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Absperrschieber für hohe Drücke und heiße Betriebsstoffe Bei dem Erfindungsgegenstand
handelt es sich um einen Schieber bzw. um ein Absperrorgan für flüssige oder gasförmige
Stoffe, insbesondere für Heißdampfanlagen. Nach dem Stand der Technik werden für
diese Fälle Schieber verwendet, deren Sitzflächen parallel, zum Teil auch keilförmig
ausgebildet sind. Die Schieber mit parallelen Dichtflächen sind fast immer so ausgebildet,
daß die eigentlichen Verschlußplatten zuerst von ihren Sitzen inderRohrachsenrichtung
abgezogenwerden, bevor sie längs verschoben werden. Zweck dieser Maßnahme ist, die
Dichtungsflächen vor einer Überbelastung zu schützen. Die genannte Bauart hat heute
weniger Bedeutung, da der Innenaufbau immer sehr kompliziert ist und demzufolge
eine gewisse Störungsgefahr unvermeidbar bleibt. Die Herstellungskosten sind ebenfalls
sehr hoch. Aus diesen Gründen hat der ebenfalls als bekannt vorausgesetzte Keilplattenschieber
sich in den letzten Jahren eine immer größere bzw. umfangreichere Anwendung gesichert.
Der Aufbau ist hier wesentlich einfacher. Die Herstellungskosten sind niedrig. Damit
sind aber die dem Absperrschieber allgemein anhaftenden Mängel noch nicht beseitigt.
Die bekannten Schieber aller Konstruktionsarten haben den gemeinsamen Nachteil,
daß die Plattenbelastungen, wie diese durch den Betriebsstoff bzw. dessen Druck
hervorgerufen werden, in geschlossenem Zustand immer auf die Flächen der Dichtungsringe
übertragen werden. Bei dem Keilplattenschieber verkleinern sich außerdem während
des Öffnungsvorganges diese Dichtungsflächen. Der kritische Kleinstwert wird im
Moment des Öffnens erreicht. In diesem Augenblick sind die tragenden Ringflächen
mit zwei verschobenen Ringen zu vergleichen, wobei die in den überschneidenden Kanten
liegenden
Flächen die eigentliche Tragfläche darstellen. Es besteht bei bekannten Schiebern
also immer eine Überbeanspruchung des Dichtungsringwerkstoffes.
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Bei den im Hochdruckdampfgebiet verwendeten Absperrmitteln legt man
besonderen Wert darauf, daß das Schiebergehäuse bei geschlossenem Schieber drucklos
ist. Demzufolge ist es notwendig, den Verschlug auf fier Druckseite sehr dicht zu
machen und dazu den Anpreßdruck sehr hoch zu wählen, und zwar muß es die Konstruktion
erlauben, die Verschlußplatten so stark auf die Sitzringe in dem Gehäuse anzudrücken,
daß der von dem Durchflußstoff herrührende Plattendruck überwunden wird und außerdem
noch der notwendige Druck für das Dichthalten aufgebracht wird. Bei einem Schieber,
z. B. NW Zoo und ioo atü Betriebsdruck, ergibt sich als Plattendruck eine Belastung
von rund 38 ooo kg. Der erforderliche Dichtungsdruck bei einer Dichtungsringbreite
von 2o mm beträgt 13 ooo kg; zusammen ergibt dies für die der Strömung abgekehrte
Plattenseite eine Belastung von 51000 kg. Aus diesem Zahlenbeispiel geht schon hervor,
wie schwierig es ist, einen Schieber zu konstruieren, der für den angegebenen Betriebsdruck
seinen Zweck erfüllt. Den Absperrorganen, die nach den bekannten Konstruktionsprinzipien
hergestellt sind, haftet ein weiterer Nachteil an, der auf die verschiedenartige
Ausdehnung der einzelnen Teile des Schiebers zurückzuführen ist, die infolge der
hohen Betriebstemperaturen auftritt. Die Schiebergehäuse mit den Stutzen für die
Anschlußrohre haben durch ihre Form einen ganz anderen Ausdehnungscharakter als
die Innenteile. Auch ist die Beanspruchung ganz verschiedenartig. Das Gehäuse steht
unter dem Druck des Betriebsstoffes, und die Innenteile werden allgemein von dem
Betriebsstoff umspült. Die Folge ist, daß ein Schieber, der bei der Betriebstemperatur
ohne besondere Widerstände geschlossen werden kann, sich nach dem Erkalten oftmals
unter Anwendung der größten Kräfte nicht mehr öffnen läßt. Der Versuch, die Verschlußplatten
elastisch zu halten, damit die Spannungstoleranzen ausgeglichen werden, bringt nicht
den gewünschten Erfolg. Das gefürchtete Einschrumpfen der Innenteile wird wohl vermieden.
Bei dem elastischen Verhalten der Verschlußplatten wird eine gewisse Biegung in
Kauf genommen. Diese Durchbiegung der Verschlußplatten bedingt aber auch eine Durchbiegung
der Abdichtungsflächen. Das hat zur Folge, daß dann die Abdichtungsflächen nur noch
an den Innenkanten zum Tragen kommen. Die spezifische Belastung der noch zum Tragen
kommenden Dichtflächen erhöht sich hierbei ganz bedeutend. Eine Zerstörung der Dichtflächen
in kurzer Zeit ist die Folge der Überbelastung.
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Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, einen Schieber zu entwickeln,
der insbesondere für Dampf bzw. für Durchflußstoffe von höheren Temperaturen geeignet
ist und die vorerwähnten Nachteile nicht aufweist. Zu diesem Zweck wird bei dem
Erfindungsgegenstand besonders darauf Rücksicht genommen, daß die gefürchteten Wärmespannungen
auf die Verschluß- und Abdichtungselemente keinen Einflug ausüben können und die
Dichtungsringe selbst nur so hoch belastet werden, wie es für den verwendeten Werkstoff
angebracht erscheint und für das gute Dichthalten erforderlich ist.
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Abb. i zeigt diesen Schieber im Längsschnitt, Abb.2 zeigt den gleichen
Gegenstand im Querschnitt.
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Statt der früher verwendeten Verschlußplatten, gleichgültig ob es
sich um eine Parallel- oder Keilplattenanordnung handelt, wird in diesem Fall ein
massiver Keil i als Absperrelement benutzt. Der Keil i ist in einem Traggestell
2, das gleichzeitig in geöffnetem Zustand als Leitrohr dient, mittels der Bolzen
4 und 5 fest untergebracht. Dieses Traggestell 2 hat seitlich übergreifende Leisten
6 und 7. In das Gehäuse 8 bzw. in dessen Anschlußstutzen sind links und rechts membranartige
Büchsen 9 und io angeordnet, die an den Stutzenenden fest verschweißt sind. Der
nach innen ragende Teil der konisch gehaltenen nachgiebigen Büchsen 9 und io dient
zur Aufnahme der Abdichtungsflächen i i und 12. Diese Büchsen werden im Gehäuseinnern
seitlich von dem Keiltraggestell 2 bzw. den seitlichen Vorsprüngen 6 und 7 umfaßt,
so daß der Abschlußkeil i keinerlei Bewegung in seitlicher Richtung ausführen kann.
Die seitlichen Vorsprünge 6 und 7 legen sich gleichzeitig mit ihren Stirnflächen,
je nachdem die Strömung von rechts oder von links kommt, auf die Kragenhälse 13
bzw. 14 auf, um den auf dem Abschlußelement lastenden Druck, wie er durch die Spannung
des Durchflußstoffes erzeugt wird, zu übertragen. Die Wirkungsweise äußert sich
wie folgt: Beim Schließen des Schiebers wird der Keil i durch eine Spindel mittels
Gewinde bzw. durch Drehen des Handrades in bekannter Weise bewegt. Sobald der Absperrkeil
mit den Dichtflächen i i und 12 in Berührung kommt und zur Abdichtung neigt, entsteht
auf der Platte der Lastdruck durch den Betriebsstoff. Da der Keil i selbst durch
die Bolzen 4 und 5 mit dem Traggestell 2 fest verbunden ist, wird letzteres mit
den seitlichen Vorsprüngen 6 und 7 an die Gehäusewand bzw auf die Stirnseiten der
Hälse 13 und 14 angedrückt. Beim Weiterdrehen des Handrades wird vom Gehäuse dieser
Lastdruck weiterhin unverändert übernommen. Gleichzeitig werden aber die Büchsen
9 und io durch den Keil i federnd nach außen gedrückt bzw. durchgebogen. Die federnde
Druckspannung der konischen Büchsen 9 und io wird auf die Dichtungsflächen des Keils
i übertragen, die dann als eigentlicher Dichtungsdruck in Betracht kommt. Beim Auftreten
von Wärmespannungen wirken die Büchsen 9 und io mehr oder weniger als ausgleichendes
Element, ohne daß sich dies im besonderen Ausmaß auf die spezielle Druckbelastung
der Dichtungsflächen auswirkt. Die Folge ist, daß die Belastungskräfte im kalten
und heißen Zustand der Armaturen ziemlich gleich bleiben. Auch wird die auf die
Platten wirkende Last, wie sie von der Spannung des Betriebsstoffes hervorgerufen
wird, nicht mehr wie bei den bisher bekanntgewordenen Keilschiebern von den Dichtungsflächen
aufgenommen,
sondern auf ein Gehäuseteil, das für das Dichthalten
der Armaturen keinerlei Bedeutung besitzt, übertragen. Dadurch wird ein Verschleiß,
wie er als Folge der hohen Beanspruchung unvermeidlich ist, an den hochwertigen
Oberflächen der Dichtungsringe ausgeschaltet. Das gefürchtete Werfen der Dichtungsringe
infolge einer Verspannung durch die Anschlußrohrleitungen oder Überbeanspruchungen
wird ebenfalls vermieden. Die Anordnung elastischer Druckbüchsen wie vorbeschrieben
beschränkt sich nicht auf Schieber ausschließlich. Die fortschrittliche Lösung kann
auch bei anderen Absperrorganen angewendet werden, bei denen im Betrieb Drücke an
den Dichtflächen zwischen Verschlußstück und Gehäuse auftreten, die sonst nicht
beherrscht werden können.