DE4422478A1 - Durchgangsventil und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchgangsventil gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Her­ stellung eines solchen Ventils.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Durchgangs­ ventil für Hochdruck-Ablaßsysteme in Kraftwerken und der­ gleichen.

Hochdruck-Ablaßventile in Kraftwerken arbeiten unter er­ schwerten Betriebsbedingungen. Diese Ventile dienen bei­ spielsweise dem Abblasen von unter hohem Druck stehenden Dampf, der wegen darin enthaltener Flüssigkeitströpfchen und Feststoffpartikel eine abrasive Wirkung hat. Ferner arbeiten derartige Ventile mit fließfähigen Medien, die typischerweise sehr hohe Temperaturen von beispielsweise ca. 350°C bei ge­ sättigtem Dampf und von etwa 550°C bei überhitztem Dampf auf­ weisen. Drücke von etwa 160 kp/cm² sind üblich, und in eini­ gen mit superkritischem Dampf arbeitenden Kraftwerken werden sogar Drücke von etwa 270 kp/cm² oder mehr angetroffen. Klas­ sische Ventile für die genannten Einsatzzwecke sind Ventile aus geschmiedetem Stahl mit integrierten Ventilsitzen mit ge­ härteter metallischer Sitzfläche. Beim Arbeiten mit derarti­ gen Ventilen führen extreme Temperaturschwankungen häufig zu einer "Abkühlung" von Ventilelement und Ventilschaft, die zu einer Kontraktion des Schaftes führen. Eine solche Kontrak­ tion bewirkt häufig, daß das Ventilelement bzw. die Ventil­ scheibe von dem Sitz abhebt und einen Leckstrom des Fluids durch das Ventil ermöglicht.

Beim Einsatz bei hohen Temperaturen kann ferner der Abbau in­ terner Spannungen im Ventilschaft bei geschlossenem Ventil zu einer Verringerung der Anpreßkraft und damit in ähnlicher Weise zum Auftreten eines Leckstroms führen.

Wenn an den Ventilsitzflächen im Laufe der Zeit ein Ver­ schleiß bzw. eine Beschädigung auftritt, mußten die Ventile bisher einfach ausgewechselt werden. Ein periodischer Aus­ tausch derartiger Ventile wurde von den Betreibern von Hoch­ druckdampf-Kraftwerken bisher allgemein als erforderlich ak­ zeptiert.

In neuerer Zeit wurden Kugel- bzw. Durchgangsventile mit aus­ wechselbaren metallischen oder keramischen Ventilelementen und Ventilsitzen entwickelt. Die Erfahrung hat jedoch ge­ zeigt, daß der Ersatz eines ursprünglichen Ventilelements oder einer Sitzanordnung gegen ein neues Ventilelement bzw. eine neue Sitzanordnung in einigen Fällen zu einer ver­ schlechterten Abdichtleistung führt.

Es besteht folglich ein Bedürfnis nach für die Verwendung in Ablaßsystemen von Hochdruckdampf-Kraftwerken geeigneten Durchgangsventilen, die die Möglichkeit bieten, zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz eine dichte und sichere Abdichtung selbst für den Fall einer temperaturbedingten Kontraktion oder eines Spannungsabbaus in dem Ventilschaft zu schaffen. Weiterhin besteht das Bedürfnis dafür, für solche Ventile verbesserte Ventilelemente und Ventilsitze anzugeben, die aus härteren und dauerhafteren metallischen oder keramischen Materialien unabhängig von dem Ventilgehäuse herstellbar sind und die erst beim Zusammenbau in das Ventilgehäuse eingebaut werden, wobei all diese Forderungen auf wirtschaftliche Weise erfüllt werden sollen. Es besteht ferner ein Bedürfnis nach Ventilen, bei denen Ventilelemente und -sitze so ausgewechselt werden können, daß mit ihnen die­ selbe Dichtwirkung erreichbar ist wie mit der ursprünglichen Ventilelement/Sitzelement-Anordnung.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung also die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, für den Einsatz in Ablaß­ systemen für Hochdruckdampfanlagen geeignetes Durchgangsven­ til anzugeben, welches auch bei thermischer Kontraktion des Ventilschaftes oder beim Spannungsabbau in demselben die Mög­ lichkeit bietet, eine hohe und zuverlässige Dichtwirkung zu erreichen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Durchgangsventils anzugeben.

Die gestellte Aufgabe wird, was das Ventil anbelangt, durch das Durchgangsventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Was das Herstellungsverfahren anbelangt, so wird die gestellte Aufgabe durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 21 gelöst.

Es ist ein Vorteil des Durchgangsventils gemäß der Erfindung, daß das Ventilelement und/oder der Ventilsitz aus härteren und verschleißfesteren Materialien hergestellt werden können.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Ventilelement und/oder der Ventilsitz ausgewechselt werden können, ohne die Dichtwirkung gegenüber dem ursprünglichen Ventil zu verschlechtern.

Ein weiterer Vorteil des Durchgangsventils gemäß der Erfindung besteht darin, daß es wirtschaftlich hergestellt und montiert werden kann, ohne daß im Vergleich zu den konventionellen Ventilen mit einstückig angeformten Ventil­ sitzen mit gehärteter Metalloberfläche unzulässig erhöhte Ko­ sten entstünden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nach­ stehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert werden und/oder sind Gegenstand abhängiger Ansprüche. Dabei versteht es sich, daß die nachstehend erläuterten bevorzugten Aus­ führungsformen lediglich als Beispiele dienen sollen und daß die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist. Viel­ mehr stehen dem Fachmann, ausgehend von den Beispielen, zahl­ reiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müßte.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Durchgangsventils ge­ mäß der Erfindung;

Fig. 2 bis Fig. 4 Querschnitte durch den Ventilteil weiterer abgewandelter Ausführungsformen von Venti­ len gemäß der Erfindung und

Fig. 5 eine vergrößerte schematische Darstellung der in Fig. 3 und 4 gezeigten Ventilteile.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 als Ausführungsbeispiel ein Ventil gemäß der Erfindung mit einem Ventilgehäuse 2, in dem eine Kammer 4 vorgesehen ist. Eine Innenwand 6 der Kammer 4 ist mit einem Innengewinde 8 zur Aufnahme einer Kappe (nicht ge­ zeigt) versehen, mit der das im übrigen offene Ende der Kammer 4 verschließbar ist. Das Gehäuse 2 ist ferner mit einer Einlaßleitung 10 und einer Auslaßleitung 12 versehen, um der Kammer ein Fluid zuzuführen bzw. um ein Fluid aus der Kammer 4 abzuführen.

Ein Ventilschaft 16 ragt von der Außenseite des Gehäuses 2 her in die Kammer 4 hinein. An dem in der Kammer 4 befindli­ chen Ende des Ventilschafts 16 ist ein oberes scheibenförmi­ ges Element 14 montiert, welches mit einem Gewinde 18 zur Aufnahme und Halterung eines Gewindeteils eines unteren scheibenförmigen Elements 20 versehen sein kann. Andererseits besteht die Möglichkeit, die scheibenförmigen Elemente 14, 20 als einstückige Einheit auszubilden, was auch häufig der Fall ist. Diese Einheit aus den Elementen 14, 20 wird nachstehend einfach als "Scheibe 22" bzw. als Ventilelement 22 bezeichnet.

Das von dem Ventilschaft 16 abgewandte (untere) Ende 24 der Scheibe 22 ist mit einer ringförmigen konischen bzw. kegel­ stumpfförmigen Fläche 26 versehen, welche gemäß Fig. 1 schräg nach unten und innen geneigt ist.

In der Kammer 4 ist an einer schulterförmigen Fläche 28 ein elastischer Ring 30, vorzugsweise aus flexiblem Graphit, an­ geordnet. Das Graphitmaterial besitzt ein kompressibles Volu­ men und versucht, nach einer Kompression in seinen nicht kom­ primierten Zustand zurückzukehren, wobei diese Elastizität dem Ring 30 eine gewisse Federwirkung verleiht. Ein derar­ tiges flexibles Graphitmaterial wird nachstehend auch als ge­ blähtes Graphit bzw. abgeblättertes Graphit bezeichnet. Es ist im Handel unter dem Warenzeichen GRAFOIL von der Firma Union Carbide, USA, erhältlich. Bei der Herstellung wird im wesentlichen reines, natürliches Graphit gebläht (aufgeblät­ tert) und durch weitere Bearbeitung in feste Teile umgewan­ delt, deren Masse eine erhebliche Kompressibilität auf­ weist. Ein derartiges festes Teil kann, wenn es voll einge­ spannt wird, erheblich komprimiert werden und besitzt dennoch eine "Federelastizität", aufgrund welcher es bei Entlastung wieder nahezu sein ursprüngliches Volumen erreicht. Ferner besitzt das betrachtete Graphitmaterial die thermische und chemische Stabilität von Graphit, was bei Verwendung in Ven­ tilen vorteilhaft ist. Anders als viele typischerweise als elastisch betrachtete Materialien gewinnt flexibles Graphit seine Elastizität nicht durch Deformation seiner Form, wie z. B. O-Ringe aus elastomerem Material, sondern durch Kompressibilität in der Masse bzw. durch Kompression seines Volumens.

An dem elastischen Ring 30 in der Kammer 4 liegt zumindest teilweise ein ringförmiger Sitz 32 an. Bei den Ausführungs­ beispielen gemäß Fig. 1 und 2 ist der Sitz 32 bzw. das sepa­ rate Sitzelement im wesentlichen zylinderförmig und mit einem nach außen abstehenden Flansch 34 versehen, welcher in Ein­ griff mit dem elastischen Ring 30 steht. Bei seiner Kompres­ sion übt der Ring 30 in Fig. 1 und 2 eine nach oben gerich­ tete Vorspannung auf den Flansch 34 und damit auf den Sitz 32 aus. Der Sitz 32 ist ferner mit einer ringförmigen Fläche 35 versehen, die dem Fluiddruck in der Einlaßleitung ausgesetzt ist, wobei das Fluid auf den Sitz eine in Fig. 1 und 2 nach oben gerichtete Kraft ausübt. In Fig. 3 und 4 besitzt der Sitz eine abgewandelte Form und umfaßt einen Ring, der teil­ weise eine zylindrische und teilweise eine konische Gestalt hat, wie dies aus den senkrechten Querschnitten gemäß Fig. 3 bis 5 deutlich wird, wobei eine konische Innenwand 36 und eine konische Außenwand 38 mit zylindrischen Wandbereichen 40, 42 verbunden sind. Die konische Außenwand 38 stützt sich an dem elastischen Ring 30 ab, der im zusammengepreßten Zu­ stand in Fig. 3 bis 5 eine nach oben gerichtete Kraft ausübt und außerdem eine radial nach innen gerichtete Kraft sowie Kräfte, die richtungsmäßig zwischen diesen beiden Kräften liegen. Wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 ist der ringförmige Sitz 32 bei den Ausführungsbeispielen ge­ mäß Fig. 3 und 4 so angeordnet, daß der Fluiddruck in der Einlaßleitung 10 jeweils auf eine ringförmige Fläche 35 ein­ wirkt. Durch diesen Fluiddruck ist der Sitz 32 in Eingriff mit dem Ventilelement bzw. der Scheibe 22 vorgespannt.

Die konische Innenwand 36 des Sitzes 32 besitzt eine konische Oberfläche 44, welche nach innen in Richtung auf die Schei­ benachse A und das ferne Ende 46 des Sitzes geneigt ist. Die konische Oberfläche 44 ist komplementär zu der ringförmigen konischen Oberfläche 26 der Scheibe 22 und kann mit dieser in Eingriff stehen.

Wie Fig. 1 zeigt, ist in der Kammer 4 beispielsweise mittels eines Gewindes 54 ein Sicherungsring 50 befestigt, der in Eingriff mit dem ringförmigen Sitz 32 bringbar ist, um dessen Bewegung in Scheibeneingriffsrichtung zu begrenzen. Wie Fig. 1 zeigt, kann der Sicherungsring 50 ein im wesentlichen zy­ linderförmiger, ringförmiger Ring 50a sein. Der Sicherungs­ ring 50a ist mit einer ringförmigen Fläche 56 versehen, an der sich eine Fläche 58 des ringförmigen Sitzes 32 abstützen kann, um die Bewegung des letzteren zu beenden.

Andererseits kann die Ventilkammer 4 für das Einschrauben eines mit einem Gewinde versehenen Sicherungsringes 50b ausgebildet sein (Fig. 2), welcher, wie in Fig. 1 gezeigt, von der Sitzfläche 58 erfaßt werden kann oder, wie in Fig. 2 gezeigt, von einer Oberfläche 60 des Sitzflansches 34. Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 4 gezeigt ist, kann der Sicherungsring 50d in einer Nut 64 in der Innenwand 6 der Kammer 4 gehaltert sein, wobei der Ring 50d aus der Nut 64 nach innen in die Kammer 4 vorsteht. Wenn das Auswechseln des Sitzes 32 keine Rolle spielt, kann der Sicherungsring 50c; wie in Fig. 3 gezeigt, durch Punkt­ schweißungen 62 gesichert werden. Bei allen gezeigten Aus­ führungsbeispielen dient der Sicherungsring 50 dazu, die Be­ wegung des Sitzes 32 in Scheibeneingriffsrichtung zu begren­ zen.

Es ist also ein Sitz vorgesehen, welcher durch den in Strö­ mungsrichtung wirksamen Fluiddruck und die Elastizität des Ringes 30 gegen die Ventilscheibe 22 vorgespannt ist. Daher bleibt der Sitz selbst dann in dichtendem Kontakt mit der Scheibe 22, wenn ein mäßiger Verlust der durch den Schaft 16 ausgeübten Kraft eintritt, beispielsweise aufgrund einer tem­ peraturbedingten Kontraktion oder eines Spannungsabbaus im Schaft. Es hat sich gezeigt, daß in der Praxis der in Strö­ mungsrichtung wirksame Fluiddruck an der ringförmigen Sitz­ fläche 35 für eine gute Dichtungsleistung sorgt, selbst wenn die Elastizität des Ringes 30 durch Überlastung oder der­ gleichen verlorengegangen ist.

Außer daß er durch den elastischen Ring 30 unter einer elastischen Vorspannung gehalten wird, kann der Ring 32, aufgrund der Tatsache, daß er separat vom Ventilgehäuse 2 hergestellt wird, aus einem härteren, korrosionsfesteren Material hergestellt werden als ein einstückig mit dem Ventilgehäuse ausgebildeter Sitz. Beispielsweise kann ein separat und unabhängig von dem Ventilgehäuse als Einsatz hergestellter Sitz aus harten Materialien, wie z. B. Stellit Nr. 3, hergestellt werden, welches wesentlich härter ist als Stellit Nr. 21, welches typischerweise für einstückig angeformte Sitze verwendet wird. Das härtere Material ist spröder und zur Verwendung für einen integrierten Sitz praktisch nicht brauchbar. Das Herstellen eines in das Ventilgehäuse integrierten Sitzes erfordert üblicherweise einen Schweißprozeß, und harte, spröde Materialien, wie z. B. Stellit Nr. 3, haben die Tendenz, beim Schweißen zu springen bzw. zu reißen.

Bei dem in Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Sitzes ist der Sitz 32 ein relativ dünnwandiger Einsatz, der eine verbesserte radiale Flexibilität besitzt. Bei dieser Ausgestaltung ist, wie in Fig. 4 gezeigt, der elastische Graphitring 30 konzentrisch zu einem 60°-Winkel bezüglich der Achse A der Scheibe 22 angeordnet. Diese Ausgestaltung erleichtert die Übertragung der auf den Sitz einwirkenden Kräfte, die durch die Scheibenoberfläche 26 erzeugt werden, die sich an der Sitzoberfläche 44 abstützt, über den Sitz 32 und den elastischen Ring 30 auf das Ventilgehäuse 2. Der in Fig. 3 und 4 gezeigte Sitz, der dünner ausgebildet ist, d. h. eine geringere Wandstärke W3 aufweist (vgl. Fig. 5), beeinträchtigt eine Fluidströmung durch das Ventil weniger stark als die Sitzkonstruktion gemäß Fig. 1 und 2, die den (freien) Innendurchmesser am Ventileinlaß erheblich reduziert.

Der Sitz 32 ist insofern im wesentlichen "druckneutral", als die Kraft F (Fig. 5), die bei geschlossenem Ventil von der Scheibenfläche 26 auf die Sitzfläche 44 ausgeübt wird, im wesentlichen gleich der Kraft G ist, die von dem Ring 30 auf die Sitzoberfläche 38 ausgeübt wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Sitz 32 und der Ring 22 derart ausgebildet sind, daß nahezu ein Ausgleich der radialen Drücke und Kräfte erfolgt, d. h. derart, daß die von der Scheibe 22 auf den Sitz 32 ausgeübte Kraft annähernd die Reaktions-Druckkraft des komprimierten, flexiblen Graphitringes 30 ausgleicht, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Dabei sind die innere und die äußere konische Wand 36, 38 im konischen Teil des Sitzes 32 bei einer Wandstärke W1 zwischen diesen Flächen konzentrisch ausgebildet.

Der zylindrische Teil 40 des Sitzes 32 besitzt eine Innenfläche 70 und eine dazu konzentrische Außenfläche 72, wobei diese beiden Flächen über die Sitzfläche 35 miteinander verbunden und durch die Wandstärke W3 voneinander getrennt sind und wobei der in Fig. 5 obere zylindrische Teil 42 eine obere Wandfläche 74 und eine untere Wandfläche 76 aufweist, die durch eine zylindrische Fläche 78 miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Wandflächen 74 und 76 eine Wandstärke W2 vorhanden ist. Die konische Fläche 26 des Ringes 22 besitzt einen Öffnungswinkel alpha. Wenn das Ventil geschlossen ist, liegt die konische Fläche 26 flächenhaft an der konischen Fläche 44 des Sitzes 32 an, wobei sich die Mantellinien der konischen Flächen 26, 44 auf einer Länge C berühren.

Bei der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung ist die Höhe H des Ringes 30 geteilt durch die Dicke T des Ringes 30 gleich 1/tan (alpha/2); es gilt also:

H/T = 1/tan (alpha/2).

Bei einem Winkel alpha von 60° gilt für das Verhältnis H/T der Wert 1,73.

Weiterhin sind die Werte W1, W2 und W3 jeweils vorzugsweise nicht größer als C, was bedeutet, daß jede der Höhen- bzw. Dickenabmessungen des Sitzes 32 gleich oder kleiner ist als die Kontaktbereichslänge C.

Im Betrieb wird ein Handgriff, ein Handrad oder dergleichen (nicht gezeigt), welches am oberen Ende des Ventilschaftes 16 befestigt ist, betätigt, um eine axiale Bewegung des Schaftes 16 und damit der Scheibe 22 herbeizuführen. In der geöffneten Stellung ist die Scheibe 22 von dem Sitz 32 abgehoben, so daß eine Fluidströmung von der Einlaßleitung 10 durch die Ventilkammer 4 zu der Auslaßleitung 12 fließen kann. Wenn die Fluidströmung durch das Ventil unterbrochen werden soll, wird das betreffende Betätigungselement so betätigt, daß sich der Schaft 16 axial nach innen in die Ventilkammer 4 bewegt und dabei die Scheibe 22 gegen den Sitz 32 bewegt, bis die Fläche 26 der Scheibe fest an der Sitzoberfläche 44 anliegt. Ein weiteres Zudrehen bzw. Schließen des Ventils führt zu einer Kompression des Ringes 30. Die von dem Schaft 16 nach unten ausgeübte Kraft ist im wesentlichen gleich der Summe von Fluiddruck am Sitz und Druckkraft des elastischen Ringes, der in seinen nicht komprimierten Zustand zurückkehren möchte. Wenn nun bei geschlossenem Ventil eine thermische Kontraktion des Schaftes 16 eintritt, die ausreicht, um die Scheibe 22 gegenüber dem Sitz 32 nach oben zu bewegen, bewegt der sich in seinen nicht komprimierten Zustand ausdehnende Ring 30 den Sitz 32 zusammen mit der Scheibe 22, so daß keine Strömung durch das Ventil eintritt. Der Sitz 32 ist so weit bewegbar, bis er den Sicherungsring 50 erfaßt, der dann eine weitere Bewegung des Sitzes verhindert. Bei Eintreten dieser Bedingung hat der Ring 30 die Gestalt zurückgewonnen, die er vor dem Schließen des Ventils hatte.

Obwohl der Sitz 32 aufgrund seiner separaten Herstellung langlebiger sein kann als einstückig angeformte Sitze, kann dennoch nach einer gewissen Zeit eine Auswechslung erforderlich sein. Statt nun das gesamte Ventil auszuwechseln, wird die Scheibenanordnung mit dem Schaft 16 und der Scheibe 22 ausgebaut, und der Sicherungsring 50, der Sitz 32 und der elastische Ring 30 werden entfernt und ersetzt. Selbst wenn man sich Mühe gibt, die neuen Bauteile mit denselben Abmessungen genau in denselben Positionen einzubauen wie die alten Bauteile, ergeben sich unvermeidlich geringe Differenzen. Bei typischen Austauschsystemen können solche kleinen Unterschiede zu einer Verschlechterung der Abdichtwirkung führen. Bei dem betrachteten erfindungsgemäßen Ventil sorgt jedoch die "lebendige Vorspannung" des elastischen Ringes 30 in Verbindung mit der Beweglichkeit bzw. der schwimmenden Montage des Sitzes 32 in der Kammer 4 bezüglich der Anordnung der Elemente der Dichtungsanordnung für solche Toleranzen, daß eine sichere und vollständige Abdichtung trotz Abweichungen in den Abmessungen und in der Positionierung um einige Tausendstel Zentimeter (Zoll) erreicht werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wurde die Möglichkeit einer Auswechslung nicht in Betracht gezogen, könnte jedoch durch maschinelles Entfernen der Schweißpunkte 62 in der Ventilkammer durchgeführt werden.

Das vorstehend beschriebene Ventil kann auf folgende Weise hergestellt werden: Es wird ein Ventilgehäuse mit einer Einlaßleitung, einer Ventilkammer und einer Auslaßleitung bereitgestellt, wobei in der Ventilkammer eine stufenförmige Oberfläche vorgesehen wird; auf der stufenförmigen Oberfläche wird ein elastischer Ring angeordnet; ein ringförmiger Sitz wird auf dem elastischen Ring derart angeordnet, daß er die Innenwand der Kammer, bezogen auf die Strömungsrichtung eines Fluids durch das Ventil, stromaufwärts und stromabwärts von dem elastischen Ring berührt, wobei der Sitz eine ringförmige, konische Oberfläche aufweist, die von ihrem stromaufwärts gelegenen Ende in Richtung auf ihr stromabwärts gelegenes Ende schräg nach außen geneigt ist und wobei der Sitz eine der Einlaßleitung zugewandte freie Oberfläche aufweist; auf den Sitz und damit auf den elastischen Ring wird eine Kraft ausgeübt, um den Sitz in Richtung auf das stromaufwärts gelegene Ende der Kammer zu bewegen und den elastischen Ring zusammenzudrücken; auf der stromabwärts gelegenen Seite des Sitzes wird in der Kammer ein Sicherungsring in einem ausreichenden Abstand von dem Sitz angebracht, um dem elastischen Ring eine Entspannung in seinen im wesentlichen nicht zusammengedrückten Zustand zu gestatten, ehe der Sitz in Eingriff mit dem Sicherungsring gelangt; in ein offenes Ende der Kammer wird ein Ventilschaft mit einer Scheibe eingesetzt, die eine konische Fläche aufweist, die in Kontakt mit der konischen Fläche des ringförmigen Sitzes bringbar ist; und das offene Ende der Kammer wird verschlossen.

Beim Zusammenbau des Ventils kann das Ausüben einer Kraft auf den Sitz zum Bewegen desselben in Richtung auf das stromaufwärts gelegene Ende der Kammer und zum Komprimieren des elastischen Ringes mit Hilfe eines Vorspannwerkzeugs (nicht gezeigt) erfolgen, welches einfach zum Niederhalten des Sitzes dient, während der Sicherungsring in der Kammer stromabwärts von dem Sitz befestigt wird. Durch Anbringen des Sicherungsringes in einer Position, in der keine vollständige Entspannung des elastischen Ringes ermöglicht wird, wird gewährleistet, daß der elastische Ring stets unter einer gewissen Vorspannung steht, selbst nachdem der Sitz in Kontakt mit dem seine Bewegung begrenzenden Sicherungsring gelangt ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß hier lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele erläutert wurden und daß dem Fachmann, ausgehend von diesen Ausführungsbeispielen, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müßte.

Claims (24)

1. Durchgangsventil mit einem eine Ventilkammer definieren­ den Ventilgehäuse, mit einem in die Kammer hineinragenden Ventilschaft, mit einem in der Kammer an einem Ende des Ventilschafts befestigten Ventilelement und mit einem in der Kammer vorgesehenen Ventilsitz, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
Der Ventilsitz ist als separater ringförmiger Sitz (32) beweglich in der Ventilkammer (4) angeordnet;
angrenzend an den Ventilsitz (32) ist ein zusammenge­ drückter, elastischer Ring (30) angeordnet, durch den der Ventilsitz (32) federnd gegen das Ventilelement (22) vor­ spannbar ist; und
in der Kammer (4) ist ein nach innen über die Innenwand derselben vorstehendes starres, metallisches Sicherungs­ element (50) auf der von dem elastischen Ring (30) abge­ wandten Seite des Sitzes (32) fest angeordnet.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Sitz (32) eine Oberfläche (35) aufweist, die dem Druck eines dem Ventil zugeführten Fluids ausgesetzt ist, derart, daß der ringförmige Sitz (32) durch den Fluiddruck mit einer in Richtung auf das Ventilelement wirkenden Kraft beaufschlagbar ist.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (22) zum Schließen des Ventils zum Erfassen des ringförmigen Sitzes (32) und zum Öffnen des Ventils zum Abheben von dem ringförmigen Sitz (32) betätigbar ist und daß die Bewegung des Ventilelements (22) zum Öffnen des zuvor geschlossenen Ventils derart von einer Bewegung des ringförmigen Sitzes (32) begleitet ist, daß das Ventil geschlossen bleibt, bis der ringförmige Sitz (32) das Sicherungselement (50) erfaßt, wobei die Bewegung des ringförmigen Sitzes (32) zumindest teilweise durch den elastischen Ring (30) herbeiführbar ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (22) einen konischen Bereich (26) aufweist, dessen Oberfläche schräg nach innen in Richtung auf die Achse und das innere Ende des Ventilelements (22) geneigt ist und daß der ringförmige Sitz (32) einen schrägen In­ nenflächenbereich (36) zur Aufnahme des konischen Be­ reichs (26) aufweist, derart, daß die genannten Bereiche (26, 36) dichtend in Eingriff miteinander bringbar sind, wobei die von dem Ventilelement (22) auf den ringförmigen Sitz (32) übertragene Kraft von dem Sitz (32) auf das Ventilgehäuse (2) übertragbar ist.

5. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (30) aus einem flexiblen Graphitmaterial besteht.

6. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Bereiche (26, 36) des Ventilelements (22) und des ringförmigen Sitzes (32) derart ausgebildet sind, daß die auf den ringförmigen Sitz (32) ausgeübte Kraft unter einem Winkel von etwa 60° bezogen auf die Achse des Ventilelements (22) von dem ringförmigen Sitz (32) auf das Ventilgehäuse (2) übertragbar ist.

7. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement einen Sicherungsring (50) umfaßt, der an der Innenwand der Ventilkammer (4) in einer solchen Position befestigt ist, daß er durch den ringförmigen Sitz (32) erfaßbar ist und einen Anschlag für denselben bildet.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (50) in seiner Position in der Ventilkam­ mer (4) durch Schweißen unbeweglich festgelegt ist.

9. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (50) in einer Nut an der Innenwand der Ventilkammer (4) festgelegt ist und über die Nut nach in­ nen in die Ventilkammer (4) vorsteht.

10. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (50) einen Kragen aufweist, der mittels einer Schraubverbindung an der Innenwand der Ventilkammer (4) befestigt ist.

11. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Fluiddruck ausgesetzte Fläche (35) des ringförmigen Sitzes (32) eine senkrecht zur Richtung der Fluidströmung verlaufende ringförmige Fläche (35) ist.

12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der ringförmige Sitz (32) aus einem der folgenden Materialien hergestellt ist: Stellit Nr. 3, Keramikmaterial.

13. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Sicherungselement (50) und dem ring­ förmigen Sitz (32) geringer ist als derjenige Abstand, der erforderlich wäre, um eine vollständige Entspannung des elastischen Ringes (30) in den vollständig unbelaste­ ten Zustand zu ermöglichen.

14. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Oberflächenbereich des Ventilelements (22) und ein konischer ,Oberflächenbereich des ringförmigen Sitzes (32) komplementär zueinander ausgebildet sind.

15. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Sitz (32) einen konischen und einen zylindri­ schen Bereich aufweist, wobei der konische Bereich eine konische Innenfläche (36) und eine konische Außenfläche (38) besitzt.

16. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Sitz (32) eine konische Innenfläche (36) und eine dazu konzentrische konische Außenfläche (38) auf­ weist und zylindrische Bereiche (40, 44) zu beiden Seiten des konischen Bereichs, die bezüglich des elastischen Ringes (30) stromaufwärts bzw. stromabwärts desselben an­ geordnet sind.

17. Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) des elastischen Ringes (30) etwa das 1,73-fache der Dicke (T) desselben in radialer Richtung beträgt.

18. Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (30) eine axiale Höhe (H) und eine radia­ le Dicke (T) aufweist, daß der konische Teil des Ventil­ elements (22) einen Öffnungswinkel alpha definiert und daß folgende Beziehung gilt: H/T = 1/tan (alpha/2).

19. Ventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander konzentrischen konischen Flächen (36, 38) des ringförmigen Sitzes (32) einen senkrechten Abstand (W1) voneinander aufweisen und daß der konische Teil des Ventilelements (22) die innere konische Fläche (36) längs Mantellinien mit einer Länge (C) erfaßt, wobei W1 nicht größer ist als C.

20. Ventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß W1 kleiner ist als C.

21. Verfahren zum Herstellen eines Durchgangsventils, insbe­ sondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Es wird ein Ventilgehäuse mit einer Einlaßleitung, einer Ventilkammer und einer Auslaß­ leitung bereitgestellt, wobei in der Ventilkammer eine stufenförmige Oberfläche vorgesehen ist;
ein elastischer Ring wird auf der stufenförmigen Ober­ fläche angeordnet;
es wird ein separater ringförmiger Ventilsitz aus einem harten erosionsbeständigen Material bereitgestellt;
der ringförmige Ventilsitz wird derart auf dem elasti­ schen Ring angeordnet, daß der Sitz eine Innenwand der Kammer sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts von dem elastischen Ring berührt, wobei der Ventilsitz eine ring­ förmige konische Oberfläche aufweist, die sich in Strö­ mungsrichtung eines durch das Ventil fließenden Mediums, ausgehend von einem stromaufwärts gelegenen Bereich, in Richtung auf einen stromabwärts gelegenen Bereich schräg nach außen erweitert, und wobei der Ventilsitz eine be­ züglich der Einlaßleitung freiliegende Oberfläche auf­ weist;
auf den Ventilsitz und damit auf den elastischen Ring wird eine Kraft ausgeübt, um den Ventilsitz in Richtung auf das stromaufwärts gelegene Ende der Ventilkammer zu bewegen und den elastischen Ring zusammenzudrücken;
in der Kammer wird in einem solchen Abstand von dem Ven­ tilsitz, der ausreicht, um den elastischen Ring von einem zusammengepreßten Zustand in erheblichem Umfang in seinen nicht zusammengepreßten Zustand zurückkehren zu lassen, ein Sicherungselement befestigt, ehe sich der Ventilsitz in Eingriff mit diesem Sicherungsring bewegt;
durch ein offenes Ende der Ventilkammer wird ein Ventil­ schaft mit einem Ventilelement in die Kammer eingeführt, wobei das Ventilelement eine ringförmige konische Ober­ fläche aufweist, die in Eingriff mit der ringförmigen konischen Oberfläche des Sitzes bringbar ist; und das offene Ende der Kammer wird geschlossen.

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der Ring aus einem flexiblen Graphitmaterial hergestellt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die ringförmige ko­ nische Oberfläche des Sitzes und die ringförmige konische Oberfläche des Ventilelements komplementär zueinander ausgebildet sind.

24. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der ringförmige Sitz in Querrichtung teilweise konisch und teilweise zylin­ drisch ausgebildet ist und innere und äußere zueinander konzentrische konische Oberflächen aufweist, wobei nach außen gewandte zylindrische Oberflächen des Ventilsitzes stromaufwärts und stromabwärts des elastischen Ringes in Kontakt mit der Innenwand der Ventilkammer stehen.