DE1675549C3 - Absperr- und Regulierventil - Google Patents

Description

Fig. 12 und 13 sind typische Strömungsdiagramme für bekannte Ventilklappen bzw. für Drehventil gemäß der Erfindung.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ventil 20 ist versehen mit Kraftantriebseinrichtungen 21 und Handantriebs- oder Obersteuerungseinrichtungen 22. Die gesamte Anordnung kann als Einheit zwischen zwei Abschnitten 23 und 23 eines Fördersystems für Flüssigkeiten orier Gase oder eine Leitung eingeschaltet werden. Die Leitung bzw. die Rohrabschnitte 23 und 25 besitzen entsprechende Flanschen 24 und 26, die miteinander Ober das Ventil 20 in üblicher Weise mittels einer Mehrzahl von Zugankern 27 verbunden sind, die an den Enden verschraubt sind. Übliche Dichteinrichtungen (nicht gezeigt) sind zwischen den Enden des Ventils 20 und den Flanschenden der Rohrabschnitte 23 und 25 vorgesehen. Das Ventilgehäuse 30 des Ventils 20 hat vorzugsweise einen geschlitzten Teil oder Gabelteil 31, der mit einem der Zuganker 27 zur Verhinderung von Drehung des Ventils 20 relativ zu den Leitungsabschnitten 23 und 25 zusammenwirke Das Gehäuse 30 des Ventils 20 schließt eine Ventilkammer 32 ein mit öffnungen 33 und 34 an deren Enden, die die erforderlichen Strömungsverbindungen zwischen der Kammer und den Leitungsabschnitten 23 und 25 darstellen. Von einer Seite des Ventilgehäuses 30 ragt ein rohrförmiger Arm 35 nach außen längs der Achse B-B vor, die seitlich gegenüber der Längsachse oder Strömungsachse A-A durch das Ventilgehäuse versetzt ist. Der Arm 35 erstreckt sich auch in die Kammer 32 und bildet dort einen ringförmigen Vorsprung 36, der axial mit einem ringförmigen Vorsprung 37 auf det entgegengesetzten Seite der Ventilkammer fluchtet. Ein vergrößerter oder sich radial erstreckender Ringflansch 38 mit einer Anzahl Abstand voneinander aufweisender öffnung 39 ist am freien Ende des Arms 35 zur Anbringung von Antriebseinrichtungen 21 und 22 vorgesehen, wie weiter unten beschrieben werden.

In den Vorsprüngen 36 und 37 ist in Büchsen die Betätigung.welle 40 längs der Querachse SiS drehbar gelagert und erstreckt sich aus dem Flanschende des Arms 35 heraus, das eine geeignete Ringdichtung oder Packung 41 zur Verhütung von Leckverlusten aus der Kammer 32 längs des Schaftes enthält. Ein Arm 42 weist an einem Ende eine öffnung 43, die auf dem Ende des Arms 3i sitzt, und eine Anzahl von Abstand voneinander aufweisenden öffnungen 44 entsprechend den öffnungen 39 zur Anbringung des Arms an dem Flansch 38 mittels Bolzen oder Schrauben 45 auf, wie aus Fig.3 und 5 zu eiaehen ist. An dem Arm ist ein Lagerdeckel, eine Konsole oder dergleichen für eine Lageranordnung 46 vorgesehen, die dasjenige Ende der Welle 40 drehbar lagert, welches dem in dem Vorsprung 37 gelagerten Wellenende entgegengesetzt ist.

Das andere Ende des Arms 42 ist in geeigneter Weise mit den Antriebseinrichtungen 21 verbunden, die im dargestellten Beispiel von einem Zylinder 47 eines in axialer Richtung arbeitenden Motors mit einem Kolben 48 gebildet werden, der mit dem einen Ende des Ventilbetätigungsanns- oder -hebeis 50 gelenkig verbunden ist, der auf die Welle 40 aufgekeilt oder in anderer geeigneter Weise mit dieser verbunden ist. Der Axialmotor 21 gehört vorzugsweise dem Typ an, der durch Druckflüssigkeit ausgedehnt wird und eine Rückführfeder besitzt Der Arm 42 weist weiterhin ein Teil 49 nahe der Lageranordnung 46 (F i g. 6) auf, der mit Gewinde versehen is;, oder als Mutter ausgebildet ist und für die Handbetätigungscinrichtungen oder Über-

ίο

steuerungseinrichtungen 22 dient.

Die Handbetätigungs- oder Übersteuerungseinrichtungen ?2 bestehen aus einer Gewindespindel 52 mit Handrad 53 an einem Ende. Die Spindel 52 ist drehbar und axial beweglich in dem Mutterteil 49 gegen einen Anschlag 51 am Ende des Arms 50, der entgegen dessen mit dem Kolben 48 verbundenem Ende gelegen ist. Wie sich aus Fig.6 ergibt, bewegt sich die Gewindespindel 52, wenn sie gedreht wird, axial gegen den Anschlag 51, wodurch der Arm 30 entgegen der Rückführfeder des Motors 21 um die Achse fl-flaus seiner in durchgezogenen Linien gezeigten Stellung in Richtung der gestrichelt gezeichneten Stellung gedreht wird. Wenn die Gewindespindel 52 im entgegengesetzten Sinn gedreht wird, bewegt sie sich in axialer Richtung weg von dem Anschlag 51, wobei ihr der Arm 50 folgt, indem er sich nunmehr in der entgegengesetzten Richtung zu der in durchgezogenen. Linien gezeigten Stellung unter der Wirkung der Rückführfeder des Motors 21 dreht. Eine Gegenmutter 54 ist auf der Gewindespindel 52 zur Sicherung gegen Bewegung in ^ /er vorbestimmten Stellung vorgesehen. Eine Skala 55 lu.d ein Zeiger 46 sind an dem Arm 42 und an dem Hebel 50 vorgesehen, um eine sichtbare Anzeige für die Stellung des Ventilkörpers 60 des Ventils 20 zu gewähren, die von besonderen Nutzen ist, wenn die Gewindespindel 52 als Grenanschlag eingestellt werden soll.

Unter Bezugnahme auf Fig.4 erkannt man, daß die Ventilabsperrung in diesem Beispiel an der öffnung 33 durchgeführt wird, die stufig gebohrt und mit Gewinde versehen ist. Ein Ventilsitzring 57 mit einer äußeren Ringschulter ist in der stufigen Bohrung durch eine Ringmutter 59 gehalten. Die innere Ringkante des Ventilsitzrings 57 ist zweckmäßigerweise zur Bildung einer kreisförmigen Ventilsitzfläche bearbeitet, deren Mitte auf der Längs- oder Strönnungsachse A-A liegt und die in diesem Fall, jedoch nicht notwendigerweise, mit der Ventilkammer 32 und der Öffnung 34 fluchtet.

Aus den Fig.3 und 9 bis 11 erkennt man, daß der Ventilkörper 60 von einheitlichem einstückigem Aufbau ist. Am einen Ende bildet er die rohrförmigen Nabe 61, die mittels Keilen oder in anderer geeigneter Weise mit der Welle 40 verbunden ist. Das Merkmal, daß sie dieselbe Länge wie die Welle 40 zwischen den beiden Lagen hat, dient ihrer axialen Festlegung. Ein Paar zusammenlaufender Arme 62 erstreckt sich von den Enden der Nabe 61 zu dem als kreisförmige Teller ausgebildeten Verschlußstücks 64, das eine im wesentlichen starre, sphärische Fläche 65 am anderen Ende des Ventilkörpers 60 bildet. Die Arme 62 sind konisch oder in anderer zweckmäßiger Weise: so geformt, daß sie einen Teil 63 verringerter Dicke nahe dem Versch'ußstück 64 bilden, der biegbar ist und entsprechend eine gewisse Winkelverschiebung oder Spannung des Ventiltellers ermöglicht, um vollständiges Aufsetzen der sphärischen Fläche 65 auf der Ventilsitzfläche 58 des Ventilsitzrings 57 zu ermöglichen. Der mittlere Teil der sphärischen Fläche 65 ist — wie gezeigt — vorzugsweise entfernt, um Hie während der Betätigung des Ventils 20 zu bewegende Masse des Ventilkörpers 60 zu verringern. Die öffnung 34 ist von größerem Durchmes= ser als der Ventilteller 64 oder ais die axiale Länge der Nabe 61. Das Ventilgehäuse 30 kiinn dadurch einstückig aufgebaut sein, indem die Zurückziehung der Welle 40 aus dem Ventilgehäuse 32 durch den rohrförmigen Arm 35 den Ventilkörper 60 befreit, so daß er durch die öffnung 34 entfernt werden kann.

Zum völligen Verständnis der Betriebsweise des

erfindungsgemäßen Ventils ist eine Diskussion der Geometrie der zugehörigen inneren Teile erforderlich. Wie erwähnt wurde, ist die Achse A-A die Längsachse oder Strömungsachsc der Ventilkammer 32 und des Ventilsitzrings 57. Die Mitte der Kreisfläche 58, die das innere Ende der gesteuerten öffnung darstellt, liegt auf der Achse A-A. Der Ventilkörper 60 hat eine Mittelachse C-C durch das VerschluBstück 64, die im wesentlichen mit der Achse A-A zusammenfällt, wenn die sphärische Fläche 65 auf dem Ventilsitz 58 aufsitzt, wie es durch die getrichelt gezeichnete Stellung des Ventilkörpers 60 in l·' i g. 4 angedeutet ist. Dadurch liegt auch das auf der Mittelachse C-Cliegcnde Zentrum der sphärischen Fläche 65 auf der .Slrömiingsachse A-A. wenn der Ventilkörper 60 den Ventilsitz 57 gegenüber der Strömung abschließt.

Die Querachse B-B ist die Drehachse der Welle 40 und des Ventilkörpers 60 bzw. der Nabe 61 des Ventilkörpers, die mit der Welle 40 verbunden ist; diese Achse ist gegenüber dem Zentrum D der sphärischen fläche 65 längs der Achse C-C in einer Richtung weg von dem Ventilteller 64 versetzt. Die Querachse B-B ist außerdem versetzt von den Achsen A-A und C-Cin der Schließrichtung des Ventilkörpers 60 angeordnet, die im wesentlichen senkrecht /u ihr und zu den Achsen gerichtet ist, gegenüber denen sie versetzt ist. Das Zentrum D der sphärischen Fläche 65 beschreibt daher einen gebogenen Weg E, wenn der Ventilkörper gedreht wird, so daß die sphärische Fläche Cj ruaiiv zur Ventilsitzfläche 58 eine Drehung verbunden mit axialer Bewegung bzw. exzentrische Drehung durchführt.

Der Punkt P, an dem sich die Flächen 58 und 65 zuerst berühren, wie es in F i g. 4 gezeigt ist. liegt auf der Vorderseite des Verschlußstücks 64 in der Richtung seiner Schließbewegung; danach wird die axiale Komponente der exzentrischen Drehkraft längs der Mittelachse C-C über einen Hebelarm D-D ausgeübt. Die Axialkraft längs der Achse C-C zwingt dem Verschlußsitick 64 eine Schwenkbewegung um den Punkt P der Anfangsberührung bis zum völligen Aufsitzen der sphärischen Fläche 65 auf der Ventilsitzflächc 58 auf. Diese Schwenk- oder Aufsetzbewegung wird dem Verschlußstück 64 durch eine begrenzte Biegung in den Teilen 63 verminderter Dicke der Arme 62 ermöglicht; es wird dabei eine Metall-Auf-Metall-Dichtung zwischen harten oder starren Flächen erreicht. Ähnliche Funktionen im umgekehrten Sinne spielen sich ab, wenn das Öffnen des Ventils beginnt. In diesem Augenblick zwingen die von der Biegung des Arms 62 herrügenden Kräfte das Verschlußstück 64, um den Berührungspunkt P so zu schwenken, daß die Vorderseite der Fläche 65 in der Richtung der Öffnungsbewegung sich von der Fläche 58 anhebt und den Ventilsitz 57 sofort öffnet, sobald die Öffnungsbewegung beginnt. Die wirkungsvolle Metall-Auf-Metall-Dichtung zwischen den Flächen 58 und 65 des Ventilsitzes 57 und des Verschlußstücks 60 macht einen verformbaren Dichtungsteil oder ausgedehnte Reibflächen unnötig. Es gibt auch keinen toten Gang oder eine über den Absperrpunkt hinausgehende Bewegung des Ventilkörpers oder der Betätigungseinrichtungen und die Strömungssteuerung endet bzw. beginnt unmittelbar mit der Beendigung bzw. mit dem Beginn der Ventilbetätigung.

Die Kennlinie (Durchsatz in Abhängigkeit von der Ventilöffnung) eines typischen, konventioncHcn Klappenventils wird durch das Diagramm 12 wiedergegeben.

Ks geht daraus hervor, daß eine gewisse Ventilbcwegung bereits auftritt, bevor die Strömung beginnt. Dies rührt daher, daß der Ventilkörper, ein Exzenter oder ein Nocken verstellt werden muß, bevor sich das Verschluß-"> stück von dem Sitz abheben kann. Sobald die Strömung beginnt, ist der Strömungsanstieg äußerst schnell, wie durch die Kurve veranschaulicht wird, während nach etwa 25% der Ventilbewegung keine nennenswerte Änderung der Strömungsmenge mehr stattfindet. Ein

ι«) entsprechendes Diagramm wird von Fig. 13 für ein Ventil gemäß der Erfindung gezeigt. Es geht daraus ohne weiteres hervor, daß die Strömung unmittelbar mit der anfänglichen oder Schlußbewegung des Ventils beginnt oder endet und daß die Veränderung der

'"' Strömungsmenge in den kleineren oder anfänglichen Vcntilstellungen wesentlich gerirgcr ist, als wenn der Ventilkörper sich um einige Grade von der gesteuerten öffnung wegbewegt hat. Weiterhin geht daraus hervor, daß eine wirksame Strömungsregelung über &■:

■ " gesamten Bereich der Ventiibewegung ei ίίάίίβη wird.

Fine abgewandelte Ventilkonstruktion gemäß der Erfindung ist in den Fig. 7 und 8 gezeigt. In diesem Beispiel ist ein verändertes Ventilgehäuse 70 mit Endflanschen 71 für jeweils unabhängige Verbindung

-"' mit verschiedenen Leitungsflanschen 24 oder 26 vorgesehen. Das Ventilgehäuse 70 bildet eine Ventilkammer 72 mit Endöffnungen 73 und 74 entsprechend der Kammer 32 und deren öffnungen 33 und 34 des Ventilge.iäuses 30 des vorbeschriebenen Beispiels. In

iⁿ dieser geänderten Konstruktion besitzt ein rohrförmiger Arm 75 einen konischen Nabenteil 76, der sich durch eine entsprechende öffnung 77 des Vcntilgehäuses 70 in die Kammer 72 hinein erstreckt und darin einen ringförmigen Vorsprung entsprechend dem Vorsprung

>'' 36 des vorbeschriebenen Beispiels bildet

Der Arm 75 ist mit einem Flansch 78 in der Nähe des Nabenteils 76 versehen, der mit dem Gehäuse 70 mittels Stiften 79 oder in anderer geeigneter, bekannter Weise verbunden ist. Geeignete Einrichtungen zur Abdichtung

·"' der Verbindung zwischen dem Gehäuse 70 und dem Arm 75 zur Verhinderung von Leckverlusten sine! vorgesehen. Ein L-förmiger Tragteil 80 erstreckt sich von dem Nabenteil 76 zur entgegengesetzten Seite dei Kammer 72 und besitzt eine öffnung 81 in seinerr abgebogenen Schenkel, die in Abstand von der Nabe 7f mit dieser fluchtet und der Nabe 37 im vorbeschriebenen Beispiel entspricht. In ähnlicher Weise wie bei dei Ventilanordnung 20 ist eine Welle 40 in Büchsen in dei Nabe 76 und in der Bohrung 81 drehbar gelagert läng!

'ⁿ der Querachse B-B. Ein Ventilkörper 60 ist wieder ir geeigneter Weise an der Welle 40 befestigt, wie es ir den Figuren gezeigt ist.

Die öffnung 73 ist wie die öffnung 33 stufig gebohr und hinterschnitten zur Aufnahme eines Ventilsitzring!

■>■"> 82 mit einer äußeren Ringschulter, der entsprechen dem Ventilsitzring 57 und der Ringmutter 59 mittel! einer Ringmutter 84 in der Bohrung gehalten ist. Di« innere Ringkante des Ventilsitzrings 82 ist in geeignete! Weise bearbeitet zur Bildung einer Räche 83, die de;

'·" Dichtfläche 58 entspricht. Der Ventilsitzring 82 bilde wieder das innere Ende der zu steuernden Öffnung jedoch ist die Dichtfläche 83 in diesem Falle innerhall der Wandfläche der Kammer 72 gelegen; sie wirk wieder in der gleichen Weise mit der sphärischen Flächi 65 des exzentrisch schwenkbaren Ventilkörpers zu Bildung einer starren Metall-Auf-Metall-Dichtung mi harten Dichtflächen zusammen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Absperr- und Regulierventil mit einem in einem geradlinig durchströmten Ventilgehäuse mit Hilfe einer zur Gehäuselängsachse und zur Ventilsitzfläche versetzten Betätigungswelle drehbaren Ventilverschlußstück, das aus einer Scheibe mit sphärisch gewölbter Dichtfläche und aus einem mit der Betätigungswelle drehfest verbundenen Tragteil besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragteil aus einer die gesamte Länge der Betätigungswelle (40) zwischen den beiden Gehäuselagern umfassenden Nabe (61) und aus einem oder mehreren die Scheibe (64) des Ventilverschlußstükkes (60) mit der Nabe starr verbindenden, aber in sich elastisch biegsamen Arm bzw. Armen (62) besteht, daß am Ende einer ersten Phase der Schließbewegung punktförmige Berührung zwischen der Ventilsitzfläche (58,83) und der gegenüber der Ventiisitzfiäche leicht schräg stehenden Scheibe stattfindet und daß in einer zweiten Phase der Schließbewegung durch elastische Biegung des Arms bzw. der Arme eine dichte Anpressung der Scheibe an die Ventilsitzfläche längs des gesamten Umfanges erfolgt.

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Absperr- und Regulierventil mit einem in einem geradlinig durchströmten Veni.lgehäuse mit Hilfe einer zur Gehäuselängsachse drehbaren Ventilv/rschlußstück, das aus einer Scheibe mit sphärisch gewölbter Dichtfläche und aus einem mit der Betätigurigswe^e drehfest verbundenen Tragteil besteht.

   Wenn gemäß FR-PS 12 32 779 das Ventilverschlußstück mit dem exzentrisch gelagerten Tragteil starr verbunden ist, treten in der letzten Schließphase bzw. in der ersten öffnungspahse ggf. unter hohem Anlagedruck starke Querverschiebungen zwischen dem Ventilverschlußstück und der Ventilsitzfläche auf, die starken Verschleiß und allmählich Undichtigkeit zur Feige haben. Ventile dieser Art sind daher nur für untergeordnete Zwecke, beispielsweise Rückschlagventile mit mäßigen Dichtheitsanforderungen, verwendbar. Das gilt auch dann, wenn gemäß US-PS 25 56 904 das Ventilverschlußstück mit einem elastischen Dichtring versehen ist, zumal an diesem nicht nur der Reibverschleiß, sondern auch Strömungserosion und Alterung angreifen.

   Aus F i g. 21 bis 23 der FR-PS 12 26 460 ist ein Ventil der eingangs genannten Art bekannt, bei dem das Ventilverschlußstück mit dem Tragteil gelenkig verbunden ist. Dadurch werden zwar die Genauigkeitsanforderungen bei der Herstellung des Ventils gesenkt; jedoch bleibt der Nachteil bestehen, daß in der letzten Schließphase bzw. ersten Öffnungsphase das Ventilverschlußstück gegenüber der Ventilsitzfläche unter ggf. beträchtlicher Schließkraft quer verschoben werden muß. Auch dieses Ventil ist daher nur für untergeordnete Zwecke und in solchen Spezialfällen verwendbar, in denen das Verschlußstück häufig ausgebaut und hinsichtlich seines Zustands kontrolliert werden kann.

   Es ist bekannt, diesen Nachteil dadurch zu vermeiden, daß das Ventilverschlußstück nicht durch eine einfache Drehbewegung, sondern durch eine zusammengesetzte Bewegung derart in Schließstellung gebracht wird, daß seine Bewegungsrichtung in der letzten Schließphase

   bzw. ersten Öffnungsphase in Ventillängsrichtung verläuft. Gemäß F i g. 1 bis 14 der FR-PS 12 26 460 oder gemäß der US-PS 32 62 671 läßt sich dies durch Exzentersteuerung des Ventilverschlußstückes erreichen, die jedoch sehr aufwendig ist.

   Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das trotz einfachen und unempfindlichen Aufbaus leichtgängig und verschleißarm eine gute Abdichtung im geschlossenen Zustand unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen gestattet.

   Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das Tragteil aus einer die gesamte Länge der Betätigungswelle zwischen den beiden Gehäuselagern umfassenden Nabe und aus einem oder mehreren die Scheibe des Ventilverschlußstückes mit der Nabe starr verbindenden, aber in sich elastisch biegsamen Arm bzw. Armen besteht, daß am Ende einer ersten Phase der Schließbewegung punktförmige Berührung zwischen der Ventilsitzfläche und der gegenüber der Ventilsitzfläche leicht schräg stehenden Scheibe stattfindet und daß in einer zweiten Phase der Schließbewegung durch elastische Biegung des Arms bzw. der Arme eine dichte Anpressung der Scheibe an die Ventilsitzfläche längs des gesamten Umfangs erfolgt.

   Der wesentliche Unterschied in d'eser Lösung und denjenigen bekannten Ventilen, bei denen das Ventilverschlußstück ebenfalls durch eine einfache Drehbewegung in die Verschlußsteilung gebracht werden kann, besteht darin, daß das Ventilverschlußstück nicht durch Querverschiebung, sondern durch Schwenkung um den Punkt des ersten Kontakts unter gleichzeitiger elastischer Verformung des ihn haltenden Arms bzw. der Arme in Schließstellung gelangt.

   Aus der DE-PS 7 12 458 ist ein Ventil mit zentrisch gelagerter Drehklappe bekannt, deren Arme elastisch nachgiebig ausgebildet sind und durch ihre Federkraft das Ventilverschlußstück in die Sitzöffnung drücken. Während der Schließbewegung v.hleift das Verschlußstück unter dieser Federkraft über den Rand des Ventilsitzes, um in der Schließstellung in die von dem Ventilsitz gebildete Öffnung einzurasten. Ein solches Ventil kann nur für untergeordnete Zwecke eingesetzt werden, weil die Schließkraft begrenzt ist auf die Federkraft, wobei diese nur gering sein darf, damit der Verschleiß am Ventilverschlußstück und am Ventilsitz während der Schließ- und Öffnungsbewegung in Grenzen bleibt und damit bei der Öffnungsbewegung der Ventilteller überhaupt aus der vom Ventilsitz gebildeten Öffnung herausspringen kann.

   Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die vorteilhafte Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Darin zeigt

   F i g. 1 eine Endansicht,

   Fi g. 2 eine Seitenansicht und

   Fig.3 ein Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Ventilanordnung,

   Fig.4 und 5 sind Schnitte längs der Linien 4-4 bzw. 5-5 der F ig. 3;

   Fig. 6 zeigt in vergrößertem Maßstab eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Ventilanordnung;

   Fig. 7 ist ein Horizontalschnitt durch eine andere Ausführungsform der Ventilanordnung;

   F i g. 8 stellt einen Schnitt gemäß Linie 8-8 der F i g. 7 dar;

   Fig.9, 10 und 11 zeigen eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht eines Ventilkörpers;