DE4334262A1 - Dichtungssystem, insbesondere für ein Verfahrenstechnik-Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem, welches in einfacher und wirtschaftlicher Weise gewährleistet, daß keine Leckage von Verfahrensfluid durch ein Undichtwerden des Dichtungselements auftreten kann, wobei dieses Dichtungssystem besonders für Verfahrenstechnik-Ventile geeignet ist, bei welchen hinsichtlich der Abdichtung aufgrund des Umweltschutzes hohe Anforderungen bestehen, beispielsweise bei Verfahren, bei welchen übelriechende und/oder giftige Fluide verarbeitet werden.

Der Umweltschutz gegen Umweltverschmutzung und Verseuchung aufgrund von herausleckenden Verfahrensfluiden ist eines der schwierigsten zu lösenden Probleme, weil eine perfekte Abdichtung zwischen Teilen, welche eine Axial- oder Rotationsbewegung ausführen, sehr schwierig zu erreichen ist und grundsätzlich sehr teuer ist, sowie besonders bei höheren Fluiddrücken des enthaltenen Fluids kompliziert ist.

Auf dem Gebiet von Pumpen, Kompressoren, Turbinen und allgemein Rotationsmaschinen wird dieses Problem derzeitig durch ein Dichtungssystem gelöst, bei welchem eine Zwischenkammer zwischen zwei voneinander getrennten, in einer Reihe angeordneten Dichtungselementen ausgebildet ist und in welche ein neutrales Sperrfluid, meistens Stickstoff, kontinuierlich mit einem Druck geleitet wird, welcher etwas höher als der Druck des Verfahrensfluids ist, wodurch eine Leckage verhindert wird, während das neutrale Sperrfluid kontinuierlich ausströmt, gesammelt wird und nach erneutem Unterdrucksetzen mittels einer Pumpe wiederverwendet wird.

Obgleich bei dieser Lösung die Leckage des Verfahrenfluids gleich Null wird, müssen eine Reihe von Nachteilen wie die Verwendung einer Pumpe und eines dynamischen Druckreglers in Kauf genommen werden, welcher sehr genau sein muß und infolgedessen teuer ist, um die Druckdifferenz klein zu halten und damit die Menge des in das Verfahrensfluid hineinleckenden Hilfsfluids klein zu halten. Dies ist mit einem hohen Konstruktionsaufwand, Komplikationen während des Betriebs und einem erheblichen Energiebedarf verbunden ist, was die Kosten und die Gesamtgröße selbst für ein einfaches Verfahrenstechnik- Ventil in nicht akzeptablem Maße erhöht. Ein weiterer Nachteil ist es, daß stets eine erhebliche Strömung des neutralen Sperrfluids vorhanden ist, was erhebliche Verluste zur Folge hat, wodurch es in der Praxis unmöglich wird, kleine Abweichungen in dieser Strömung zu erkennen und infolgedessen eine Warnung über mögliche Gefahren zu erhalten, bevor ein irreparabler Schaden aufgrund einer Leckage des Verfahrensfluids auftritt.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen, indem ein Dichtungssystem geschaffen wird, welches das Auftreten einer Leckage des Verfahrensfluids ohne die Verwendung von Pumpen oder dynamischen Druckreglern verhindert und infolgedessen einen geringen Bauraumbedarf bei geringen Kosten aufweist, wobei das Dichtungssystem im wesentlichen statisch arbeitet und infolgedessen keiner Leistungszufuhr bedarf, und wobei das Dichtungssystem darüber hinaus eine Verschlechterung der Abdichtung anzeigt, d. h. mit einer beträchtlichen Vorausschau ein Ausströmen des neutralen Sperrfluids aufgrund der Leckage anzeigt, d. h. bevor eine Leckage des Verfahrensfluids auftritt.

Dies wird im wesentlichen durch eine vollständige Beseitigung der Druckdifferenz zwischen dem Verfahrensfluid und einem ungiftigen, biologisch abbaubaren Hilfs-Schmierfluid erreicht, welches die Zwischenkammer füllt, die zwischen den beiden in Reihe angeordneten Dichtungspackungen ausgebildet ist, wobei der Druck darin stets gleich dem Druck des Verfahrensfluids aufgrund eines stark elastischen statischen Separators nach Art einer Speicherkammer oder einer Speichertasche gehalten wird, wobei in den Separator einerseits das Hilfsfluid geleitet wird, und andererseits das Verfahrensfluid in die stark elastische Speicherkammer oder -tasche geleitet wird, welche mit einem bewegbaren Kopf zusammenwirkt, der gegen die Speicherkammer aufgrund seiner Schwerkraft oder einer Feder gedrückt wird, um einen Lagesensor anzusprechen und einen bestimmten Grad an Ausdehnung der Speicherkammer anzuzeigen, wobei dieser Grad der Ausdehnung seinerseits repräsentativ für eine Abnormalität in der Abdichtung ist, genauer gesagt für eine Leckage des Hilfsfluids durch die zweite Dichtungspackung, welche sich stromabwärts der Zwischenkammer befindet. Aufgrund dieser Konstruktion kann durch das Fehlen der Druckdifferenz nicht nur eine Niedrigdruck-Dichtungsvorrichtung verwendet werden, welche eine lange Lebensdauer ohne eine Leckage gewährleistet, sondern es wird auch gewährleistet, daß das Verfahrensfluid nicht herauslecken kann, wobei dies ohne Energiebedarf und durch einfache statische Elemente erreicht wird, und es wird weiter gewährleistet, daß das Verfahrensfluid durch das Hilfsfluid nicht verunreinigt wird. Das Verfahrensfluid, wie auch das Hilfsfluid, können grundsätzlich sowohl gasförmig, als auch flüssig sein.

Die zweite Dichtungspackung stromabwärts der Zwischenkammer arbeitet aufgrund der Wirkung eines Druckverlusts gleich dem gesamten Verfahrensdruck, und so ist es unmöglich, eine Leckage von Null für das Hilfsfluid zu verwirklichen, weshalb eine beschränkte Leckage des Hilfsfluids aufgrund eines Durchsickerns akzeptiert wird, wobei das Maß dieser Leckage dennoch aufgrund der Bewegung des bewegbaren Kopfs angezeigt wird, welcher bei einem bestimmten Punkt vor der vollständigen Expansion der elastischen Speicherkammer oder -tasche und damit deutlich bevor einer Leckage des tatsächlichen Verfahrensfluids auftreten kann, als ein Schalter arbeitet, welcher die Anomalie anzeigt und welcher unmittelbar durch Zurückführen der Leckage des innerhalb des statischen Separators befindlichen Hilfsfluids zurückgesetzt werden kann.

Auf diese Weise ist das Dichtungssystem insbesondere für ein Verfahrenstechnik-Ventil geeignet, welches versehen ist mit einem Ventilkörper, einem Ventilkegel für das Verfahrensfluid, wobei eine Stange des Ventilkegels verschiebbar durch zwei voneinander getrennte Dichtungselemente gestützt wird, welche in Reihe hintereinander angeordnet sind, wodurch zwischen den Dichtungselementen eine Zwischenkammer ausgebildet wird, welche mit einem Hilfsfluid gespeist wird. Gemäß der Erfindung befindet sich die Zwischenkammer zwischen zwei in Reihe hintereinander angeordneten Gleit-Dichtungspackungen und ist mit einem statischen Separator nach Art einer elastischen Speicherkammer oder -tasche verbunden, wobei die Zwischenkammer mit dem Hilfsfluid in Form eines biologisch abbaubaren, nicht verseuchenden, nicht aggressiven Schmierfluids gefüllt ist, während die innere Speicherkammer oder -tasche, welche von hoher Elastizität ist, mit dem Verfahrensfluid in einem bei der Dichtung befindlichen Bereich dicht bei dem Ventilkegel verbunden ist, wobei die elastische Speicherkammer oder -tasche mit einem bewegbaren Kopf zusammenwirkt, welcher seinerseits mit einem Lagesensor zusammenwirkt.

Gemäß einer Modifikation der Erfindung wird eine sehr geringe Druckdifferenz zwischen dem Hilfsfluid und dem Verfahrensfluid erzeugt, um zuverlässig zu gewährleisten, daß das Verfahrensfluid die Zwischenkammer niemals erreichen kann, auch nicht als Ergebnis der Verschiebebewegung der Ventilstange.

Dies wird in der Praxis gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der statische Separator der elastischen Speicherkammer oder -tasche mit dem Verfahrensfluid in dem Bereich der Dichtung dicht bei dem Ventilkegel verbunden ist, während die mit nur einer beschränkten Elastizität versehene innere Speicherkammer oder -tasche mit der Zwischenkammer verbunden ist.

Auf diese Weise ist der Druck in der Zwischenkammer immer gleich der Summe des Verfahrensfluiddrucks plus dem sehr geringen zusätzlichen Druck, welcher von der elastischen Speicherkammer erzeugt wird und dem Aufblähen derselben entgegenwirkt, wobei dieser zusätzliche Druck von dem Grad der Elastizität der Speicherkammer abhängt, wodurch der Gesamtdruck infolgedessen stets etwas höher als der des Verfahrensfluids ist, welches infolgedessen niemals in die Zwischenkammer sickern kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, wobei ohne die Erfindung zu verlassen, technische oder konstruktive Änderungen bei diesen Ausführungsbeispielen möglich sind. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Dichtungssystem anstatt bei Verfahrenstechnik-Ventilen auch bei Pumpen, Kompressoren, Turbinen und allen anderen denkbaren Rotationsmaschinen angewendet werden; darüber hinaus kann anstatt der elastischen Speicherkammer oder -tasche ein Balg verwendet werden.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seiten-Schnittdarstellung eines Verfahrenstechnik-Ventils, welches mit dem Dichtungssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel versehen ist;

Fig. 2 einen Fig. 1 entsprechenden Schnitt, wobei jedoch ein modifiziertes zweites Ausführungsbeispiel des Dichtungssystems Anwendung findet.

In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 den Ventilkörper eines in der Verfahrenstechnik angewendeten Ventils, wobei der Ventilkörper den Ventilsitz 2 für einen Ventilkegel 3 trägt, welcher mittels einer Betätigungseinrichtung 5 mittels einer Stange 4 betätigt wird. Die Stange 4 ist verschiebbar durch den Ventilblock 6 mittels zweier voneinander getrennten Stopfbuchsen-Dichtungspackungen 7 und 8 gleitverschiebbar abgestützt, wobei die Dichtungspackungen in Reihe entlang der Stange hintereinander angeordnet sind, um dazwischen eine Zwischenkammer 9 auszubilden.

Die Zwischenkammer 9 ist mittels des Rohrs 10 mit einem statischen Separator 11 nach Art einer elastischen Speicherkammer oder -tasche verbunden und ist zusammen mit der Speicherkammer mit einem biologisch abbaubaren, nicht verseuchenden und nicht aggressiven Hilfs-Schmierfluid gefüllt, welches durch das Auf/Zu-Absperrventil 12 zugeführt wird. Die innere elastische Speicherkammer oder Tasche 13 des statischen Separators 11 ist mittels eines Rohrs 14 mit dem Verfahrensfluid im Bereich 15 in der Nähe der Dichtung 7 eng bei dem Ventilkegel 3 verbunden. Die Speicherkammer 13 ist von hoher Elastizität (in Fig. 1 deutet die gestrichelte Linie 13′ die Größe der Speicherkammer an, wenn kein Druck vorhanden ist), wobei die Speicherkammer mit einem bewegbaren Kopf 16 zusammenwirkt, welcher aufgrund der Schwerkraft auf der Speicherkammer ruht und einen Magnet 17 trägt, welcher einen Lagesensor 18 ansteuert.

Die Betriebsweise ist wie folgt:
Die sehr hohe Elastizität der Speicherkammer oder Tasche 13 bedeutet, daß der Druck in der Kammer 19 immer gleich dem Druck in der Kammer 20 ist und infolgedessen gleich dem Druck in der Zwischenkammer 9. Wenn eine Leckage des Hilfsfluids durch die Stopfbuchsen-Dichtungspackung 8 hindurch einen Druckverlust in der Kammer 20 hervorruft, hat dies eine entsprechende Ausdehnung der Speicherkammer 13 zur Folge, so daß der Kopf 16 sich zusammen mit dem Magnet 17 nach oben bewegt. Der Lagesensor 18 erfaßt diese Bewegung, welche bei einer schlechten Abdichtung auftritt, und wenn die Bewegung einen vorbestimmten Wert erreicht hat, wird der Betrieb des Ventils von dem Lagesensor blockiert.

Gemäß dem modifizierten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Zwischenkammer 9 mittels des Rohrs 10′ mit der inneren Speicherkammer oder Tasche verbunden, welche aufgrund der Wirkung des Hilfsfluids ausgehend von der in Fig. 2 mittels der gestrichelten Linie 13′′ angedeuteten Ruhestellung in die Arbeitsstellung 13′′′ aufgebläht werden kann, wobei die Kammer 20′ des statischen Separators 11 mittels des Rohrs 14′ mit dem Bereich 15 verbunden ist, in welchem der Verfahrensfluiddruck herrscht.

Auf diese Weise ist der in der Zwischenkammer 9 herrschende Druck etwas höher als der in dem Verfahrensfluid herrschende Druck, und zwar um einen solchen Betrag höher, welcher in diesem Fall den jedoch nicht besonders hohen Kräften aufgrund der elastischen Verformung der Speicherkammer entspricht, wobei diese Kräfte dem Aufblähen entgegenwirken.

Claims (2)

1. Dichtungssystem, insbesondere für ein Verfahrenstechnik- Ventil, welches versehen ist mit einem Ventilkörper, einem Ventilkegel für das Verfahrensfluid, wobei eine Stange des Ventilkegels verschiebbar durch zwei voneinander getrennte Dichtungselemente gestützt wird, welche in Reihe hintereinander angeordnet sind, wodurch zwischen den Dichtungselementen eine Zwischenkammer ausgebildet wird, welche mit einem Hilfsfluid gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammer sich zwischen zwei in Reihe hintereinander angeordneten Gleit- Dichtungspackungen befindet und mit einem statischen Separator nach Art einer elastischen Speicherkammer oder -tasche verbunden ist, wobei die Zwischenkammer mit dem Hilfsfluid in Form eines biologisch abbaubaren, nicht verseuchenden, nicht aggressiven Schmierfluids gefüllt ist, während die innere Speicherkammer oder -tasche, welche von hoher Elastizität ist, mit dem Verfahrensfluid in einem bei der Dichtung befindlichen Bereich dicht bei dem Ventilkegel verbunden ist, wobei die elastische Speicherkammer oder -tasche mit einem bewegbaren Kopf zusammenwirkt, welcher seinerseits mit einem Lagesensor zusammenwirkt.

2. Dichtungssystem, welches insbesondere für ein Verfahrenstechnik-Ventil nach Anspruch 1 geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Separator der elastischen Speicherkammer oder -tasche mit dem Verfahrensfluid in dem Bereich der Dichtung dicht bei dem Ventilkegel verbunden ist, während die mit nur einer beschränkten Elastizität versehene innere Speicherkammer oder -tasche mit der Zwischenkammer verbunden ist.