DE8300740U1 - Kugelhahn - Google Patents

Description

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DIPL-ING. HELMUT KOEPSELL 5 KÖLN 1 , 12. 1. 1983 ! PATENTANWALT M.ttelstrasse 7 ,

Telefon 102 21) 21Θ4 23

Rheinische Braunkohlenwerke AG. und
Peodor Burgmann Dichtungswerke GmbH. + Co.

I Rl/126 Kugel hahn h»«.-ni. bm· «ngi*<w ,

Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn zum Absperren von insbesondere für den ggf. bei erhöhter Temperatur und unter erhöhten Drücken erfolgenden Transport von Feststoffen oder von mit Staub beladenen gasförmigen Medien geeigneten Rohrleitungen mit Dichtringen, die zumindest mit Teilbereichen der sphärischen Dichtfläche des kugelförmigen Absperrkörpers des Kugelhahnes zusammenwirken.

Derartige Kugelhähne sind zum Absperren von Rohrleitungen geeignet, durch die Rohgas aus Vergasungsreaktoren abgeleitet wird. Dieses Rohgas ist mit Feststoffen in Form von Stäuben und Granulaten beladen, die aus Kohlenstoff, Ascheteilchen und sonstigen Verunreinigungen bestehen. Das Rohgas und die darin befindlichen Feststoffe weisen verhältnismässig hohe Temperaturen, ggf. bis zu 450* C, auf. Entsprechend den großen Mengen zu transportierenden Rohgases weisen die Rohrleitungen einen großen Nennquerschnitt auf», unter den vorbeschriebenen Bedingungen und bei den großen Rohrquerschnitten haben sich letztlich Kugelhähne als die geeignetesten Absperreinrichtungen erwiesen. Entsprechendes gilt auch für Rohrleitungen für den Transport anderer heisser Gasströme, die mit Staubpartikeln beladen sind.

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Normalerweise ist bei Kugelhähnen die angestrebte Dichtwirkung ohne besondere konstruktive Probleme zu erreichen. Dies gilt jedoch nicht mehr beim Einsatz unter den zuvor geschilderten Bedingungen. Die im Gas mitgeführten Peststoff teilchen führen zu einem Verschleiß der sphärischen Dichtflächen des kugelförmigen Absperrkörpers. Zur Abhilfe sind bereits Dichtringe mit Dichtpackungen vorgeschlagen worden, wobei diese Dichtpackungen auf den sphärischen Dichtflächen der Kugel aufliegen und gemeinsam mit diesen die gewünschte Abdichtung bewirken. Aber auch diese Dichtpackungen unterliegen unter den herrschenden rauhen Betriebsbedingungen einem schnellen VerschleiP mit der Folge, daß sie häufig erneuert werden müssen. Dies ist insbesondere auch deshalb nachteilig, weil zur Erneuerung der Dichtpackungen der Kugelhahn ausgebaut werden muß.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, einen Kugelhahn der einleitend beschriebenen Art so auszugestalten, daß die Betriebsdauer auch unter rauhen Betriebsbedingungen merklich erhöht wird. Dabei soll der Aufbau des Kugelhahns einfach und übersichtlich bleiben.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß der Kugelhahn mit Mitteln zum Nachstellen der Dichtringe versehen ist. Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise

den Verschleiß von innerhalb der Dichtringe anqeordneten und an den sphärischen Dichtflächen der Kugel anliegenden Dichtungspackunqen zu kompensieren dadurch, daß die Dichtringe in dem Maße, in welchem die Dichtungspackunqen verschleißen, in Richtung auf die Dichtflächen der Kugel zugestellt werden. Im allgemeinen wird die Anordnunq so getroffen sein, daß die Verstellmittel nahe jedem Überqang vom Durchflußkanal des Gehäuses zum Durchflußkanal des kugelförmigen Absperrkörpers angebracht sind.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung herausgestellt, bei welcher die Mittel zum Nachstellen der Dichtringe als Stellelemente ausgebildet sind, die miteinander zusammenwirkende Keilflächen aufweisen. Derartiqe, vorzuqsweise rinqförmig ausgebildete Stellelemente weisen einen einfachen Aufbau auf. Außerdem sind sie im Vergleich zu anderen Mitteln, beispielsweise Verstellsegmenten und Verstellfedern, auch unter den verhältnismäßig rauhen Bedingungen gen betriebssicher. Die Keilflächen sind nur wenig der Verschmutzung und dem Verschleiß unterworfen, da sie unmittelbar aneinanderliegen und das Ausmaß der relativen Verschiebung zwischen ihnen gering ist. Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind die Keilflächen jeweils an zwei zu den Dichtringen koaxialen Stellringen angebracht, von denen wenigstens einer quer zur Ringachse verschiebbar angeordnet ist. Auf diese Weise wird

erreicht, daß ein Nachstellen der Dichtunqselemente auch während des Betriebes des Kugelhahnes erfolgen kanu. Es ist somit nicht erforderlich, zum Zwecke des Nachstellens den Kugelhahn auszubauen und somit Betriebsunterbrechungen in Kauf zu nehmen.

Did konstruktiv zweckmäßigste Lösung wird im allgemeinen darin bestehen, von den beiden Stellringen den axial äußeren Ring quer zur Ringachse einstellbar anzuordnen. Zu diesem Zweck kann der Ring mit einer Spindel versehen sein, die zweckmäßig in einer Gewindebohrung des Gehäuses geführt ist. Die Verstellung sollte nur in einer Richtung, d. h. in Zustellrichtung vorgenommen werden, so daß das Erreichen des Endes des Verstellweges zugleich auch den Verbrauch der Dichtelemente anzeigt. Eine derartige Ausgestaltung hat auch den Vorteil, daß sie gegen eine zu starke Zustellung des Stellringes, die unbeabsichtigt erfolgen kann, unempfindlich ist. Die beiden zusammenwirkenden Stellringe können aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen , die so ausgebildet sind, daß sie das Gleiten der Keilflächen aufeinander begünstigen. So kann beispielsweise der innere, also jeweils dem Absperrkörper zugekehrte Stellring aus Hartbrandkohle bestehen, während für den äußeren Stellring eine Lagerbronze gewählt wird. Diese Werksstoffauswahl führt dazu, daß die Ringe leicht aufeinandergleiten, so daß die Zustellkräfte am

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jeweils quer zur Achse verschiebbaren Stellring verhältnismäßig gerinq sein können mit dem Ergebnis, daß eine sehr feinfühlige Zustellung möglich wird.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann an der äußeren Ringfläche des jeweiligen Dichtringes, die dem inneren Stellring zugekehrt ist und an diesem anliegt, eine weitere Dichtungspackung eingefügt werden. Diese Dichtfläche unterliegt zwar keinem Verschleiß, da zwischen dem Dichtring und dem inneren Stellring im allgemeinen keine Relativbewegung auftritt. Jedoch würde eine derartige zusätzliche Dichtpackung das Eindringen von Feststoffpartikeln verhindern, so daß eine zusätzliche Dichtwirkung erreicht wird.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Kugelhahn im Längsschnitt im Schema dargestellt.

Der Kugelhahn besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1 , das aus einem mittleren Ringabschnitt 2 und zwei mit Flanschen versehenen Anschlußstücken 3 zusammengeretzt ist, sowie einem kugelförmigen Absperrkörper 4, der innerhalb des Gehäuses drehbar auf einem iapfen 5 qelagert ist. Zapfen 5 und Betätigungsspindel 6 verlaufen senkrecht zum Durchflußkanal 7 des Hahns. Der kugelförmige Absperrkörper 4 ist in der üblichen Weise mit einem Dnrchganq 8 versehen ,dessen Querschnittsabmessungen an die des Durchflußkanals 7

angepaßt sind. In der in der Zeichnung dargestellten Lage des Absperrkörpers 4 ist der Hahn geöffnet. Eine Drehung des Absperrkörpers 4 um 90" gegenüber der in der Zeichnung dargestellten Position führt zur Schließstellung, in welcher der Durchgang 8 senkrecht zum
Durchflußkanal 7 verläuft.

Im Bereich des Ringabschnitts 2 sind zwei innere Dichtringe 9 angeordnet, die zwischen Ringabschnitt 2 und jeweils einem der beiden Anschlußstücke 3 und dem kugelförmigen Absperrkörper 4 eingelegt sind. Diese Dichtringe unterliegen keinem das übliche Ausmaß übersteigenden Verschleiß, da der sie [I

aufnehmende Bereich durch die äußeren Dichtringe gegenüber i

dem Durchflußkanal 7 und dem Durchgang 8 abgedichtet ist.

Die äußeren Dichtringe 10 verlaufen, wie die inneren f

Dichtringe 9, koaxial zum Ourchflußkanal 7 und zum Durchgang % 8. Sie sind in einem Abschnitt 11 größeren Innendurchmessers \'_: des jeweiligen Anschlußstückes 3 angeordnet. An ihrer jeweils dem Absperrkörper 4 zugekehrten Seite bind die "j äußeren Dichtringe 10 entsprechend der äußeren Gestalt des ;■ Absperrkörpers 4 sphärisch begrenzt. Zur Verbesserung der Dichtwirkung gegenüber dem Absperrkörper 4 sind die Dichtringe 10 an ihrer dem Absperrkörper 4 zugekehrten Seite mit einer umlaufenden, nutförmigen Ausnehmung versehen, in welcher eine Dichtpackung 12 angeordnet ist. Die Werk-

stoffauswahl kann dabei so qetroffen sein, daß beispielsweise der Absperrkörper 4 aus VA-Stahl, der Dichtring 10 a'is hochwertiger Bronze und die Packung 12 aus einem hochverschleißfesten elastischen Werkstoff, beispielsweise metallimpragnierten Graphit, bestehen. Letzteres hat noch den Vorteil einer guten Gleitfähigkeit. Weiterhin können M noch Rundschnurpackungen od. dgl. zwischen Dichtring 10, ii Anschlußstück 3 und/oder Absperrkörper 4 vorgesehen sein.

i; Insbesondere die äußeren Dichtelemente, vor allem die

;; Dichtungspackungen 12 aus metallimprägnierten Graphit,

k unterliegen einem merklichen Verschleiß, und zwar ins-

besondere auf Grind des Vorhandenseins der Feststoffpartikel

$ in dem Medium, welches durch die durch den Kugelhahn i: absperrbare Leitung strömt. Um zu verhindern, daß der Verschleiß zu einer Beeinträchtigung der Dichtwirkung führt, besteht die Möglichkeit, die Dichtringe 10 in Richtung auf den Absperrkörper 4 zuzustellen. Zu diesem Zweck sind jedem Dichtring 10 zwei Ste}lringe 13 und 14 zugeordnet, die innerhalb des Abschnittes 11 im wesentlichen koaxial zum jeweiligen Dirhtring 10 angeordnet sind. Der jeweils äußere 14 der beiden Stellringe 13 und 14 stützt sich dabei an einer Schulter 15 ab, die den Abschnitt 11 begrenzt. Der äußere Stellrinq 14 ist zudem quer zur Längsachse des Durchflußkanals 7 verschiebbar. Beide jeweils zusammenwirkenden Stellringe 13 und 14 sind in Seitenansicht

keilförmig ausgebildet und derart angeordnet, daß die sich aus der keilförmigen Ausgestaltung erqebenden Schrägflächen aneinander anliegen. Mithin hat eine Verschiebung des Stellringes 14 quer zur Längsachse des Durchganges 8 -bezogen auf die Darstellung in der Zeichnung - von oben nach unten zur Folge, daß eine axiale gegen den Dichtring 10 gerichtete Kraftkomponente wirksam wird, die den Dichtring 10 in Richtug auf den kugelförigen Absperrkörper 4 zu verschieben versucht. Jedem der beiden quer verschiebbaren Stellringe 14 ist eine Spindel 16 zugeordnet, mittels welcher die ein Anstellen des Dichtringes 10 verursachende Querverschiebung des Rinqes 14 bewirkt werden kann.

Das Ausmaß der für das Anstellen des Dichtringes 10 erforderlichen Verschiebung ist sehr gering. Die miteinander zusammenwirkenden Gleitflächen der beiden Stellringe 13 und 14 können ohne qroßen Aufwad so genau bearbeitet sein, daß die Gefahr des Eindringens von Feststoffpartikelchen zwischen beide Flächen nicht besteht. Zur Verbesserung der Gleitwirkung kann der innere Stellring 13 aus Hartbrandkohle hergestellt sein, während der äußere, quer verschiebbare Stellring 14, der die durch die Spindel 16 ausgeübten Kräfte aufzunehmen hat, vorteilhaft aus Lagerbronze gefertigt ist. Aufgrund der Anordnung der Stellringe 13 und 14 in dem durch Schulter 15 und Dichtring 10 begrenzten Raum ist eine ungewollte Verstellung der Stellringe 13 und 14 nicht

möglich, zumal deräußere Durchmesser des lediglich in Richtung der Längsachse des Durchflußanals 7 verschiebbaren inneren Stellringes 13 dem Innendurchmesser des Abschnittes 11 angepaßt ist. Zur Sicherung qegen Verdrehen kann zusätzlich noch zwischen dem breiteren Abschnitt des inneren Stellringes 13 und dem jeweils zugehörigen Anschlußstück 3 eine Nut-Feder-Verbindung vorgesehen sein.

An der dem jeweils inneren Stellring 13 zugekehrten Stirnfläche des Dichtringes 10 ist eine weitere Dichtpackung 17 angeordnet, die ein Eindringen von Feststoffteilchen verhindern soll, obwohl diese Dichtpackung normalerweise nicht unbedingt erforderlich sein wird.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr besteht beispielsweise die Möglichkeit, anstelle der Spindel 16 ein anderes Betätigungsmittel vorzusehen. Ggf. kann die Anordnung auch so getroffen sei, daß der jeweils querverschiebbare Stellring 14 unter der fortwährenden Einwirkung eines Federmittels steht, welches ein selbsttätiges Anstellen des Dichtringes bewirkt. Allerdings hat die Spindel 16 den Vorteil, daß sie den querverschiebbaren Stellring zugleich in seiner Lage fixiert, so daß ein Rückstellen der zusammenwirkenden Tei-le entgegen der Zustellrichtung beispielsweise beim Verdrehen des Absperrkörpers 4 ausgeschlossen bleibt.

Auf die Darstellunq von Stopfbuchsen oder anderen Dichteinrichtunqen, mit welchen die Spindeln 6 und 16 normalerweise qeqenüber dem Gehäuse abqedichtet sind, wurde verzichtet.

Claims (7)

^Ansprüche

1. Kugelhann zum Absperren insbesondere für den ggf. bei erhöhter Temperatur und unter erhöhten Drücken erfolgenden Transport von Feststoffen oder von mit Staub beladenen gasförigen Medien geeigneten Rohrleitungen mit Dichtringen zum Abdichten von wenigesnstens einem Teil der sphätschen Dichtflächen des kugelförigen Absperrkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (13, 14) zum Nachstellen der Dichtringe (10) vorgesehen sind.

2. Kugelhahn nach Ansspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Nachstellen der Dichtringe keilförmige Elemente (13, 14) aufweisen, die relativ gegeneinander verschiebbar sind und den zugehörigen Dichtring (10) in Richtung auf den kugelförmigen Absperrkörper (4) beaufschlagen.

3. Kugelhahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die keilförmigen Elemente als Keilringe (13, 14) ausgebildet und im wesentlichen koaxial zum zugehörigen Dichtrinq (10) angeordnet sind, wobei wenigstens einer der Keilringe(13, 14) quet verschiebbar ist.

4. Kuqelhahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dem zugehörigen Dichtring (10) abgekehrte Stellring (14) querverschiebar angeordnet ist.

5. Kugelhahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die keilförmigen Stellrir.ge (13, 14) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

6. Kugelhahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (10) jeweils an ihrer dem kugelförmigen Absperrkörper (4) zuqekehrten Seite mit Dichtunqseinlaqen (12) versehen sind.

7.Kuqelhahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (10) jeweils an ihrer dem Stellring (13, 14ϊ zugekehrten Seite mit einer Dichtungseinlage (17) versehen sind.