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Gegenstand der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung für ein Klappenventil mit Tellersitz.
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Diese
Erfindung betrifft ebenfalls das besagte Klappenventil mit Tellersitz,
das mit der besagten Dichtungsvorrichtung ausgestattet ist.
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Der
Anwendungsbereich der Erfindung ist der der Tiefsttemperaturen und/oder
sehr hohen Drücke.
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Stand der Technik
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Im
Bereich der Klappenventile ist es bekannt, dass bei einer Abdichtung
durch ebenen Kontakt die Stelle der Auftriebspunkte oder hydraulischer
Querschnitt, bei dem die Trennung zwischen dem Bereich vor und nach
der Dichtung erfolgt, bei jedem beliebigen Wert des Durchmessers
des Kontaktquerschnitts liegen kann.
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Für Anwendungen
bei Tiefsttemperaturen und sehr hohen Drücken (zum Beispiel 200 bar),
die eine kalibrierte und festgelegte Leckhöhe aufweisen müssen, muss
der Kontaktquerschnitt genau bekannt sein, da er auf das Kräftegleichgewicht
für die Betätigung des
Ventils wirkt.
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Eine
allgemein verwendete Dichtungsart ist die sogenannte Lamellendichtung.
Es handelt sich um eine Dichtung, die einen stark reduzierten Kontaktbereich
mit Aussparung aufweist. Jedoch ist die Lamellendichtung nicht mit
den obenstehend erwähnten
Anwendungen kompatibel, da sie sich als brüchig erweisen kann und bei
extremen Bedingungen bricht.
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Ein
anderer entwickelter Dichtungstyp ist eine Dichtung aus einem massiven
Teil aus Polymer, PCTFE oder ähnlich,
mit einer konischen Dichtfläche,
die einen Kranz geringer Breite erzeugen soll. Jedoch kommt es beim
Anziehen dieser Dichtung zu einer Verformung oder gar zum Abheben
der Dichtung, wodurch sich die Dichtzone verschiebt.
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Das
amerikanische Patent US-A-3 086 550 beschreibt ein Klappenventil
für eine Ölbohrpumpe, das
speziell für
einen Betrieb bei hohem Druck (bis 3000 psi oder 200 bar) und schwierigen
Bedingungen (Medium mit Schlamm, Steinen usw.) vorgesehen ist. Der
Klappenkopf endet in einer Lagerschale mit der gleichen Form wie
der Ventilsitz, der nur an seinem Umfang befestigt ist und unter
Druck gesetzt werden kann, da er mit einer Druckkammer in der Klappe
verbunden ist. Diese Lagerschale umfasst einen elastischen Bereich,
die aus einem Material wie Gummi oder Kunststoff gebildet wird und
durch ein Netz von gekreuzten Stahldrähten, die eventuell mit Nylon überzogen
sind, verstärkt
wird.
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Ziele der Erfindung
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Diese
Erfindung hat die Aufgabe, einen neuen Typ von Dichtungsvorrichtung
für eine
Konfiguration eines Klappenventils mit Tellersitz zu liefern, das eine
sehr genaue Positionierung des Abdichtungsdurchmessers garantieren
kann.
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Diese
Erfindung hat ebenfalls die Aufgabe, eine Vorrichtung zu liefern,
die es bei einer sehr genauen Positionierung des Abdichtungsdurchmessers ermöglicht,
eine kalibrierte und festgelegte Leckhöhe zu erhalten.
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Ein
zusätzlicher
Zweck der Erfindung ist es, eine Dichtung für eine Konfiguration eines
Klappenventils mit Tellersitz zu liefern, die bei sehr hohen Drücken und/oder
bei Tiefsttemperaturen verwendet werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung für ein Klappenventil mit Tellersitz, das
einen hinteren Dichtungshalter mit konischer Aussparung und eine
Dichtung umfasst, wobei diese Dichtung eine hintere ebene Fläche mit
einer konischen Aussparung, die der Oberfläche des hinteren Halters entspricht,
aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen dem Aussparungskegel
und dem ebenen Bereich der besagten Dichtung kleiner ist als der
Winkel zwischen dem Aussparungskegel des besagten hinteren Halters
und der ebenen Oberfläche des
besagten hinteren Halters.
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Vorzugsweise
ist der Winkel des Kegels der besagten Dichtung wenigstens um 3
Grad kleiner als der Winkel des besagten hinteren Halters und auf vorteilhafte
Weise beträgt
der Winkel des Kegels der besagten Dichtung ungefähr 20 Grad,
während
der Winkel des besagten hinteren Halters etwa 25 Grad beträgt.
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Auf
vorteilhafte Weise ist die besagte Dichtung ein massives Polymerteil,
vorzugsweise aus PCTFE.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Dichtung eine
Dichtfläche
auf, die mit der Oberfläche
des Tellersitzes einen Winkel von wenigen Grad, vorzugsweise weniger
als 5 Grad, bildet.
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Vorzugsweise
weist der Dichtbereich am Umfang zwischen der Dichtung und dem Sitz
in der Schließstellung
der Klappe eine Breite von einigen Millimetern, vorzugsweise von
weniger als 1 mm, auf.
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Diese
Erfindung betrifft ebenfalls ein Klappenventil mit Tellersitz, das
eine Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung
umfasst.
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Ein
letzter Gegenstand dieser Erfindung ist die Verwendung einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung
für ein
Klappenventil mit Tellersitz, das bei Tiefsttemperaturen und/oder
bei sehr hohen Drücken betrieben
wird.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt
eine Schnittansicht der Dichtung einer Ventilklappe nach dem Stand
der Technik, eine sogenannte Lamellendichtung.
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2 zeigt
eine Schnittansicht einer konischen Klappendichtung mit Aussparung
für ein
Ventil nach dem Stand der Technik.
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3 zeigt
eine Schnittansicht eines Details der Dichtungsvorrichtung für Ventile
gemäß dieser Erfindung.
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4 zeigt
eine Schnittansicht einer Dichtung, die in der in 3 gezeigten
Dichtungsvorrichtung vorhanden ist und die beim Schließen der
Ventilklappe zusammengedrückt
wird.
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Beschreibung mehrerer
Ausführungen
nach dem Stand der Technik
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1 zeigt
ein Klappenventil 1 mit Tellersitz 2 nach dem
Stand der Technik, in geöffneter
Stellung. Die Dichtungsvorrichtung wird durch die Klappe 3 gebildet
und umfasst eine Dichtung 10, eine sogenannte Lamellendichtung,
die sich beim Schließen
des besagten Ventils an einen relativ kleinen Kontaktbereich 20 auf
dem Tellersitz anlegt.
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Nichtsdestotrotz
eignet sich die Verwendung dieses Typs von Dichtung nicht für die Anwendungen,
um die es in diesem Patentantrag geht, d.h. die Verwendung bei hohen
Drücken
oder Tiefsttemperaturen.
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2 zeigt
ein Klappenventil 1 mit einer Dichtungsvorrichtung, ebenfalls
in geöffneter
Stellung. Die Dichtungsvorrichtung besitzt eine Kegeldichtung 10,
die den wesentlichen Nachteil hat, dass sie beim Schließen der
Ventilklappe dazu neigt, sich zu verformen und sich sogar abzuheben,
was für
die Präzision
der Dichtzone nachteilig ist.
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Detaillierte Beschreibung
einer Ausgestaltung dieser Erfindung
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Eine
Dichtungsvorrichtung gemäß der bevorzugten
Ausgestaltung dieser Erfindung ist in 3 dargestellt.
Diese Dichtungsvorrichtung 3 bildet die Klappe eines Klappenventils
mit Tellersitz, durch den Bereich 2 dargestellt. Die Dichtungsvorrichtung
umfasst ein zentrales Halteteil 4, eine Dichtung 10 und einen
hinteren Dichtungshalter 5.
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Es
ist zu beobachten, dass die besagte Dichtung 10 eine Dichtseite 11 aufweist,
die mit der Oberfläche 2 des
Tellersitzes, an den sich die besagte Dichtung anlegt, einen Winkel α3 von einigen
Grad bildet. Dieser Winkel ist vorzugsweise kleiner als 5 Grad,
und in dem in der Abbildung dargestellten Beispiel beträgt er ca.
1,5 Grad. Die Dichtung weist daher eine leicht kegelförmige Dichtfläche 11 auf.
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Gemäß einer
wichtigen Eigenschaft dieser Erfindung weist die Dichtung 10 eine
hintere ebene Fläche 14 mit
einer konischen Aussparung 16 auf, um sich, an den hinteren
Halter 5 anpassen zu können,
der ebenfalls eine ebene Kontaktfläche 14' mit einer konischen Aussparung 13 aufweist.
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Gemäß einer
Eigenschaft dieser Erfindung ist der Winkel α1 zwischen dem Aussparungskegel 16 der
besagten Dichtung 10 und dem ebenen Bereich 14 der
hinteren Fläche
der besagten Dichtung kleiner ist als der Winkel α2 zwischen
dem Aussparungskegel 13 des besagten hinteren Halters und
der besagten ebenen Oberfläche 14'.
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Das
bedeutet, dass die Dichtung 10 beim Schließen des
Ventils den Leerraum 13, der im hinteren Halter 5 erzeugt
wird, ausfüllt.
Das führt
zu einer Bewegung der gesamten Dichtung 10, die weiter
in die Tiefe streben wird und daher eine Dichtfläche 11 aufweisen wird,
die noch mehr konkav ist, wie in 4 dargestellt.
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In
der Praxis geht der Vorgang der Abdichtung eines Klappenventils
mit Tellersitz folgendermaßen
vor sich:
- – beim
Schließen
der Ventilklappe wird die Dichtung 10 zwischen einem zentralen
Halteteil 4, dem Tellersitz 2 der Klappe und dem
hinteren Halter 5 festgeklemmt.
- – in
der Schließendstellung
passt sich die konische Fläche 11 der
Dichtung 10 durch konvexe Verformung an die konische Fläche des
hinteren Halters an,
- – die
Verformung der Dichtung 10 wirkt sich auf die Kontaktfläche 11 der
besagten Dichtung mit dem Sitz aus, wobei die besagte Fläche 11 die Form
eines ebenen peripheren Kranzes geringer Breite und mit genau bekanntem
und in Abhängigkeit
von den Nutzungsbedingungen stabilem mittleren Durchmesser annimmt.
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Das
Design der Dichtung 10 und ihres hinteren Halters 5 sieht
absichtlich keinen Kontakt am hinteren Kegel 16 der Dichtung
vor, wohl aber eine genaue Anpassung an den „äußeren Durchmesser" 15, so
dass die Verformung der Dichtung kanalisiert werden kann. Die Dichtung
ist so konstruiert, dass sie sich verformen kann und diese Verformung
wird durch die Anpassung der jeweiligen Durchmesser und die Schließbedingungen
gesteuert. Der hintere Halter 5 hält die Dichtung 10 so
auf dem Umfang.
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Der
Kontakt zwischen Dichtung und Halter erfolgt daher durch einen differenzierten
Winkel. Der hintere Halter 5 weist einen Winkel α2 auf, der
weiter offen ist als der Aussparungswinkel α1 der Dichtung 10,
mit einem ausgesparten Boden 14. Beim Schließen passt
sich die Dichtung 10 daher genau an ihren Halter 5 an,
indem sie sich in die Tiefe zieht.
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Das
neue Konzept nach der Erfindung umfasst auch die Definition einer
ausreichend massiven Dichtung, um die mechanische Festigkeit und
eine einfache Bearbeitung sicherzustellen und gleichzeitig einen
dünnen
Kranz herzustellen, um die Dichtzone genau zu lokalisieren.