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Technisches Gebiet
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Eine
neue Hochtemperatur-Ventilbaugruppe wird offenbart, und im Spezielleren
wird eine Ventilbaugruppe mit einem aus mehreren Bauteilen bestehenden
Ventilstopfen beschrieben, der aufgrund der Verwendung mehrerer
Materialien bei seinem Aufbau verschiedene Wärmedehnungsraten in der axialen
und radialen Richtung bereitstellt. In einer Ausführungsform
können
die axialen Wärmedehnungsraten
beim Ventilstopfen, zusätzlich
zu Differenzen von Wärmedehnungsraten
in der axialen und radialen Richtung, auch am proximalen und distalen
Ende des Ventilstopfens unterschiedlich sein.
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Hintergrund des verwandten
Stands der Technik
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Ventile
werden für
gewöhnlich
dazu verwendet, die Strömungseigenschaften
eines flüssigen oder
gasförmigen
Mediums zu regeln. Ein herkömmliches
Ventil, wie es zum Beispiel in der
US
2,427,439 dargestellt ist, umfasst einen Ventilkörper, der
einen Einlass, einen Auslass und einen Strömungsweg für flüssiges oder gasförmiges Medium
bildet, der zwischen dem Einlass und dem Auslass verläuft. Ein Drosselelement
wie etwa ein Stopfen ist in dem Weg angeordnet, um die Strömung flüssigen oder
gasförmigen
Mediums zu regeln. Ein Schaft verbindet den Ventilstopfen mit einem
Stellglied, das den Ventilstopfen in den Strömungsweg und aus diesem heraus
bewegt. Ein herkömmliches
Ventil kann einen Korb umfassen, der sich quer über den Strömungsweg für flüssiges oder gasförmiges Medium
erstreckt und in sich ausgebildete Mündungen oder Öffnungen besitzt.
Der Stopfen hat eine Außenfläche, die
so bemessen ist, dass sie sich an eine zylindrische Innenwand des
Korbs anlegt. Im Ergebnis ist der Stopfen im Inneren des Korbs zwischen
einer geschlossenen Position, in welcher der Stopfen die Öffnungen
verschließt,
und einer offenen Position verschiebbar, in welcher der Stopfen
zumindest einen Teil der Öffnungen
frei lässt.
Der Stopfen kann auch zwischen einer vollständig offenen und einer vollständig geschlossenen
Position angeordnet sein, um die Strömungsgeschwindigkeit von flüssigem oder
gasförmigem
Medium durch den Korb zu regeln. In einer vollständig offenen Position kann
das nachgeordnete oder proximale Ende des Ventilstopfens in einer
Halterung aufgenommen sein, die ein Teil des Korbsystems, der Kappe
oder des Ventilkörpers
sein kann.
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Um
einen dichten Verschluss zwischen dem Stopfen und dem Korb zu bewirken,
kann ein Sitzring am vorgeordneten Ende oder Einlassende des Korbs angeordnet
sein. Der Sitzring stellt eine Befestigungsfläche für einen Ventilsitz bereit,
der an einem distalen Ende oder vorgeordneten Ende des Ventilstopfens
angeordnet ist. Die Kombination des Ventilsitzes am Ventilstopfen
und die Befestigungsfläche am
Sitzring bilden das, was als Passeinsatz für das Ventil bekannt ist.
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Um
auf ähnliche
Weise einen dichten Verschluss zwischen dem proximalen oder vorgeordneten
Ende des Ventilstopfens und dem Korbhalter zu bewirken, umfasst
das proximale Ende des Ventilstopfens typischerweise irgendeine
Art von Sitz oder Fläche,
um den Korbhalter in Eingriff zu nehmen.
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Für Ventile,
die in Hochtemperaturarbeitsabläufen
verwendet werden, z. B. bei der Übertragung überhitzten
Dampfs, können
der Sitz des Ventilstopfens und der Sitzring, der am vorgeordneten
Ende des Korbs angeordnet ist, wegen der Unfähigkeit von Polymerdichtungen,
solchen hohen Temperaturen standzuhalten, aus Metall hergestellt
sein. Darüber hinaus
sind typischerweise der Ventilkörper,
der Korb und der Stopfenkörper
oder das Distanzrohr des Stopfens auch aus Metall wie etwa legiertem
Stahl und rostfreiem Stahl hergestellt.
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Ein
Problem, das mit solchen Hochtemperaturventilen zusammenhängt, bezieht
sich auf die Wärmedehnung
der verschiedenen Teile, wenn die Ventile bei hohen Betriebstemperaturen
verwendet werden. Typischerweise haben die Materialien, die zum
Aufbau des Ventilkörpers
verwendet werden, wie etwa ein legierter Stahl, nicht dieselbe Wärmedehnungsrate
wie sie die Einsatzteile, d. h. der Stopfenkörper, die Sitzringe, der Korb
und der Sitzring haben, die aus anderen legierten Stählen und
rostfreien Stählen
hergestellt sein können.
Somit verändern sich,
wenn eine Ventilbaugruppe aus Metall bei hohen Temperaturen arbeitet,
die kritischen Maße
der verschiedenen Bestandteile, und es kann sein, dass das Ventil
sich nicht öffnen
und nicht richtig abdichten oder nicht richtig drosseln kann. Im
Ergebnis funktioniert das Ventil nicht gut, und der Ventilschaft
kann für vorzeitigen
Bruch und/oder andere Ausfälle
anfällig sein.
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Eine
Lösung
für dieses
Wärmedehnungsproblem
würde darin
bestehen, alle Bestandteile aus demselben Material herzustellen.
Allerdings ist für größere Ventile,
die bei über
1000°F arbeiten,
solch eine Vorgehensweise praktisch nicht umsetzbar. Zur Korrosionshemmung,
reduzierter Wartung und aus Fabrikationsgründen wird der Korb vorzugsweise
aus einem rostfreien Stahl hergestellt. Aus Kostenerwägungen wird
der große
Ventilkörper
vorzugsweise aus einem billigeren Stahl, also einem legierten Stahl hergestellt.
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Je
nach der bestimmten Auslegung wird die axiale Dehnung einer Ventilbaugruppe
bei hohen Temperaturen durch den Ventilkörper bestimmt, und die radiale
Ausdehnung der Ventilbaugruppe wird durch den Korb, den Stopfenkörper und
den Korbhalter bestimmt, falls eine Halterstruktur verwendet wird. Deshalb
besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Ventilbaugruppe, wobei
sich der Ventilstopfen axial auf dieselbe Weise dehnt wie der Ventilkörper und
radial auf dieselbe Weise wie der Korb und der Halter.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Zur
Erfüllung
der zuvor festgestellten Bedürfnisse
wird ein verbesserter Ventilstopfen für Hochtemperaturbetrieb offenbart.
Der Ventilstopfen ist aus mehreren Materialien hergestellt, die
es ihm ermöglichen,
eine axiale Wärmedehnungsrate
zu haben, die anders ist als die radiale Wärmedehnungsrate des Stopfens.
Darüber
hinaus kann in einer Verbesserung das distale oder vorgeordnete
Ende des Ventilstopfens sich radial mit einer Rate dehnen, die sich von
der radialen Dehnung des nachgeordneten oder proximalen Endes des
Ventilstopfens unterscheidet.
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In
einer weiteren Verbesserung werden auch verschiedene weiterentwickelte
Hochtemperaturventilbaugruppen offenbart. In einer Ausführungsform wird
eine aus zwei Teilen bestehende Korbbaugruppe bereitgestellt, die
mit dem Ventilkörper
verbunden ist. Das nachgeordnete oder proximale Korbbauteil, oder
der Korbhalter, ist mit einem vorgeordneten Bauteil, das als der
Korb bezeichnet wird, verbunden. Der Korbhalter kann aus ei nem legierten
Stahl hergestellt sein, während
der Korb vorzugsweise aus einem rostfreien Stahl wie einem rostfreien
Austenitstahl hergestellt ist. Der Ventilstopfen umfasst ein Distanzrohr
mit einem proximalen oder nachgeordneten Ende, das an einen proximalen
Führungsring angeschlossen
ist, und ein distales oder vorgeordnetes Ende, das an einen distalen
Führungsring
angeschlossen ist. Der proximale Führungsring ist aus einem Material
hergestellt, das einen Wärmedehnungskoeffizienten
(CTE) hat, der sich demjenigen des Materials annähert, das zur Herstellung des Korbhalters
verwendet wird. Darüber
hinaus ist der distale Führungsring
aus einem Material hergestellt, das einen CTE hat, der sich demjenigen
des Materials annähert,
das zur Herstellung des Korbs verwendet wird. Schließlich ist
noch das Distanzrohr aus einem Material hergestellt, das einen CTE
hat, der sich demjenigen des Materials annähert, das zur Herstellung des
Ventilkörpers
verwendet wird.
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In
einer Ausführungsform
ist eine aus einem Teil bestehende Korbkonstruktion ohne ein separates Halterbauteil
vorgesehen, und deshalb sind der proximale Führungsring und der distale
Führungsring aus
einem Material hergestellt, das einen CTE hat, der sich demjenigen
des Materials annähert,
das zur Herstellung des einteiligen Korbbauteils verwendet wird,
und das Distanzrohr ist aus einem Material mit einem CTE hergestellt,
der sich demjenigen des Ventilkörpers
annähert.
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In
einer anderen Verbesserung bildet die Kappe der Ventilbaugruppe
einen Korbhalter, an den eine Korbstruktur angeschlossen ist. Der
proximale oder nachgeordnete Führungsring
und das Distanzrohr sind aus Materialien hergestellt, die einen
CTE haben, der sich demjenigen des Materials annähert, das zur Herstellung der
Kappe verwendet wird, während
der distale oder vorgeordnete Führungsring
aus einem Material hergestellt ist, das einen CTE hat, der sich
demjenigen des Materials annähert,
das zur Herstellung des Korbs verwendet wird.
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Ähnlich sind
in einer anderen Ausführungsform,
wenn der Korbhalter ein integrales Teil des Ventilkörpers ist,
das Distanzrohr und der proximale Führungsring aus Materialien
hergestellt, die einen CTE haben, der sich demjenigen des Materials
annähert, das
zur Herstellung des Ventilkörpers
verwendet wird, während
der distale oder vorgeordnete Führungsring
aus einem Material mit einem zur Herstellung des Käfigs verwendeten
Material ähnlichen
CTE hergestellt ist.
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Auf
diese Weise wird eine Anzahl von verbesserten Ventilbaugruppen und
Ventilstopfenauslegungen bereitgestellt, wobei die radiale Ausdehnung des
proximalen oder nachgeordneten Endes des Ventilstopfens, die axiale
Ausdehnung des Ventilstopfens, und die radiale Ausdehnung des distalen oder
vorgeordneten Endes des Ventilstopfens insgesamt so angepasst sind,
dass sie die Ausdehnung der Korb-, Korbhalter-, Kappen- oder Ventilkörperbauteile
nachahmen, mit denen sie während
des Betriebs zusammenwirken.
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Andere
Merkmale und Vorteile der offenbarten Ventile und Ventilstopfen
werden sich den Fachleuten auf dem Gebiet aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen erschließen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
offenbarten Ausführungsformen
sind in den folgenden Zeichnungen mehr oder weniger schematisch
dargestellt:
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1 ist
eine Schnittansicht einer entsprechend dieser Offenbarung hergestellten
Ventilbaugruppe, und zeigt einen zweiteiligen Korb und einen aus
mehreren Bauteilen bestehenden Ventilstopfen;
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
des in 1 gezeigten Ventilstopfens;
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2A ist
eine vergrößerte Teilschnittansicht
des nachgeordneten oder proximalen Führungsrings des in 2 gezeigten
Ventilstopfens;
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3 ist
eine vergrößerte Teilschnittansicht der
in 1 gezeigten Ventilbaugruppe;
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4 ist
ein alternativer Ventilstopfen, der entsprechend dieser Offenbarung
hergestellt ist;
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5 ist
noch ein anderer alternativer Ventilstopfen, der entsprechend dieser
Offenbarung hergestellt ist;
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6 ist
eine Schnittansicht der zweiteiligen Korbbaugruppe der in 1 gezeigten
Ventilbaugruppe; und
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7 ist
eine Schnittansicht des Ventilkörpers
der in 1 gezeigten Ventilbaugruppe.
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Es
sollte klar sein, dass die Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu
sind, und dass die Ausführungsformen
durch grafische Symbole, unterbrochene Linien, Schemadarstellungen
und Teilansichten dargestellt sind. In manchen Fällen können Details weggelassen worden
sein, die zum Verständnis
der offenbarten Ventile nicht notwendig sind oder andere Details
schwer wahrnehmbar machen. Es sollte aber natürlich klar sein, dass diese
Offenbarung nicht auf die hier dargestellten bestimmten Ausführungsformen
beschränkt
ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 stellt
ein Ventil 10 dar, das einen Ventilkörper 11 umfasst, der
für Hochtemperaturbetrieb ausgelegt
ist. Der Ventilkörper 11 bildet
einen Einlass 12, einen Auslass 13 und eine dritte Öffnung 14,
die mit einer Kappe 15 abgedeckt ist, die mit mehreren bei 16 gezeigten
Befestigungseinrichtungen an den Ventilkörper 11 angeschlossen
ist. Die Kappe 15 umfasst einen axialen Durchgang 17,
der einen Schaft 18 verschiebbar aufnimmt, der wiederum
an ein nachgeordnetes oder proximales Ende 19 einer Ventilstopfenbaugruppe 21 angeschlossen
ist. Der Schaft 18 ist an ein (nicht gezeigtes) Stellglied
zum Öffnen
und Schließen
des Ventils 10 angeschlossen.
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Mit
Bezug insgesamt auf die 1–3 umfasst
die Ventilstopfenbaugruppe 21 ein Distanzrohr 22,
welches das proximale oder nachgeordnete Ende 19 einschließt, und
einen allgemein zylindrischen Körperabschnitt 23,
der an einem offenen distalen oder vorgeordneten Ende 24 endet.
Das proximale Ende 19 umfasst eine Öffnung 25 zur Verbin dung
mit dem Schaft (18) (siehe 1), und
mehrere bei 26 gezeigte Durchgangsöffnungen, die es ermöglichen,
dass der Druck auf jeder Seite des proximalen Endes 19 des
Distanzrohrs 22 ausgeglichen werden kann. Das proximale
Ende 19 des Distanzrohrs 22 umfasst eine Ausnehmung 27,
die einen proximalen Führungsring 28 aufnimmt.
Darüber
hinaus umfasst das distale oder vorgeordnete Ende 24 des
Distanzrohrs 22 auch eine Ausnehmung 29, die auf ähnliche Weise
einen distalen oder vorgeordneten Führungsring 31 aufnimmt.
Wie in 2A zu sehen ist, umfasst die
Ausnehmung 27 einen Gewindekanal oder mehrere Gewindekanäle, der
bzw. die bei 32 gezeigt sind, um ein komplementäres Gewinde 33 des
proximalen Führungsrings 28 zu
dessen Verbindung mit dem proximalen Ende 19 des Distanzrohrs 22 aufzunehmen.
Der Führungsring 28 kann
an das Distanzrohr auch angeschweißt oder mit geeigneten Befestigungseinrichtungen
daran angeschlossen sein. Darüber
hinaus umfasst der proximale Führungsring 28 auch
mehrere Ausnehmungen 34, um Ringe aufzunehmen, die bei 39 in
unterbrochenen Linien gezeigt sind, welche reibschlüssig an
der Innenfläche 35 des Korbhalters 36 angreifen
(siehe 1 und 3). Bei den Ringen 31, 28 handelt
es sich vorzugsweise um Kohlenstoffringe, die auf dem Gebiet bekannt sind.
Wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, können auch andere Materialien
wie Nickellegierung N07718 oder rostfreier Stahl verwendet werden.
Die Ausnehmung 40 (in den Figuren nicht gezeigt), die durch
den Führungsring 28 und
den Körper 23 des Distanzrohrs 22 gebildet
ist, nimmt eine "C"-Dichtung 50 auf,
wie in 2A gezeigt ist.
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Wieder
mit Bezug auf 2 kann der distale oder vorgeordnete
Führungsring 31 durch
irgendwelche herkömmliche
Einrichtungen an das distale Ende 24 des Distanzrohrs 22 angeschlossen
sein, wie etwa durch Anschweißen,
wie durch die bei 37 gezeigten Schweißnähte angegeben ist. Ein umfänglicher
Schlitz 38 im distalen Führungsring 31 ist
vorgesehen, um einen unteren ringförmigen Flansch 39 zum
reibschlüssigen
Angriff am Sitzring 41 (siehe 1 und 3)
zu bilden, der einen Sitz für
das distale Ende 24 des Ventilstopfens 21 bietet.
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Mit
Bezug auf die 1, 3 und 6 bildet
der Ventilkörper 11,
wie vorstehend festgestellt, einen Einlass 12 und einen
Auslass 13. Flüssiges oder
gasförmiges
Medium wird durch den Einlass 12, durch den Sitzring 41 in
einen Innenraum des Korbbaugruppe 42 geleitet, die, wie
vorstehend angemerkt, den Korbhalter 36 umfasst, der an
einen unteren Korb oder einfach nur "Korb" 43 angeschlossen ist.
In der in den 1, 3 und 6 gezeigten 2-teiligen
Korbbaugruppe 42 umfasst die untere Korbstruktur 43 einen
durchlässigen
Zylinder mit einem proximalen Ende 44, das an ein distales
Ende 45 des Korbhalters 36 angeschlossen ist.
Der Korb 43 umfasst auch ein distales Ende 46,
das an den Sitzring 41 angeschlossen ist, wie in 1 und 3 gezeigt
ist.
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Darüber hinaus
befindet sich das Ventil 10 in 1 und 3 in
einer geschlossenen Stellung, wobei der Ventilstopfen 21 eine
Strömung
vom Einlass 12 durch den Korb 43 zum Auslass 13 blockiert. Im
Betrieb bewegt das (nicht gezeigte) Stellglied, um das Ventil 10 zu öffnen, den
Schaft 18 nach oben, wodurch das proximale Ende 24 des
Distanzrohrs 22 vom Sitzring 41 abgehoben wird
und einen Teil oder die gesamte Innenfläche 46 des Korbs 43 einer
Strömung
zwischen dem Einlass 12 und dem Auslass 13 des
Ventilkörpers 10 aussetzt.
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Im
Gegensatz zur durchlässigen
Korbstruktur 43 ist der Korbhalter 36 eine massive,
nicht durchlässige
Struktur. Der in 1 und 3 gezeigte Korbhalter 36 kann
ein separates Bauteil sein, das mittels des ringsförmigen Flanschs 47,
der sandwichartig zwischen der Kappe 15 und dem Flansch 48 des
Ventilkörpers 11 eingeschlossen
ist, an die Ventilbaugruppe 10 angeschlossen ist. Hingegen kann
der Korbhalter 36 integral an die Kappe 15 angeschlossen
sein oder einen Teil von ihr bilden, oder kann integral an den Ventilkörper 11 angeschlossen sein
oder einen Teil von diesem bilden. Als weitere Alternative kann
eine einteilige Korbstruktur vorgesehen sein, und deshalb kann die
durchlässige
Korbstruktur 43 an den Ventilkörper 11 oder die Kappe 15 direkt
ohne eine Halterstruktur, wie die bei 36 in 1 und 3 gezeigte,
angeschlossen sein.
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Wie
in 6 gezeigt ist, kann der Korb 43 mittels
eines Gewindeanschlusses zwischen dem proximalen Ende 44 des
Korbs 43 und dem distalen Ende 45 des Korbhalters 36 an
den Korbhalter 36 angeschlossen sein. Andere geeignete
Befestigungsmechanismen wie Schweißung oder Reibschluss können eingesetzt
werden. Das distale Ende 48 des Korbs 43 nimmt
den Flansch 49 des Sitzrings 41 passgenau auf.
Die Verbindung zwischen dem distalen Ende 46 des Korbs 43 mit
dem Flansch 49 des Sitzrings 41 ist vorzugsweise
eine Gleitpassung, um Wärmedehnungsauswirkungen
zu kompensieren.
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Wie
in 3 und 7 gezeigt ist, ist der Sitzring 41 an
den Einlass 12 des Ventilkörpers 11 mittels des
Flanschs 51 angeschlossen, der passgenau in der Einlassöffnung 52 aufgenommen
ist. Auch hier kann es sich bei der Verbindung zwischen dem Flansch 51 des
Sitzrings 41 und der Öffnung 52 des Ventilkörpers 11 wieder
um eine Gewinde- oder eine Schweißverbindung, wie beispielhaft
durch die bei 53 gezeigte Schweißwulst dargestellt ist, oder
um ein anderes geeignetes Verbindungsverfahren handeln. Zusätzlich kann
eine Öffnung 54 (1 und 3) im
Ventilkörper 11 vorgesehen
sein, um ein Druckentlastungsventil 55 aufzunehmen, wie
in 7 gezeigt ist.
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Nun
sind mit Bezug auf 4 und 5 Varianten
des Ventilstopfens 21 bei 21a bzw. 21b gezeigt.
In der bei 21a in 4 gezeigten
Ausführungsform
ist das Distanzrohr 22a eine allgemein zylindrische Struktur,
die im Wesentlichen aus dem zylindrischen Körperabschnitt 23a besteht,
der sandwichartig zwischen dem proximalen Führungsring 28a und dem
distalen Führungsring 31a eingeschlossen
ist. Der Führungsring 28a kann
an das proximale Ende 19a des Distanzrohrs 22a angeschweißt sein,
und der Führungsring 31a kann
an das distale Ende 24a des Distanzrohrs 22a angeschweißt sein,
wie gezeigt ist.
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Hingegen
umfasst der in 5 gezeigte Ventilstopfen 21b einen
Distanzrohraufbau 22b mit einem proximalen Ende 19b,
das in sich eine Ausnehmung 27b zur Aufnahme des proximalen
Führungsrings 28b ausgebildet
hat, der wie gezeigt durch Anschweißen mit dem Distanzrohr 22b verbunden
sein kann. Entsprechend umfasst das distale Ende 24b des
Distanzrohrs 22b eine Ausnehmung 29b, die den
distalen Führungsring 31b aufnimmt, der
auch wie gezeigt durch Anschweißen
mit dem Distanzrohr 22b verbunden sein kann.
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Wieder
mit Bezug auf 1 dehnen sich verschiedene Bauteile
des Ventils 10 sowohl radial als auch axial, wenn das Ventil 10 hohen
Temperaturen wie etwa 1000°F
ausgesetzt wird. Speziell dehnt sich das Distanzohr 22 des
Ventilstopfens 21 sowohl axial, d. h. entlang der bei 60 gezeigten
Achse, als auch radial. Auch der Korb 43 unterliegt sowohl
axialer als auch radialer Dehnung.
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Damit
das Ventil 10 eine richtige geschlossene und abgedichtete
Stellung und eine richtige Drosselleistung erzielt, wie in 1 gezeigt
ist, muss sich die radiale Ausdehnung des Stopfens 21 allgemein der
radialen Ausdehnung des Korbs 43 anpassen. Zu diesem Zweck
ist der Stopfen 21 mit dem distalen Führungsring 31 ausgestattet,
der aus einem Material hergestellt ist, das einen Wärmedehnungskoeffizienten
(CTE) hat, der sich dem CTE des Materials eng annähert, das
zur Herstellung des Korbs 43 verwendet wird. In einer Ausführungsform
ist der Korb 43 für Korrosionsbeständigkeit
bei hohen Temperaturen und aus anderen Herstellungsgründen aus
rostfreiem Austenitstahl hergestellt. Somit sollte der distale Führungsring 31 aus
einem Material mit einem CTE hergestellt sein, der demjenigen des
rostfreien Austenitstahls ähnlich
ist, der zur Herstellung des Korbs 43 verwendet wird. In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind sowohl der Korb 43 als auch der distale Führungsring 31 aus
rostfreien Austenitstählen hergestellt,
und am bevorzugtesten sind sie aus demselben rostfreien Austenitstahl
hergestellt. Ein geeignetes Beispiel eines rostfreien Austenitstahls
für den Korb 43 und
den distalen Führungsring 31 für Hochtemperaturanwendungen
(d. h. 1000°F)
ist S30409 SST. Ein anderes geeignetes Beispiel für Hochtemperaturstähle ist
S31609 SST. Die rostfreien Austenitstähle S31603 SST und S30403 SST
lassen sich für
Anwendungen mit niedrigeren Temperaturen verwenden.
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Aufgrund
von Einsparungen bei einer Produktion in großem Maßstab ist der größere Ventilkörper 11 vorzugsweise
aus einem legierten Stahl wie C12A oder einem gleichwertigen legierten
Stahl hergestellt. Andere für
Hochtemperatur (d. h. > 1000°F) geeignete
Stähle
umfassen die legierten Stähle
WC9 und WC6, wobei sich der legierte Stahl WCC für Anwendungen mit niedrigeren
Temperaturen verwenden lässt.
Zusätzliche
geeignete legierte Stähle
werden für
die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein. Diese legierten
Stähle
können
für bestimmte Auslegungen
auch zur Herstellung des Distanzrohrs 23 und des proximalen
Führungsrings 28 verwendet werden,
wie nachstehend noch erörtert
wird.
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Um
jedoch einen dichten Verschluss zwischen dem proximalen Ende 19 des
Ventilstopfens 21 und dem Korbhalter 36 zu bewirken,
muss das proximale Ende 19 des Ventilstopfens 21 eine
radiale Ausdehnung besitzen, die sich derjenigen des Korbhalters 36 stark
anpasst, wie in 1 gezeigt ist. Wenn das proximale
Ende 19 des Ventilstopfens 21 einen deutlich höheren CTE
hat als der Korbhalter 36, kann es sein, dass sich das
Ventil 10 nicht richtig öffnen kann. Wenn das proximale
Ende 19 des Ventilstopfens 21 einen deut lich niedrigeren
CTE hat als der Korbhalter 36, kann ein übermäßiges Rattern,
Vibrieren oder ein Bruch des Ventilschafts 18 auftreten. Somit
sollte der proximale Führungsring 28 in
der dargestellten Ausführungsform
aus einem Material mit einem CTE hergestellt sein, der sich stark
an denjenigen des Korbhalters 36 oder eines anderen Ventilkörperaufbaus
anpasst, in dem er untergebracht ist.
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Im
Falle, dass eine einzelne Korbstruktur verwendet wird (nicht gezeigt),
wäre der
Korb 43 direkt entweder an den Ventilkörper 11 oder die Kappe 15 angeschlossen.
Der Ventilkörper 11 und
die Kappe 15 würden
dann vorzugsweise irgendeine Art von Halterungsbauteil bilden, um
das proximale Ende 19 des Distanzrohrs passgenau aufzunehmen,
um zu ermöglichen,
dass ein Großteil
des Distanzrohrs 22 durch den Korb 43 eingezogen
werden kann, um eine Verbindung zwischen dem Einlass 12 und
dem Auslass 13 des Ventilkörpers 11 zu ermöglichen.
Somit wären
in einer solchen Situation die Materialien, die für den Führungsring 31 und
den Korb 43 ausgewählt werden,
stark aneinander angepasst, damit die radiale Ausdehnung des Führungsrings 31 stark
an die radiale Ausdehnung des Korbs 43 angepasst ist. Allerdings
könnte
der proximale Führungsring 28 aus dem
weniger teuren Legierungsmaterial hergestellt sein, das zur Herstellung
des Ventilkörpers 11,
der Kappe 15 oder einer anderen Halterungsstruktur verwendet
wird, die entweder mit dem Ventilkörper 11 oder der Kappe 15 verbunden
ist. Weil die axiale Ausdehnung des Ventils 10 vom Ventilkörper 11 oder
der Halterungsstruktur bestimmt wird, die als Teil der Kappe 15 oder
des Ventilkörpers 11 ausgebildet
ist, kann das Distanzrohr 22 entsprechend auch aus einem
weniger teueren Legierungsmaterial hergestellt sein, damit sich
die axiale Ausdehnung des Distanzrohrs 22 eng derjenigen
des Ventilkörpers 11 oder der
Halterungsstruktur anpasst, die einen Teil des Ventilkörpers 11 oder
der Kappe 15 bildet.
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Wenn
jedoch ein einteiliger Korbaufbau vorgesehen ist, wobei ein unterer
Abschnitt wie etwa ein perforierter Korbabschnitt 43 integral
an einen oberen Abschnitt angeschlossen ist, wie etwa einem nicht
durchlässigen
Halterungsabschnitt ähnlich demjenigen,
der in 1 bei 36 gezeigt ist, wäre die radiale
Ausdehnung beider Führungsringe 28, 31 dann
vorzugsweise an die radiale Ausdehnung des einteiligen Korbaufbaus
(36, 43) angepasst. Falls der Korbaufbau (36, 43)
aus einem rostfreien Austenitstahl hergestellt ist, müssten in
einer solchen Situation die Führungsringe 28, 31 auch
aus einem rostfreien Austenit stahl mit einem ähnlichen CTE hergestellt sein.
Wenn hingegen das proximale Ende 19 des Distanzrohrs 22 in
einer Halterungsstruktur aufgenommen ist, die integral an die Kappe 15 oder
den Ventilkörper 11 angeschlossen
ist, dann sollte der proximale Führungsring 28 aus
einem Material hergestellt sein, das ähnlich demjenigen ist, das
für den Ventilkörper 11 oder
die Kappe 15 verwendet wird. Wenn hingegen der proximale
Führungsring 28 in
einem Abschnitt einer Halterungsstruktur aus rostfreiem Stahl aufgenommen
ist, müsste
der Führungsring 28 aus
einem rostfreien Stahl mit einem ähnlichen CTE hergestellt sein.
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Ein
Fachmann auf dem Gebiet wird somit erkennen, dass es zahlreiche
Kombinationen und Möglichkeiten
gibt, es aber wichtig ist, zu wissen, dass die Strukturen des Ventilstopfens 21 mit
einem Material hergestellt werden sollten, das den Materialien der Bauteile ähnlich ist,
mit denen sie während
des Betriebs zusammenwirken. Speziell der distale Führungsring 31 sollte
aus einem Material mit einem CTE hergestellt sein, der ähnlich demjenigen
des Korbs 43 ist. Das Distanzrohr 22 sollte aus
einem Material mit einem CTE hergestellt sein, der ähnlich demjenigen
des Ventilkörpers 11 ist.
Entsprechend sollte der proximale Führungsring 28 aus
einem Material hergestellt sein, das ähnlich demjenigen ist, das
zur Herstellung der Struktur, in die er aufgenommen ist, verwendet
wird, wie etwa demjenigen des Korbhalters 36 oder einer ähnlichen
Halterungsstruktur, die durch die Kappe 15 oder den Ventilkörper 11 gebildet
ist.
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Darüber hinaus
können
mehr als zwei Materialien verwendet werden, um den Ventilstopfen 21 herzustellen.
Speziell wenn eine zweiteilige Korbbaugruppe 42 mit einem
Korbhalter 36 und einem Korb 43 vorgesehen ist,
müsste
der proximale Führungsring 28 aus
einem Material hergestellt sein, das ähnlich demjenigen des Korbhalteraufbaus 36 ist,
das Distanzrohr wäre
aus einem Material hergestellt, das sich stark demjenigen des Ventilkörpers 11 anpasst, und
der distale Führungsring 31 wäre aus dem
Material hergestellt, das sich stark demjenigen des Korbs 43 anpasst.
Somit könnte
der Ventilstopfen 21 aus zwei oder drei unterschiedlichen
Materialien hergestellt sein.
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Generell
sollten die Wärmedehnungskoeffizienten
der Bauteile, die aneinander angepasst werden müssen, z. B. des distalen Führungsrings 31 und des
Korbs 43, innerhalb von ca. 10% zueinander, bevorzugter
innerhalb von ca. 7% zueinander, und am bevorzugtesten innerhalb
von ca. 1% zueinander liegen oder aus demselben Material hergestellt
sein, wodurch ein ähnlicher
CTE und deshalb eine ähnliche
radiale oder axiale Ausdehnung bereitgestellt würde. Die Differenzen zwischen
dem Wärmedehnungskoeffizienten
von legierten Stählen
und rostfreien Stählen
sind erheblich und betragen im Allgemeinen ca. 35 Prozent. Somit
ist der distale Führungsring 31,
wenn der Korb 43 aus einem rostfreien Austenitstahl hergestellt
ist, vorzugsweise aus einem rostfreien Stahl, und noch bevorzugter,
ebenfalls aus einem rostfreien Austenitstahl hergestellt. Wenn der Ventilkörper 11 aus
einem legierten Stahl hergestellt ist, sollte das Distanzrohr 22 ebenfalls
aus einem legierten Stahl hergestellt sein. Wenn eine Halterungsstruktur
vorgesehen ist, die aus einem rostfreien Austenitstahl hergestellt
ist, sollte der proximale Führungsring 28 auch
aus einem rostfreien Austenitstahl oder einem geeigneten rostfreien
Stahl hergestellt sein. Schließlich
sollte der proximale Führungsring 28,
wenn die Halterungsstruktur aus einem legierten Stahl hergestellt
ist, ebenfalls aus einem legierten Stahl hergestellt sein. In manchen
Auslegungen kann der proximale Führungsring
jedoch in einer Struktur aus rostfreiem Stahl gehaltert sein und
sollte deshalb ebenfalls aus rostfreiem Stahl hergestellt sein.
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Die
vorstehende Beschreibung wurde lediglich des besseren Verständnisses
halber wiedergegeben, und es sollte keine unnötige Einschränkung daraus
abgeleitet werden, da Modifizierungen für die Fachleute auf dem Gebiet
offensichtlich sein würden.