-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
Erfindung betrifft ein Schieberventil. Darüberhinaus betrifft die Erfindung
insbesondere ein Doppelscheibenschieberventil mit einem elastischen verformbaren
dichtenden Mittelglied innerhalb einer Schieberanordung das die
Dichtkennwerte des Ventils verbessert und Abnutzung auf der Schieberanordnung
vermindert.
-
Herkömmliche
Schieberventile gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sind aus WO-84/02167 bekannt.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Technische
Verbesserungen in der Industrie erfordern die genaue Steuerung des
Flusses von Fluiden oder Gasen unter hohem Druck. Schieberventile werden
typischerweise benutzt, wo der Fluß von Fluid oder Gas selten
unterbrochen wird, so daß die Flußmenge die
Haupterwägung
ist. Schieberventile ermöglichen
einen größtmöglichen
Fluß,
während
sie durch das Schließen
eines gleitenden Schiebers quer zum Fluß eine Steuerung ausüben. Der
Schieber wird durch den Benutzer gesteuert, entweder durch eine
Spindelschraube oder andere Einrichtungen um Anpassungen in der
Fließmenge
zu ermöglichen.
Der erste Vorteil eines Schieberventils ist, daß die ursprüngliche Fließmenge des
Fluides oder Gases durch das Einsetzen des Ventilkörpers nicht
beeinträchtigt
wird.
-
Verschiedene
Arten von Schieberventilanordnungen sind bekannt zum Öffnen und
Schließen von
Pipelines um den Fluß von
Fluid oder Gas zu steuern. Der herkömmliche Schieberventilkörper sieht
eine einzelne metallene Scheibe, die in der Lage ist, den Fluß einer
Flüssigkeit
oder eines Gases durch eine Einlaßöffnung und hinaus durch eine
Auslaßöffnung durch
die Bewegung des Schieberventils in eine geschlossene Stellung quer
zum Fluß von
der Einlaßöffnung anzuhalten,
vor. Die einzelne Scheibe wird typischerweise mit ein wenig Spiel
angebracht, derart, daß der
ungleiche Druck auf eine Seite der Scheibe von der Einlaßseite her
so wirkt, daß er
den Schieber oder den Sitz, in den er gleitet, verformt, wenn er
in einer geschlossenen Stellung ist. Diese Verformmung kann ein
Lecken ermöglichen
und Reparatur oder Ersetzen erzwingen. Alternativ kann das Verwenden
einer einzelnen Metallscheibe um den Fluß abzudichten behindert werden
aufgrund Reibens der Scheibe gegen die Sitzoberflächen des Ventilkörpers, und
auf diese Weise beschädigt
es langsam die einzelne Scheibe order Sitzoberfläche derart, daß der Schieberventilkörper den
Fluß nicht angemessen
begrenzt und Lecken verhindert.
-
US-Patent
4 483 514, "GATE
VALVE MEMBER FOR RESILIENT-SEATED GATE VALVE", vom Erfinder der vorliegenden Erfindung,
zeigt ein Schieberventil nach dem Stande der Technik.
-
Ein
Versuch, um wirkungsvoll Lecken oder Verformung zu verhindern, ist
eine Schieberventilanordnung mit zwei Scheiben. Die Scheiben sind
zwischen zwei gegenüberliegenden
Sitzoberflächen
angeordnet, wobei jede entweder eine Einlaßöffnung oder eine Auslaßöffnung anblickt.
Wenn sie betätigt wird,
greift der Doppelscheibenaufbau dichtend an die jeweiligen Sitzoberflächen an,
während
sich die Schieberanordnung in eine geschlossene Stellung bewegt.
Die Scheiben können
nach außen
gegen die Sitze durch eine Federanordnung, oder durch Fluiddruck,
der zwischen die Scheiben geführt
wird, gedrückt
werden.
-
US-Patent
4 913,400 "DOUBLE
DISK GATE VALVE",
das im Jahre 1990 für
Tiefenthaler ausgegeben wurde, zeigt ein herkömmliches Doppelscheibenschieberventil,
das nach außen
durch Fluiddruck vorgespannt wird.
-
Schieberventilanordnungen,
die Doppelscheibenschließschieber
verwenden, werden weiter durch die Hereinnahme von elastischem Dichtmaterial
um den Umfang der Scheiben selbst verbessert. Wenn die Schieberanordnung
in eine geschlossene Stellung gebracht wird, werden die elastischen
Materialien, die auf den Umfangsoberflächen des Schiebers angeordnet sind,
durch die Anwendung von Druck verformt und helfen dadurch, eine
engere Dichtung zwischen den Sitzoberflächen und der Schieberanordnung
zu schaffen als durch nackte Scheiben der Schieberanordnung erreicht
wird.
-
Jedoch
müssen
diese Anordnungen, die elastische Dichtglieder um den Umfang eines
Sitzringes verwenden, auf enge Toleranzen gebaut werden, um geeignete
Dichtkennwerte sicherzustellen. Die Toleranzen müssen sogar noch genauer sein,
wenn die Seitenwandbereiche der Sitzoberfläche, wie sie durch Sitzsrücksprungseitenwände gebildet
werden, in Betracht gezogen werden. Der Stand der Technik bringt
typischerweise diese elastischen Glieder auf dem Umfang der Schieberanodnung
an und macht die Abmessungstoleranzen des elastischen Gliedes sehr
eng, um ein Zusammendrücken
des elastischen Gliedes über
seine Elastizitätsgrenze
hinaus zu verhindern. Dieses Aufrechterhalten von engen Toleranzen
für elastische
Dichtglieder erfordert eine bedeutende Herstellungsüberwachung,
verbraucht viel Zeit, und ist ein teurer Faktor, der die Anwendung
von Doppelscheibenschieberventilen begrenzt.
-
Zusätzlich lehrt
der Stand der Technik den Aufbau einer Doppelscheibenventilanordnung,
die im Wesentlichen aus Metall besteht. Dieser Aufbau ist teuer
und macht den eingesetzten Ventilkörper sehr schwer.
-
Die
Internationale Patentanmeldung Nr. WO 84/02167 zeigt eine Doppelscheibenschieberanordnung
für ein
Schieberventil der Art mit einem Ventilsitz, in dem das Ventil durch
einen Betätigungsmechanismus
betätigt
wird, der die Schieberanordnung linear von einer ersten offenen
Stellung in eine zweite geschlossene Stellung in Berührung mit
dem Ventilsitz bewegt. Die Schieberanordnung weist erste und zweite
Schließscheiben,
die parallel und koaxial zueinander angeordnet und beabstandet sind,
wobei sie zwischen sich einen Spalt bilden, auf. Ein elastisches
Material füllt
den Raum zwischen der ersten und der zweiten Schließscheibe
aus. Ein Querteil ist mit dem Betätigungsmechanismus verbindbar.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Doppelscheibenschieberanordnung für ein Schieberventil
der Art, die einen Ventilsitz hat, in der das Ventil durch einen
Betätigungsmechanismus,
der die Schieberanordnung aus einer ersten offenen Stellung in eine zweite
geschlossene Stellung in Berührung
mit dem Ventilsitz linear bewegt, betätigt wird, geschaffen, wobei
die Schieberanordnung aufweist,
- a) erste und
zweite Schließscheiben,
die parallel und koaxial zueinander angeordnet sind, und beabstandet
sind, wobei sie einen Spalt zwischen sich bilden;
- b) ein elastisches Material, das den Raum zwischen der ersten
und der zweiten Schließscheibe füllt; und
- c) ein Querteil, das mit dem Betätigungsmechanismus verbindbar
ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Querteil quer über im Wesentlichen
die Gesamtheit der oberen Oberfläche
des elastischen Materials angeordnet ist, zwischen den Schließscheiben;
derart, daß,
wenn die Schieberanordnung aus der ersten offenen Stellung in die
zweite geschlossene Stellung bewegt wird, das Querteil das elastische
Material zusammendrückt und
das elastische Material veranlaßt,
auf die ersten und zweiten Schließscheiben zu drücken.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft auch ein verbessertes Doppelscheibenschieberventil
der Art, die einen Ventilsitz, einen Einlaß und einen Auslaß, eine
Schieberventilanordnung und einen Betätigungsmechanismus, der die
Schieberventilanordnung aus einer ersten offenen Stellung in eine
zweite geschlossene Stellung in Berührung mit dem Ventilsitz bewegt,
hat, wobei die Verbesserung aufweist, daß die Schieberventilanordnung
die Doppelscheibenschieberventilanordnung der vorliegenden Erfindung
ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
zeigt die Erfindung ein Doppelscheibenschieberventil, in dem die
Schieber ein elastisches Mittelteil, das zwischen den zwei Schließscheiben
angeordnet ist, mit einer Stielmutter und einem Querglied quer über das Oberteil
der Schieberanordnung, haben. Der Stiel des Schieberventils, der
mit der Stielmutter ztusammenwirkt, veranlaßt die Schieber quer über einen
Kanal aus einer offenen Stellung aus dem Fluidfluß und in
eine geschlossene Stellung in Berührung mit dem Ventilsitz zu
gleiten. Das Schließen
des Schieberventils bringt die Scheiben in anfängliche dichtende Berührung mit
den Ventilsitzen. Weiterer Druck nach unten durch den Ventilstiel,
nachdem die Berührung zwischen
der Schieberanordnung und dem Ventilsitz hergestellt worden ist,
drückt
die Stielmutter und das Querteil nach unten, wobei sie das elastische
Mittelteil zusammendrücken
und somit einen Auswärtsdruck
ausüben,
der die Scheiben gegen die Ventilsitze drückt. Ein mittleres starres
Rohr umgibt den Ventilstiel, während
er durch die Schieberanordnung hindurchgeht und verhindert, daß das elastische
Material einen Druck nach innen auf den Ventilstiel ausübt, während es
durch das Querteil zusammengedrückt wird.
-
Diese
Betätigung
erzeugt einen besseren dichtenden Eingriff mit der Sitzoberfläche und schließt ein Fließen aus.
Abnutzung der Schieberanodnung wird wesentlich vermindert, da die
Schieberanordnung nicht in Berührung
mit den Seitenwänden
des Sitzes kommt, während
sie zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegt
wird.
-
Um
Wirkungen von Korrosion und Abnutzung zu verhindern, werden das
elastische Mittelteil und die Schließscheiben in eine äußere Gummiumhüllung eingewickelt.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt
eine abgeschnittene Seitenansicht eines Doppelscheibenschieberventils
der vorliegenden Erfindung, wobei es die Schieber in einer teilweise
offenen Stellung zeigt,
-
2 zeigt
eine Boden-weggeschnittene-Ansicht der Schieberanordnung der vorliegenden Erfindung,
längs der
Linien 2-2 in 1.
-
3 zeigt
eine Endansicht des Doppelscheibenschieberventils der vorliegenden
Erfindung wobei durch das Ventilgehäuse geschnitten ist, um die
Ventilkammer und den Sitz zu zeigen.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Unter
Bezugnahme auf 1 ist das Doppelscheibenschieberventil
der Erfindung in einem Rohr (1) durch herkömmliche
Einrichtungen (nicht gezeigt) wie Flansche, Gewinde, usw. angebracht. Fluid
fließt
von einem Einlaß (2)
durch die Schieberkammer (3) und einen Auslaß (4)
(obwohl, natürlich, der
Fluidfluß nicht
gezwungen sein muß,
nur in diese Richtung zu fließen – die Begriffe „Einlaß" und „Auslaß" werden nur der Bequemlichkeit
halber benutzt). Zur Erleichterung des Zusammenbaus ist der Ventilkörper in
obere (6) und untere (7) Abschnitte oberhalb der
Schieberkammer (3) aufgeteilt, die durch herkömmliche
Einrichtungen wie Schrauben (8) aneinander befestigt sind.
-
Die
Ventil-Stiel-Anordnung ist herkömmlich. Ein
Ventilstiel (9) mit irgendeiner herkömmlichen Wirkbefestigung so
wie der gezeigte Sechskantkopf (10), dient dazu, die Schieberanordnung
(25) hinein und heraus aus der Schieberkammer (3)
zu heben und zu senken. Wie in 1 gezeigt,
kann das Ventil einen festen drehenden mit Gewinde versehenen Stiel
verwenden, der in eine mit Gewinde versehene Stielmutter (11)
paßt,
in der der Stiel (9) sich an seinem Ort dreht, und die
Schieberanordnung (25), die durch die mit Gewinde versehene
Stielmutter (11) angetrieben wird, fährt entlang des Stieles (9)
auf und ab, der sich durch eine Öffnung
(19) in der Mitte der Schieberanordnung (25) erstreckt.
In einem solchen Falle ist eine einfache Dichtung oder eine abgedichtete
Lagerung am Punkt (18) im Gehäuse (6) vorgesehen,
wo der Stiel (9) das Gehäuse (6) verläßt. Alternativ
kann der Punkt (18) die Windungen und die Stielmutter (11)
durch eine Drehgelenk-Verbindung enthalten, und der Stiel würde sich über den
Ventilkörper
erheben bzw. darunter fallen; oder der Stiel (9) würde direkt
linear durch eine Zahnstange oder einen hydraulischen Mechanismus
betätigt.
-
Die
Schieberanordnung (25) berührt, wenn sie in die Schieberkammer
(3) geglitten ist, die Dichtbereiche (5) an dem
Stromauf und Stromab-Seiten der Schieberkammer (3), wobei
sie den Fluidfluß abtrennt. 3 zeigt
die Schieberanordnung in einer teilweise abgesenkten Stellung. Wie
in dieser Figur gesehen werden kann erstreckt sich der Dichtbereich (5)
auf beide Seiten des kreisförmigen
Einlaßrohres (als
(2) gezeigt, und sich senkrecht zum Papier erstreckend)
und das Auslaßrohr
((4) in 1, oberhalb der Seite in 3 angeordnet),
was eine senkrechte Berührungsfläche (24)
bildet, aber der Boden (23) ist mit dem Rohr fortlaufend,
damit er keine Nische bildet, in der sich Ablagerungen sammeln könnten. Die
Schieberanordnung (25) ist so geformt, daß sie zu
diesem Abdichtbereich paßt,
wobei sie einen kreisförmigen
Bereich (21) hat, der mit dem Bereich (24) im
Dichtbereich (5), der den Rohreinlaß/auslaß (2) umgibt, dichtet,
und einen unteren Bereich (26), der gegen den Boden (23)
der Schieberkammer (3) dichtet.
-
Die
Erfindung benutzt eine neue Gestaltung der Schieberanordnung (25)
um eine verbesserte Dichtung mit möglichst geringem Betätigungswiderstand
zu erzielen. Die Schieberanordnung hat zwei Schließschieben
(14) und (16), vorzugsweise aus duktilem Eisen
wie bei herkömmlichen
Doppelscheiben-Schieberventilen. Der Bereich zwischen den Scheiben ist
mit einem elastischen Elastomermaterial (15) gefüllt, vorzugsweise
weichem Gummi, Neopren oder anderen Kunststoffmaterialien, mit einer Härte von
vorzugsweise 35–40
Durometer (obwohl ein weiter Bereich von Durometerwerten funktionieren
würde).
Die Stielmutter (11) ist an einem gebogenen Querteil (20)
angebracht, das über
dem oberen Teil des elastischen Materials (15) angeordnet
ist. Das Querglied (20) ist bevorzugt aus Metall hergestellt,
so wie Bronze oder rostfreiem Stahl, und ist einstückig mit
der Stielmutter (11) ausgebildet, obwohl ein zweistückiger Aufbau
möglich
ist.
-
Die
gesamte Schieberanordnung wird dann bevorzugt in einer härteren Gummi-
oder Kunststoff-Umhüllung
(17) eingeschlossen, bevorzugt mit einer Durometer-Härte von
ungefähr
70–75
(obwohl, wie für
das innere Material bemerkt, ein weiter Bereich von Durometer-Werten
funktionieren würde). Die
härtere
Umhüllung
(17) schafft Abnutzungsbeständigkeit und verminderte Reibung
und hält
außerdem
die gesamte Anordnung (25) in einem vereinigten Ganzen
zusammen.
-
Im
Gebrauch wird die Schieberanordnung (25) in die Schieberkammer
(3) durch den Betätigungsmechanismus
(hier als Stiel (9), der sich in die Stielmutter (11)
schraubt, gezeigt) abgesenkt. Da die Schieberanordnung (25)
etwas enger als der Raum zwischen den Dichtbereichen (5)
ist, gibt es wenig Widerstand zur Gleitbetätigung der Schieber. Wenn der
Boden der Scheibenanordnung (26) in Berührung mit dem Boden der Schieberkammer
(23) kommt, wird der Betätigungsmechanismus weitergedreht. Dies
bewirkt, daß das
Querteil (20) auf das elastische Material (15)
drückt,
wobei es das elastische Material (15) quetscht und somit
die Scheiben (14) und (16) veranlaßt, sich
nach außen
zu den Dichtbereichen (5) zu bewegen. Der Betätigungsmechanismus
wird gedreht, bis der Umfangs-Dichtbereich (21) auf der Schieberanordnung
(25) gut gegen den Umfangsbereich (24) auf dem
Dichtbereich (5) abgedichtet ist. Die Abnutzung der Schieberanordnung
und Widerstand gegen Betätigung
wird wesentlich vermindert, da die Schieberanordnung nicht mit dem
Sitz in Berührung
gerät,
während
sie zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung
bewegt wird.
-
Bevorzugt
ist ein starres Rohr (12), besonders bevorzugt aus einem
Metall wie Bronze oder rostfreiem Stahl hergestellt, in der Mitte
der Schieberanordnung (25) vorgesehen. Dies ermöglicht die Verwendung
der Schieberanordnung mit einem Betätigungsmechanismus der in den
Figuren gezeigten Art, worin der Stiel fest ist und Raum durch die
Schieber hindurch vorgesehen sein muß. Das Rohr (12) liefert
sowohl den Raum (19) für
den Stiel (9) und verhindert auch, daß das elastische Material nach
innen in den Raum drückt,
wenn es durch das Querteil (20) zusammengedrückt wird.
Falls nötig
können
die Scheiben (14) und (16) so geformt sein (22),
daß sie das
Rohr (12) enger umgeben. Das Rohr (12) ist nicht
erforderlich für
Betätigungsmechanismen
der Art, in denen der Stiel sich mit der Schieberanordnung nach
oben und nach unten bewegt, aber zur Einfachheit der Herstellung
kann er trotzdem eingeschlossen sein, wobei er die Verwendung einer Schieberanordnung
mit verschiedenen Arten von Betätigern
erlaubt.
-
Dementsprechend
sollte verstanden werden, daß die
Ausführungsformen
der Erfindung, die hier beschrieben wurden, nur erläuternd für die Anwendung
der Grundsätze
der Erfindung sind. Es wird aus der vorhergehenden Beschreibung
ersichtlich sein, daß zu Änderungen
in der Form, dem Verhältnis
und dem Aufbau der Teile des gezeigten Ventils gegriffen werden
kann, ohne vom Bereich der angehängten Ansprüche abzuweichen.