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Doppelventilanordnung
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Die Erfindung bezieht sich auf das Versorgen von partikuliertem Material
zu einem unter Druck stehenden Behälter oder auf das Entfernen von partikuliertem
Material aus einem derartigen Behälter. Die Erfindung kann vorteilhafterweise beispielsweise
bei der direkten Gasreduktion des Eisenerzes zu Schwammeisen verwendet werden, und
zwar in einem vertikal sich bewegenden Bettreaktor des Typs, bei dem das partikulierte
Eisenerz durch Schwerkraft zur Oberseite des Reaktors gebracht wird und darin im
Gegenstrom zu einem nach oben strömenden heißen Reduktionsgas mit angehobenem Druck
nach unten strömt. Das Zuführen von partikuliertem Erz zu einem solchen Reaktor
und das Entfernen des Eisenschwamms vom Boden des Reaktors bringt gewisse Probleme
dahingehend mit sich, daß, wenn auf dem Markt verfügbare Ventile verwendet werden,
der Strom partikulierten Materials durch das Ventil zu einer Erosion des Ventilsitzes
an einem
Punkt führt, wenn das Ventil geschlossen ist. Somit sorgt
dieses Ventil nicht weiter für eine einwandfreie Gasdichtung.
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Eine vorgeschlagene Lösung dieses Problems ist aus der US-PS 3 710
808 bekannt. In Übereinstimmung mit der Offenbarung dieses Patentes wird eine Doppelventilanordnung
mit einem vertikalen Gehäuse verwendet, welches ein strömungsregulierendes Ventil
im oberen Teil des Gehäuses und ein Druckdichtventil im unteren Teil des Gehäuses
umfaßt. Das partikulierte Material gelangt durch ein nach unten verlaufendes Versorgungsrohr
in den oberen Teil des Gehäuses. Das obere oder die Strömung regulierende Ventil
ist aus einer ersten oder "geschlossenen" Stellung, in der es dem Boden des Versorgungsrohres
gegenüberliegt und den Strom partikulierten Feststoffmaterials daraus blockiert,
in eine zweite oder "offene" Stellung an einer Seite des Versorgungsrohres schwenkbar.
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Wenn das schwenkbare Ventil sich in der "offenen" Stellung befindet,
erlaubt es die freie Strömung des partikulierten Materials durch das Versorgungsrohr.
Im unteren Teil des Gehäuses befindet sich ein Drehschieberventil oder ein Hahn
mit einem horizontal angeordneten, zylindrischen, sich drehenden Ventilglied, welches,
wenn geeignet geschmiert, eine gute Gasdichtung vorsieht. Durch öffnen des druckdichten
Ventils vor dem öffnen des die Strömung regelnden Ventils und durch Schließen des
die Strömung regelnden Ventils vor dem Schließen des Druckdichtventils können die
Dichtflächen des Dichtventils gegenüber erosiven Wirkungen des strömenden partikulierten
Feststoffmaterials geschützt werden.
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Ein Problem, welches bei der Verwendung der Doppelventile des in der
US-PS 3 710 808 verwendeten Art auftritt, besteht in der Tatsache, daß, wenn das
schwenkbare Ventilglied
das die Strömung regelnden Ventils sich
in seiner ersten oder "geschlossenen" Stellung befindet, die partikulierten Feststoffe
sich an der Oberseite des Ventils in einem solchen Ausmaße ansammeln, daß sie die
Bewegung des Ventilgliedes in die zweite oder "offene" Stellung an einer Seite des
Versorgungsrohres verhindern.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine einfache Lösung
zu finden, durch die eine derartige Bewegungsbehinderung nicht gegeben ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch eine
besondere Konstruktion des unteren Endes des Versorgungsrohres das partikulierte
Material so von der zweiten Stellung des Ventilgliedes weg auf dieses gerichtet
wird, daß das sich ansammelnde partikulierte Material den Schwenkvorgang in die
offene Stellung erleichtert.
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Somit wird die Versorgung eines Fließbettes eines Druckreduktionsreaktors
mit partikuliertem Eisenerz durch Schwerkraft erleichtert und verbessert. Eine weitere
Verbesserung erfolgt hinsichtlich des Betriebes des die Strömung regulierenden Ventils
der angegebenen Doppelventilanordnung.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht
durch eine Doppelventilanordnung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
mit dem in der Ansicht dargestellten Versorgungsrohr beinhaltet,
Fig.
2 einen Vertikalschnitt im rechten Winkel zum Schnitt der Fig. 1 und mit der Darstellung
des Versorgungsrohres im Schnitt, und Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Ventilelementes
des Dichtventils mit der Darstellung der Leitungen zum Verteilen eines Dicht- oder
Schmierfettes entlang dessen Oberflächen.
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Entsprechend den Zeichnungen umfaßt die dort dargestellte Ventilanordnung
ein Gehäuse 10 mit einem oberen Gehäuseabschnitt 12, einem unteren Gehäuseabschnitt
14 und einem Zwischenabschnitt 16. Innerhalb des oberen Gehäuseabschnittes 12 des
Gehäuses 10 ist ein tellerförmiges Ventilglied 18 befestigt, welches für eine Schwingbewegung
um eine Achse 20 abgestützt ist (siehe Fig. 2). Das obere linke Ende des Ventilgliedes
18 ist durch ein Lagerteil 22 abgestütz, welches Lagerteil 22 am Ventilglied befestigt
ist und in einer Ausnehmung 24 in der Innenwand des oberen Gehäuseabschnittes 12
des Ventilgehäuses verläuft, um eine Drehlagerung zu bilden. Das obere rechte Ende
des Ventilgliedes 18 ist an einem Lagerteil 26 befestigt, welches durch ein Loch
28 in der Wand des Gehäuses verläuft und dort am äußeren Ende eines Hebels 30 befestigt
ist. Mittels des Hebels 30 kann das Ventilglied 18 gedreht werden. Innerhalb der
Ausnehmung 24 befindet sich eine Feder 32, welche vorgespannt ist, um das Ventilglied
18 in einer zentralen Anordnung innerhalb des oberen Abschnittes des Gehäuses zu
halten. Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 ist eine Abdichteinrichtung 27 vorgesehen,
um die Erzzufuhr zur Ventilanordnung zu enthalten und zu verhindern, daß jegliches
Erz auf das Drehlagerteil 26 und die Drehanordnung trifft. Die Dichteinrichtung
27 ist mit dem oberen Gehäuseabschnitt 12 verbunden, wie dies in Fig. 2 dargestellt
ist.
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Partikuliertes Eisenerz wird in den oberen Abschnitt der Ventilanordnung
durch ein Versorgungsrohr 34 zugeführt, welches zu einem Punkt unterhalb der Achse
2 verläuft und vorzugsweise zu einem Punkt, welcher sich nur in einem kurzen Abstand
oberhalb der Oberseite des Ventilgliedes 18 befindet, so daß, wenn das Ventilglied
sich in der ersten oder geschlossenen Stellung befindet, nur eine relativ kleine
Menge von partikuliertem Erz sich im Raum zwischen dem Boden des Versorgungsrohres
und der Oberseite des Ventilgliedes 18 ansammelt. Wenn das Ventilglied 18 sich in
seiner geschlossenen Stellung befindet, wie dies in Fig. 1 in ausgezogenen Linien
dargestellt ist, wirkt dieses Ventilglied mit einem Ventilsitz 36 zusammen, welches
im unteren Teil des oberen Gehäuseabschnittes 12 ausgebildet ist. Es ist nicht notwendig,
daß das Ventilglied 18 den Sitz 36 dicht berührt, da das Ventilglied 18 nur eine
Strömungssteuerfunktion vollzieht. Die Dichtfunktion erfolgt durch den Aufbau im
unteren Abschnitt 14 der weiter unten zu beschreibenden Ventilanordnung. Entsprechend
der Darstellung in Fig. 1 ist das Ventilglied 18 aus einer in ausgezogenen Linien
dargestellten ersten Stellung, in der es dem unteren Ende des Versorgungsrohres
34 gegenüberliegt, in strichpunktierten Linien dargestellte zweite oder offene Stellung
schwenkbar, in der es an einer Seite des Versorgungsrohres angeordnet ist.
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Entsprechend der vorstehenden Erläuterung kommt es zu einer Ansammlung
von partikuliertem Erz auf dem Ventilglied 18, wenn das geradseitige Versorgungsrohr
hierfür bei einem Doppelventilaufbau dieses Typs verwendet wird und wenn sich das
Ventilglied in seiner geschlossenen Stellung befindet. Die Ansammlung von partikuliertem
Erz erfolgt in einem solchen Ausmaß, daß es das Schwenken des Ventilgliedes in die
offene Stellung an einer Seite des Versorgungsrohres verhindert. Entsprechend der
vorliegenden Erfindung
und der Darstellung in Fig. 1 und 2 ist
das Abgabeende des Versorgungsrohres 34 so konstruiert und angeordnet, daß es das
partikulierte Erz weg von der zweiten Stellung des Ventilgliedes 18 richtet. Mehr
insbesondere ist am Boden des Versorgungsrohres 34 ein Leitring 38 vorgesehen, welcher
im wesentlichen denselben Querschnitt wie der Hauptabschnitt des Versorgungsrohres
hat, jedoch seitlich von der zweiten Stellung des Ventilgliedes 18 weg gerichtet
schräg angesetzt ist. Wie insbesondere in Fig. 1 dargestellt ist, hat der Abschnitt
40 des Leitringes 38 nächst der zweiten Stellung des Ventilgliedes 18 eine größere
Länge in Richtung der Strömung der Festkörper durch das Versorgungsrohr als der
Abschnitt 42 des Leitringes 38, der von der zweiten Stellung des Ventilgliedes 18
entfernt liegt. Mit dieser Konstruktion werden die durch das Rohr 34 strömenden
Erzpartikel zur linken Seite des Ventilgliedes geleitet, wenn die Fig. 1 betrachtet
wird. Dadurch wird die Bewegung des Ventilgliedes in die offene (strichpunktierte
Linie) Stellung erleichtert. Es wurde herausgefunden, daß ein Winkel "a" zwischen
der Achse des Hauptabschnittes des Versorgungsrohres 34 und der Mittelachse des
Leitringes 38 bevorzugt zwischen 100 und 300 betragen soll.
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Im unteren Abschnitt 14 des Ventilanordnungsgehäuses befindet sich
ein zylindrischer Ventilkörper 44, welcher mit einem Ventilsitz 46 zusammenwirkt.
Der Ventilkörper 44 und der mit diesem zusammen wirkende Ventilsitz 46 haben einen
üblichen Aufbau. Der Ventilkörper 44 ist mit einer diesen durchlaufenden zylindrischen
Öffnung 48 versehen.
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Der Ventilkörper 44 ist innerhalb des zylindrischen Sitzes 46 durch
ein Drehlagerteil 50 drehbar, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Das Drehlagerteil
verläuft durch die Wand des unteren Gehäuseabschnittes 14. Am äußeren Ende des Drehlagerteils
50 ist ein Hebel 52 befestigt, mit dem der Ventilkörper gedreht werden kann, um
die
Öffnung 48 in Ausrichtung mit einer Passage 54 zu bringen, die vertikal innerhalb
des unteren Gehäuseabschnittes 14 verläuft. Durch die Wand des unteren Gehäuseabschnittes
14 verlaufen Schmierpassagen 56 und 58, durch die ein Schmiermittel zur zylindrischen
Oberfläche des Ventilkörpers 44 gebracht wird. Dadurch wird eine gute Dichtung zwischen
dem Ventilkörper und seinem Sitz 46 sichergestellt, um die Strömung eines unter
Druck stehenden Strömungsmittels durch die Passage 54 zu verhindern, wenn der Ventilkörper
44 so lagereingestellt ist, daß die Öffnung 48 sich außer Ausrichtung mit der Passage
54 befindet.
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Das Schmiermittel, welches jederzeit dann dem Ventil zugeführt wird,
wenn es offen oder geschlossen ist, verhindert ein Ansammeln von feinem Pulvergranulat
zwischen dem Ventil sitz 46 und dem Ventilkörper 44, was eine Reibung und einen
Abrieb verursachen würde. Dies könnte zu Leckagen und Druckverlusten führen. Eine
Feder 60 befindet sich in einer Ausnehmung 62 einer Kappe 64, die in die Seitenwand
des unteren Gehäuseabschnittes geschraubt ist. Die Feder 60 ist so vorgespannt,
daß sie den Ventilkörper 44 in Richtung auf und gegen die gegenüberliegende Gehäusewand
drückt.
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Es wurde herausgefunden, daß es vorteilhaft ist, sowohl Abdicht-,
als auch Schmierfett auf die Oberseite des Ventilkörpers 44 zu bringen. Das Fett
kann durch die zuvor beschriebenen Schmierpassagen 56 und 58 oder durch Schmierpassagen
und Nuten zugeführt werden, die sich gemäß Fig. 3 in dem Ventilelement befinden.
Das Dichtfett wird zugeführt, wenn dies für das Vorsehen einer gasdichten Abdichtung
gewünscht ist.
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Fig. 3 zeigt das Ventilelement des Abdichtventils, welches zum Vorsehen
einer Dichtung gegenüber einer Leckage von unter Druck stehendem Gas aus einem Reaktor
wirksam ist.
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Der Ventilkörper 44 ist mit einer Anzahl von Schmiermittelverteilpassagen
und -nuten versehen, wie dies dargestellt ist. Das Schmiermittel wird unter Druck
durch eine Schmiermittelversorgungspassage 70, die sich im Drehlagerteil 50 befindet,
in einer Reihe von vier Radialpassagen 72 gebracht, durch die das Schmiermittel
nach außen zu einer Umfangsnut 74 fließt. Von der Nut 74 fließt das Schmiermittel
durch Schlitze 76, um an einer benachbarten Endfläche 78 des Ventils eine Schmierung
vorzusehen.
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Das Schmiermittel fließt ebenso von der Nut 74 durch ein Paar von
Längsschlitzen 80, von denen nur einer dargestellt ist,. zu einer zweiten Umfangsnut
82, die am entgegengesetzten Ende des Ventils angeordnet ist. Ein Paar von geschlossenen
Endnuten 84, von denen nur eine gezeigt ist, sind in der Ventilfläche im Umfangsabstand
zu den Längsschlitzen 80 und der Öffnung 48 ausgebildet. Die- Nuten 84 sammeln das
Schmiermittel, wenn sich das Ventil dreht und dienen zur weiteren Förderung der
Schmierung der Ventiloberfläche. Die Schlitze 80 und die Nuten 84 sind bevorzugt
in 900-Intervallen über dem Umfang angeordnet und verteilt.
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DieVentilanordnung ist so konstruiert, daß sie eine ungewünschte Berührung
zwischen dem partikulierten Erz und den dichtenden Oberflächen des Ventilkörpers
44 verhindert. Wenn es gewünscht ist, daß das partikulierte Erz durch die Ventilanordnung
fließt, wird der Ventilkörper 44 so gedreht, daß die Öffnung 48 in Ausrichtung mit
der Passage 54 gebracht wird. Danach wird das Ventilglied 18 in die in strichpunktierten
Linien in Fig. 1 dargestellte Lage geschwenkt. Der Querschnittsbereich des Inneren
des Versorgungsrohres 34 ist bevorzugt nicht
größer als vorzugsweise
ein wenig kleiner als der Querschnittsbereich der Öffnung 48. Ebenso ist der Querschnittsbereich
der Passage 54 bevorzugt nicht größer und vorzugsweise ein wenig kleiner als der
Querschnittsbereich der Öffnung 48. Wenn so partikuliertes Material durch die Ventilanordnung
fließt, kommt dieses nicht in Berührung mit der dichtenden Oberfläche des Ventilkörpers.
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Dadurch, daß der Querschnittsbereich des Versorgungsrohres 34 kleiner
als die Öffnung 48 gemacht wird, wird ebenso der Abrieb der Innenfläche der Öffnung
48 klein gehalten, wenn das partikulierte Material da durchfließt.
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Wie zuvor festgestellt wurde, sollte der Ventilkörper 44 zuerst geöffnet
und dann das Ventilglied verschwenkt werden, um eine abtragende Berührung zwischen
dem partikulierten Material und den Dichtflächen des Ventilkörpers möglichst klein
zu halten, wenn die Ventile geöffnet werden, damit das Material durch die Ventilanordnung
fließen kann.
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Wenn ebenso die Ventile geschlossen werden, um das Fließen des Materials
durch die Ventilanordnung zu beenden, sollte zuerst das Ventilglied zurückgeschwenkt
und dann das Drehschieberventil geschlossen werden. Es wurde herausgefunden, daß,
wenn die Ventile auf diese Weise betätigt werden, die Oberfläche des Ventilkörpers
auf geeignete Weise geschmiert wird, beispielsweise durch die Schmierpassagen 56
und 58, so daß eine wirksame Gasdichtung für eine lange Zeitperiode aufrechterhalten
werden kann.
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Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die vorliegende
Erfindung eine Ventilanordnung schafft, die die Vorteile für sich in Anspruch nehmen
kann, welche zu Beginn der Beschreibung angegeben sind. Neben der beispielhaften
Beschreibung sind im Rahmen der Erfindung natürlich verschiedene Abänderungen möglich.
Obwohl es nicht beschrieben ist, ist es beispielsweise möglich, daß
die
Ventilbetätigungshebel 30 und 52 durch einen automatischen Steuermechanismus betätigt
werden können, um eine gewünschte Folge von Ventilbetriebsabläufen zu erreichen.
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