DE69412859T2

DE69412859T2 - Hochdruckventil

Info

Publication number: DE69412859T2
Application number: DE69412859T
Authority: DE
Inventors: Jan S-372 38 Ronneby Ryd
Original assignee: WATER JET SERVICE AB
Current assignee: WATER JET SERVICE AB
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2014-12-13
Also published as: WO1995017623A1; EP0736155B1; ATE170270T1; EP0736155A1; SE9304251L; SE502220C2; SE9304251D0; ES2122525T3; DE69412859D1; US5755424A; JPH09506957A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Kolben, dessen Oberseite mit einem Medium, wie z. B. Luft, intermittierend beaufschlagt wird, um die vertikale Bewegung des Kolbens zu steuern, wobei der Kolben durch Verbindungsmittel mit einem Nadelventil verbunden ist, das mit einem Ventilsitz zusammenwirken kann und das mit dem Einlaß einer Flüssigkeitszuführleitung in Verbindung steht, die dem Nadelventil über eine Hochdruckpumpe Flüssigkeit zuführt, wobei die Flüssigkeit das Nadelventil durch eine Düsenöffnung verläßt und wobei Mittel zum Versperren der Düsenöffnung vorgesehen sind.
Ein Ventil dieser Gattung wird üblicherweise als Hochdruckventil bezeichnet, und es wird beispielsweise zum sogenannten Wasserstrahlschneiden von Materialien benutzt, wobei eine Flüssigkeit, üblicherweise Wasser, von einem Vorrat einer Hochdruckpumpe zugeführt wird, die einen Flüssigkeitsdruck von 3.000 bis 4.000 bar aufbaut, woraufhin die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit an eine Zuführleitung abgegeben wird, deren Auslaßende in ein Ventil der vorstehend beschriebenen Art mündet. Dieser Hochdruckstrahl tritt durch eine Düse aus, um einen Schneidvorgang durchzuführen. Wie vorstehend beschrieben, wirkt ein prozeßgesteuertes Medium in einer bestimmten Weise auf die Oberseite des Kolbens ein, und das Nadelventil bewegt sich in Übereinstimmung mit der Kolbenbewegung. Ein auf die Oberseite des Kolbens ausgeübter hoher Druck bringt das Nadelventil zur Dichtungsanlage mit einem Ventilsitz, wogegen der auf das Nadelventil ausgeübte Druck die Nadel vom Ventilsitz abhebt, wenn der auf den Kolben ausgeübte Druck verringert wird.
Hochdruckbearbeitungsvorgänge dieser Art erfordern unter anderem eine ständige Wartung des Systems. Während das System in Betrieb ist, müssen verschiedene Wartungsvorgänge durchgeführt werden. Ein üblicher Vorgang bei der Routinewartung umfaßt die Erneuerung ausgetauschter Düsen. In anderen Fällen kann es erforderlich sein, eine Düse auszutauschen, um eine andere Bearbeitung durchzuführen.
In Fällen wie diesen ist es selbstverständlich aus Gründen der Sicherheit überaus wichtig, daß das Ventil den Druck nicht freigeben darf, der in dem Ventil herrscht. Es muß daher Gewißheit darüber herrschen, daß sich das Nadelventil in vollständiger Dichtungsanlage an seinem Ventilsitz befindet.
In dieser Hinsicht gibt es Sicherheitsbestimmungen, die festlegen, daß das Ventil gegen ein unbeabsichtigtes Öffnen des Ventils gesperrt sein muß. Es ist bekannt, solche Systeme gegen ein unbeabsichtigtes Öffnen des Ventils mit Hilfe einer mechanischen Strömungssperreinrichtung zu schützen, die in der von der Hochdruckpumpe ausgehenden Zuführleitung angeordnet ist. Diese Sperreinrichtung ist daher außerhalb der Ventilanordnung angebracht. In Anbetracht der Tatsache, daß ein Wasserstrahlschneidsystem üblicherweise vier bis zehn Ventile umfaßt, ist ersichtlich,
a) daß ein Sperrventil der bekannten Art die Kosten des Systems erheblich steigert;
b) daß der Einbau eines solchen Sperrventils sowohl zeitraubend als auch kostspielig ist; und
c) daß ein System, das ein herkömmliches Sperrventil aufweist, platzraubend ist.
Trotz der Sicherheitsvorkehrungen, die bei solchen Systemen unternommen werden, bleiben die befaßten Arbeiter im ungewissen, ob der Druck, der sich in dem Ventil bereits aufgebaut hat und der selbst dann latent bleibt, wenn die vorstehend erwähnte mechanische Sperreinrichtung aktiviert wurde, nicht möglicherweise wegen irgendeines anderen technischen Fehlers durch die Düse entweicht. Ein möglicher Fehler in dieser Hinsicht ist ein kurzer Stromausfall oder ein kurzer Spannungsabfall, der zur Folge hat, daß das auf die Oberseite des Kolbens über eine Pumpe oder einen Verdichter einwirkende Medium schlagartig abnimmt, so daß das Nadelventil in Öffnungsrichtung des Ventils betätigt werden kann, wodurch Arbeiter und Personal der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit und den sich daraus ergebenden Konsequenzen ausgesetzt werden. Die Hochdruckpumpe sollte aus verschiedenen Gründen nicht abgeschaltet werden.
Die vorliegende Erfindung ist vor diesem Hintergrund entstanden, und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die eine unbeabsichtigte Freigabe des im dem Ventil herrschenden hohen Druckes zuverlässig verhindert.

Beschreibung des Standes der Technik

Wasserstrahlschneiden mit den erwähnten hohen Drücken ist eine verhältnismäßig junge Technik. Der Erfinder des erfindungsgemäßen Ventils hat mit dieser Technik eine lange Erfahrung, er konnte aber keine Anordnung zur Lösung des vorstehenden Problems finden. Hochdruckventile, die mit verschiedenartigen Sicherheitseinrichtungen versehen sind, sind im Handel erhältlich; siehe beispielsweise US-A-3 681 173, 2 785 698, 2 925 243, 4 343 327 und 2 479 454. Diese Druckschriften weisen dem Fachmann aber keinen Weg zu einer einfachen, aber zuverlässigen Lösung des erwähnten Problems.

Offenbarung der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Ventil der in der Einleitung erwähnten Art geschaffen, das hinsichtlich der vorstehend genannten Probleme eine Verbesserung der bekannten Ventile darstellt. Die kennzeichnenden Merkmale des erfindungsgemäßen Ventils sind im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen und auch anhand anderer Merkmale näher erläutert. Fig. 1 und 2 sind teilweise axial geschnittene Darstellungen eines erfindungsgemäßen Ventils.
Eine (nicht gezeigte) Flüssigkeitsquelle, üblicherweise eine Wasserquelle, liefert Flüssigkeit zu einer bekannten Hochdruckpumpe P, in der ein hoher oder sehr hoher Druck aufgebaut wird, üblicherweise ein Druck von 3 000 bis 4.000 bar. Die unter Druck stehende Flüssigkeit wird in ein Rohr 10 eingespeist, das über eine druckdichte Verbindung 11 mit einem Teil 12 eines allgemein mit 13 bezeichneten Ventilgehäuses verbunden ist, dessen Oberseite eine nach oben offene Öffnung 15 aufweist zur dichten Verbindung mit einer Mediumquelle, üblicherweise einem Verdichter, der schematisch durch den Kasten K dargestellt ist. Die Öffnung 15 in dem Zylindergehäuse 14 steht mit einem Raum 16 in Verbindung, der ansonsten geschlossen ist und in dem ein Kolben 17 vertikal bewegt werden kann unter dem Druck, der über das Medium der Quelle K auf den Kolben 17 einwirkt. Bei der Aus führungsform nach Fig. 2 weist der Kolben 17 zur Gewichtsersparnis eine Ausnehmung 18 auf, wenngleich davon auszugehen ist, daß die Oberseite des Kolbens 17 auch eben sein kann. Wenn das Gewicht des Kolbens aus irgendeinem Grund auf andere Weise verringert werden soll, dann kann eine entsprechende Ausnehmung in der Unterseite des Kolbens 17 ausgebildet sein (Fig. 1). Der Kolben 17 kann sich daher in der Kolbenkammer 16 in einem begrenzten Maß vertikal bewegen, und die obere und die untere Innenwand des Ventilgehäuses 14 bildet gewissermaßen die obere und die untere Anschlagfläche des Kolbens.
Ein für die Wasserstrahlbearbeitung vorgesehenes Ventil dieser Art arbeitet gemäß einem bestimmten Programm, so daß sich der Kolben entsprechend dem auf die Oberseite des Kolbens 17 einwirkenden Druck intermittierend auf und ab bewegt. Der Kolben 17 ist mit einem Druckstift 18' verbunden, der ein konisches Nadelventil 19 trägt. Das Nadelventil 19 bewegt sich entsprechend der vertikalen Bewegung des Kolbens 17 in einen Ventilsitz 20 hinein und aus diesem heraus, wobei der Ventilsitz 20 über einen Zuführkanal in eine Düse 21 mündet. Das Ventil ist mit Dichtringen in Form von O-Ringen 18" versehen.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist das Hochdruckrohr oder die Hochdruckleitung 10 mit einem Kanal 22 verbunden, der im Bereich des unteren Endes des Nadelventils 19 mündet. Das Nadelventil 19 liegt unter einem auf die Oberseite des Kolbens 17 einwirkenden bestimmten Druck am Ventilsitz 20 dichtend an. Wenn der auf die Oberseite des Kolbens 17 einwirkende Druck verringert wird, dann hebt der durch den Kanal 22 einwirkende Flüssigkeitsdruck die Ventilnadel und damit den Kolben 17 an, so daß die Flüssigkeit durch die Düse 21 ausströmen kann.
Gemäß der Erfindung ist das verbesserte Ventil 13 mit einer Schließeinrichtung versehen, die allgemein mit 23 bezeichnet ist. Zu diesem Zweck ist die Oberseite des Zylinders 14 mit einer Bohrung 24 versehen, die zumindest teilweise ein Gewinde aufweist, das dazu dient, einen Körper 25 aufzunehmen, der zumindest teilweise mit einem Gewinde versehen ist und dessen oberes Ende mit einem Griff 26 oder einer ähnlichen Dreheinrichtung fest verbunden ist. Das freie ebene untere Ende des Körpers 25 kann durch Verdrehen des Griffs 26 mit der Oberseite des Kolbens 17 in Berührung gebracht werden. Eine fortgesetzte Verdrehung des Griffs 26 drückt den Kolben 17 nach unten zum Eingriff mit der unteren Innenwand des Zylindergehäuses 14, und dadurch wird auch das Nadelventil 19 mit dem Ventilsitz 20 in Dichtungseingriff gedrückt.
Da die Vertikalbewegung des Kolbens 17 höchstens 3 bis 5 mm beträgt, ist erkennbar, daß das Ventil mit der Schließeinrichtung 25, 26 mechanisch sehr rasch und einfach geschlossen werden kann, wodurch hinsichtlich des in dem Ventilgehäuse 13 aufgebauten Druckes eine optimale Sicherheit geschaffen wird. Wenn sich das Nadelventil mit dem Ventilsitz 20 in Dichtungseingriff befindet, dann kann die Düse ausgetauscht werden ohne die Gefahr einer Verletzung des Personals in Folge einer unbeabsichtigten Freigabe des hohen Druckes in dem Ventilgehäuse 13.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ventile sind identisch mit der Ausnahme, daß bei dem Kolben in Fig. 2 die Ausnehmung 18 an der Oberseite ausgebildet ist, wogegen bei dem Ventil nach Fig. 1 eine entsprechende gewichtsparende Ausnehmung in der Unterseite des Kolbens 17 ausgebildet ist. Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform wird bevorzugt.

Claims

1. Ventil, umfassend einen Kolben (17), dessen Oberseite mit einem Medium, wie z. B. Luft oder eine Flüssigkeit, intermittierend beaufschlagt wird, um die vertikale Bewegung des Kolbens zu steuern, wobei das Ventil Verbindungsmittel (18') umfaßt, die den Kolben (17) mit einem Nadelventil (19) verbinden, das mit einem Ventilsitz (20) zusammenwirkt und das mit dem Einlaß einer Flüssigkeitszuführleitung (10) in Verbindung steht, durch die Flüssigkeit über eine Hockdruckpumpe (P) dem Nadelventil (19) zugeführt wird, die durch eine Düsenöffnung (21) austritt, und wobei Mittel (25, 26) zum Versperren der Düsenöffnung (21) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Versperren der Düsenöffnung eine drehbare Einrichtung (25, 26) umfassen, die außerhalb des Ventils betätigt werden kann, daß die Verdrehung der Einrichtung (25, 26) in einer Richtung den unteren Teil der Einrichtung (25, 26) mit der Oberseite des Kolbens (17) in Druckeingriff bringt, um die Unterseite des Kolbens an den Boden der Kolbenkammer anzudrücken und dadurch das Nadelventil (19) an dem Ventilsitz (20) flüssigkeitsdicht zur Anlage zu bringen.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Einrichtung (25, 26) mit der Oberseite des Ventilgehäuses (13) in Gewindeeingriff steht.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium, das von oben auf den Kolben (17) wirkt, von einem durch einen Mikroprozessor gesteuerten Kompressor (K) zugeführt wird und daß das Medium auf die Oberseite des Kolbens (17) wirkt.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite des Kolbens (17) eben ist und daß die Unterseite mit einer das Gewicht verringernden Ausnehmung (18) versehen ist.