ventilkörpers 4 liegt einer Dichtung 34 gegenüber, die im unteren Teil in dem Gehäuse 3 eingelassen ist.

Der vorher beschriebene Raum 32, in dem die Führungshülsen 14 liegen, ist allseits abgeschlossen und mit einer Kühlwasser­ zuführung 35 und einer Kühlwasserabführung 36 versehen. In der Wandung dieses Raumes ist eine Stoffbuchse 37 für die Durchführung des Lagerzapfens 9 eingesetzt.

In der Betriebsstellung befindet sich das Ventil in der in Fig. 1 dargestellten Lage. Durch die beiden Dichtungen 33 und 34 sind die Dichtsitze 5, 6 des Ventilkörpers 4 gegenüber dem Gehäuse 3 abgedichtet. Das Gas durchströmt den hohlen Ventil­ körper 4 ungehindert. Im Raum zwischen dem Ventilgehäuse 3 und dem Ventilkörper 4 fließt Kühlwasser und hält die Temperatur aller Einbauteile und des Ventilgehäuses niedrig. Ein zusätz­ licher Kühlmantelumbau oder eine zusätzliche Isolierung um das Ventilgehäuse zum Schutz gegen Wärmeabstrahlung ist somit nicht erforderlich.

Wenn das Ventil geschlossen werden soll, wird die Ringkammer 28 durch den Hydraulikanschluß 29 mit Druck belastet, sodaß sich nunmehr die Verschiebebolzen 26 in Richtung auf den Führungsring 15 bewegen und diesen entgegen dem Druck der Federn 30 anheben. Damit wird die Abdichtung 33 des Führungs­ ringes 15 von dem beweglichen Ventilverschlußkörper 4 abge­ hoben. Nunmehr kann aus dem Kühlraum 32 das Wasser in den Gasdurchtritt treten. Dabei wird die obere Dichtung 33 weiterhin gekühlt, wobei das Wasser zerstäubt. Beim weiteren Vordrücken der Verschiebebolzen 26 werden schließlich die Führungsbolzen 13 und mit ihnen die Ringlager 12 für den beweglichen Ventilkörper 4 angehoben. Zwischen dem Führungs­ ring 15 und den Ringlagern 11 und 12 ist also eine Schlepp­ verbindung geschaffen, durch die der bewegliche Ventilbauteil 4 nach einer bestimmten Verschiebung des Führungsringes 15 ebenfalls verschoben wird. Dadurch wird der bewegliche Ventil­ verschlußkörper 4 schließlich von der unteren Dichtung 34 abgehoben, sodaß nunmehr auch Wasser an dieser Stelle am beweglichen Ventilkörper 4 vorbei in den Gasstrom treten kann. Dabei wird auch die Dichtung 34 gekühlt. Den Ventilkörper 4 kann nun leichtgängig und für die Dichtungen 33, 34 verschleiß­ frei geschaltet werden. Nach Druckentlastung der Ringkammer 28 und Rückfluß durch den Hydraulikanschluß 29 werden der Verschluß­ ring 15 und die Verschlußbolzen 26 durch den Druck der Federn 30 in die Ausgangsstellung zurückversetzt.

Die Dichtungen 33 und 34 können als Weichstoffdichtungen aus­ gebildet sein und beispielsweise aus Elastomeren bestehen.

Anstelle mehrerer Verschiebebolzen 26 kann auch ein hydrau­ lisch betätigter Ringkolben treten, der auf den Führungsring 15 einwirkt.

Claims (9)

1. Absperrventil für heiße Gase mit einem beweglichen Ventilkörper, der sich an im Gehäuse angeordnete Dichtringe anlegt, wobei der bewegliche Ventilkörper ein Rotationskörper mit senkrecht zu seiner Durchlaß­ bohrung verlaufenden Schwenkachse ist und zumindest eine Dichtung senkrecht zur Schwenkachse verschiebbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (33) über eine Schleppverbindung (13-15) mit den Lagern (11, 12) des Ventilkörpers (4) derart verbunden ist, daß diese erst nach dem Verschieben der Dichtung (33) ebenfalls senkrecht zur Schwenkachse (7) verschoben werden.

2. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung gegenüber dem Gehäuse (3) aus einem O-Ring (31) besteht.

3. Absperrventil für heiße Gase nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abheben des Führungsringes (15) hydraulisch betätigte Verschiebebolzen (26) mit abgeschrägter Stirnseite (26a) dienen.

4. Absperrventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum der Druckbolzen aus einem im Gehäuse (3) angeordneten Ringraum (28) besteht, der an die Hydraulikleitung (29) über ein Absperrventil angeschlossen ist.

5. Absperrventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abheben des Führungsringes (15) ein hydraulisch betätigter Ringkolben dient.

6. Absperrventil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Ventilkörper (4) beidseitig mit Lagerzapfen (8, 9) versehen ist, die in Ringlagern (11, 12) gelagert sind, die über eine unter Federdruck (17) stehende Schleppverbindung (13-17) mit dem Führungsring (15) verbunden sind.

7. Absperrventil nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebliche Lagerung des beweglichen Ventilbauteiles (4) in einem allseits geschlossenen und von Wasser durchströmten Raum (32) angeordnet ist.

8. Absperrventil nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Dichtmaterial der Ringdichtungen (33, 34) Elastomere dienen.

9. Absperrventil nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der bewegliche Ventilkörper (4) ein sphärischer Rotationskörper ist.